高中化学选修3物质结构与性质步步高全套学案课件第二章 第二节 第2课时

第2课时 杂化轨道理论

[学习目标定位] 知道杂化轨道理论的基本内容,能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。

一 杂化轨道理论

1.杂化轨道及其理论要点

(1)阅读教材内容,并讨论甲烷分子中四个C—H键的键能、键长,为什么都完全相同？ 答案 在形成CH4分子时,碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂,形成四个能量相等的sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子,所以四个C—H是等同的。可表示为

(2)由以上分析可知：

①在外界条件影响下,原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化,重新组合后的新的原子轨道,叫做杂化原子轨道,简称杂化轨道。 ②轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。 (3)杂化轨道理论要点

①原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 ②参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。

③杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。 2.杂化轨道类型和立体构型 (1)sp杂化——BeCl2分子的形成 ①BeCl2分子的形成

杂化后的2个sp杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠,形成2个σ键,构成直线形的BeCl2分子。

11②sp杂化：sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道杂化而得,每个sp杂化轨道含有s和

22p轨道的成分。sp杂化轨道间的夹角为180°,呈直线形(如BeCl2)。

③sp杂化后,未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键,如乙炔分子中的C≡C键的形成。 (2)sp2杂化——BF3分子的形成 ①BF3分子的形成

1

②sp2杂化：sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道杂化而得,每个sp2杂化轨道含有s3

2

和p的成分。sp2杂化轨道间的夹角为120°,呈平面三角形(如BF3)。 3③sp2杂化后,未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键,如乙烯分子中的C===C键的形成。 (3)sp3杂化——CH4分子的形成 ①CH4分子的立体构型

1②sp3杂化：sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道杂化而得,每个sp3杂化轨道含有s4

3

和p的成分。sp3杂化轨道的夹角为109°28′,呈空间正四面体形(如CH4、CF4、CCl4)。 4[归纳总结]

杂化类型与分子间的空间构型

中心原子 (A)的杂化类型 sp 参加杂化 的轨道 1个s 1个p 1个s 2个p 生成杂化 轨道数 成键电 子对数 A原子的孤电子对数 分子的 空间构型 实例 分子式 结构式 Cl—Be—Cl 2 2 0 直线形 BeCl2 sp 23 3 0 平面三角形 BF3 4 sp 30 正四面体形 CH4 1个s 3个p 4 3 2 1 2 三角锥形 V形 NH3 H2O [活学活用]

1.下列关于杂化轨道的说法错误的是( ) A.所有原子轨道都参与杂化

B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键 D.杂化轨道中不一定有一个电子 答案 A

解析 参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大,不能形成杂化轨道,即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化,故A项错误,B项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小,成键时利用大的一头,可使电子云重叠程度更大,形成牢固的化学键,故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子,也可以是空轨道,也可以有一对孤电子对(如NH3、H2O的形成),故D项正确。

2.下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )

①BF3 ②CH2===CH2 ③⑤NH3 ⑥CH4

④CH≡CH

A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥ 答案 A

解析 sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形,①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化,且未杂化的2p轨道形成π键；③同②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。

二 杂化类型及分子构型的判断

1.杂化类型的判断方法

杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系：

杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化类型。 2.杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型

VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的,略去VSEPR模型中的孤电子对,就是分子(或离子)的立体构型。 代表物 项目 价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型 杂化轨道 立体构型 VSEPR模型 CO2 2 2 sp 直线形 CH2O 3 3 sp2 平面 三角形 平面 三角形 平面 三角形 CH4 4 4 sp3 正四 面体形 正四 面体形 正四 面体形 SO2 3 3 sp2 平面 三角形 平面 三角形 V形 NH3 4 4 sp3 四面 体形 四面 体形 三角 锥形 H2O 4 4 sp3 四面 体形 四面 体形 V形 直线形 分子构型 [归纳总结]

杂化类型的判断方法

直线形 (1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路： 价层电子对――→杂化轨道数――→杂化类型――→杂化轨道构型。

(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109°28′,则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°,则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子发生sp杂化。

(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化,连接双键的碳原子采取sp2杂化,连接三键的碳原子采取sp杂化。 [活学活用]

3.计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数,判断中心原子的杂化轨道类型,写出VSEPR模型名称。

判断

判断

判断