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人教版 选择性必修2
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第三课时 杂化轨道理论简介
【教学目标】1.通过原子结构和价键理论的相关知识分析推出甲烷分子结构存在矛盾点，进而提出鲍林杂化轨道理论，激发学生的科学精神与社会责任；2.通过杂化轨道理论的学习；从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响，培养学生的科学探究与创新意识；3.通过对简单共价分子和离子的空间构型进行解释和预测，掌握AX型分子中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型培养学生证据推理与模型认知能力。
资料链接——甲烷的分子结构
分子式：CH4
空间构型：正四面体形
碳原子位于正四面体的中心；
4个氢原子完全相同，位于正四面体的4个顶点上；
4个C-H键的长度相同；
键角都为109°28'。
简单又不简单的分子：甲烷
问题来了：
矛盾①:碳原子有4个成单电子吗？
矛盾②:碳原子的s、p轨道能量不同，碳原子的p轨道是相互垂直的，如何形成正四面体结构？
如何解释这一矛盾？
一、杂化轨道理论
1、杂化的概念
杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道会重新组合形成新的原子轨道的过程。
莱纳斯·卡尔·鲍林
（1901年2月28日－1994年8月19日）
美国著名化学家，两获诺贝尔奖
（解释简单分子的空间结构）
杂化原子轨道：重新组合形成的新的原子轨道，简称杂化轨道。
①中心原子的原子轨道只有在形成化学键时才杂化；
②只有能量相近的轨道才能杂化；
2、杂化的条件：
③杂化只发生在多原子分子(原子数>2)形成的过程中。
(双原子分子不考虑杂化过程)
CH4：
2s
2p
C的基态
2s
2p
激发态
能量相同，形状相同
激发
杂化
sp3杂化轨道
鲍林的解释：
思考：
x
y
z
s
px
x
y
z
x
y
z
py
x
y
z
pz
混合杂化，形成4个sp3杂化轨道
杂化轨道在一个方向上更集中，更有利于成键！
sp3杂化轨道的形状？
x
y
z
s
px
x
y
z
x
y
z
py
x
y
z
pz
+
+
+
109°28’
混合杂化，形成4个sp3杂化轨道
4个sp3杂化轨道在空间的分布
1s
1s
1s
1s
形成4个s-sp3 σ键
思考：sp3杂化轨道在空间的分布？
①1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道；
②每个sp3杂化轨道的形状为“一头大，一头小”，含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分；
③每两个轨道间的夹角为109 28′，空间构型为正四面体形；
3、杂化的类型
（1） sp3杂化
sp3杂化轨道特征：
④ 4个sp3杂化轨道用于形成σ键。
氮原子的3个sp3杂化轨道与3个氢原子的1s原子轨道重叠形成3个N-Hσ键，其中1个sp3杂化轨道中占有孤电子对。
2s
2p
sp3不等性杂化
sp3
→孤电子对对成键电子对的排斥能力较强，故键角小于109°28′，为107°
NH3 空间结构：三角锥形
键角：107o
7N 1s22s22p3
O原子的2个sp3杂化轨道与2个氢原子的1s原子轨道重叠形成2个O-Hσ键，其中有2个sp3杂化轨道中占有孤电子对。
H2O 空间结构：V形
键角为：105o
8O 1s22s22p4
2s
2p
sp3不等性杂化
sp3
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
（2） sp2杂化：
1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化，形成3个sp2 杂化轨道。
p
sp2
sp2
sp2
②每个sp2杂化轨道的形状为“一头大，一头小”，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分。
sp2杂化轨道特征：
①1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂化轨道。
③每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。
④ 3个sp2杂化轨道用于形成σ键，
未参与杂化的p轨道用于形成π键。
（2） sp2杂化
2s
2p
B的基态
2s
2p
激发态
平面三角形
sp2 杂化态
120°
F
F
F
B
解释： BF3分子的形成
B： 1s22s22p1 没有3个成单电子
(3)sp杂化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
1个s轨道与1个p轨道进行的杂化, 形成2个sp杂化轨道。
②每个sp杂化轨道的形状为“一头大，一头小”，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分。
①1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。
sp杂化轨道特征：
③两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。
④ 2个sp杂化轨道用于形成σ键，
未参与杂化的2个p轨道用于形成2个π键。
180°
Cl
Cl
Be
解释： BeCl2分子的形成
Be原子：1s22s2 没有单个电子
Cl
Cl
sp
px
px
激发
2s
2p
Be基态
2s
2p
激发态
杂化
直线形
sp杂化态
杂化类型
sp3
sp2
参与杂化轨道
1个s,3个p
1个s,2个p
杂化轨道数
4个sp3
3个sp2
杂化轨道间夹角
109°28′
120°
空间结构
正四面体
平面三角形
小结: 杂化轨道类型
sp
1个s,1个p
2个sp
180°
直线形
a. 杂化前后轨道数不变
d. 杂化轨道用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对,
未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。
b. 杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生变化，杂化轨道的能量、形状都相同,杂化轨道间遵循斥力最小原理。
c. 杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使轨道重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。
4、杂化的特点：
问题： 如何判断中心原子的杂化方式？
方法：
中心原子的价层电子对数＝杂化轨道数
4
sp3
sp2
sp
3
2
中心原子的价层电子对数
杂化方式
杂化轨道数
4
3
2
化学式 中心原子 孤电子对数 中心原子结合的原子数 VSEPR 模型 中心原子杂化类型
HCN
SO2
NH2－
BF3
H3O+
SiCl4
CHCl3
NH4+
SO42－
0
1
2
0
1
0
0
0
2
2
2
3
3
4
4
4
sp
sp2
sp3
0
4
直线形
平面三角形
四面体形
平面三角形
四面体形
正四面体形
四面体形
正四面体形
正四面体形
sp2
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
【解决问题】
1
2
3
4
5
6
7
8
9
问题： 如何判断有机物中碳原子的杂化方式？
小结：碳原子杂化方式的判断
碳原子在化合物中一般形成4对共用电子对，无孤电子对
sp3
sp2
sp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
C
C
C
sp2
课堂小结:
要点
类型
判断
方法
杂化轨道理论
轨道数不变
能量相近
成键力增强
排斥力最小
sp、sp2、sp3
VSEPR模型
杂化轨道数目
C原子杂化类型

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