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分子的空间结构
—杂化轨道理论
人教版高中化学选择性必修二（2019年版）：第二章 第二节 杂化轨道理论
平衡应用
如何解释分子的空间结构？
知识回顾
平衡应用
环节一：复习旧知，发现问题
【课堂活动】写出碳原子的价层电子排布式和轨道表达式，并用价层电子对互斥理论预测甲烷的空间构型。
C : 2s22p2
正四面体构型
2s
2p
共价键的饱和性
CH2
键角
90°
为了解决这些矛盾，美国著名化学家鲍林提出了杂化轨道理论。
鲍林——美国著名化学家，1954年因在化学键方面的工作获得诺贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖。
鲍林在探索化学键理论时，遇到了甲烷的正四面体结构的解释问题。为了解释甲烷的正四面体结构，说明碳原子四个键的等价性，鲍林在1928-1931年，提出杂化轨道理论。
平衡应用
环节二：提出理论，解决问题
2s
2p
基态
激发
杂化
在这个过程中有1个2s轨道和3个2p轨道参与了杂化，因次我们把这个杂化过程称为sp3杂化，所形成的杂化轨道称为sp3杂化轨道。
2s
2p
激发态
sp3杂化轨道
杂化态
【课堂活动】小组合作用橡皮泥模拟sp3杂化轨道的形成过程。思考在该过程中发生了哪些改变？又有哪些保持不变？
环节二：提出理论，解决问题
杂化
成键
杂化前后轨道的成分、能量、形状、方向发生改变，原子轨道的数目不变。
环节二：提出理论，解决问题
杂化轨道理论的要点
1、原子轨道的杂化，只有形成分子的过程中才会发生，而孤立的原子是不可能发生杂化的。
2、只有中心原子才发生杂化，结合原子不发生杂化。
3、只有能量相近的原子轨道才能发生杂化。
4、杂化前后轨道的成分、能量、形状、方向发生改变，原子轨道数目不变。
知识回顾
环节三：结合实例，发现规律
在学习价层电子对互斥模型时，知道H2O和NH3的VSEPR模型跟CH4一样，也是正四面体形，因此它们的中心原子也是采取sp3杂化。所不同的是，氨分子的氮原子的sp3杂化轨道中有1个被孤电子对占据，水分子的氧原子的sp3杂化轨道中有2个被孤电子对占据。
空间结构：V形
键角：105°
空间结构：三角锥形
键角：107°
空间结构：正四面体形
键角：109°28‘
环节三：结合实例，发现规律
NH3 空间结构：三角锥形 键角：107°
杂化
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-H σ键，其中1个sp3杂化轨道中占有孤电子对。
2s
2p
基态
sp3杂化轨道
sp3杂化态
【课堂活动】模仿NH3的中心原子N的杂化和成键过程，尝试用杂化轨道理论来解释H2O的空间结构。
环节三：结合实例，发现规律
H2O 空间结构：V形 键角：105°
杂化
2s
2p
基态
sp3杂化轨道
sp3杂化态
[规律1] 中心原子的杂化轨道数目等于价层电子对数
环节三：结合实例，发现规律
常见杂化类型：sp3、sp2、sp
环节三：结合实例，发现规律
价层电子对数 杂化轨道数目 杂化轨道类型 杂化轨道构型 VSEPR模型
2 2 sp 直线形 直线形
3 3 sp2 平面三角形 平面三角形
4 4 sp3 四面体形 四面体形
[规律2] 杂化轨道数目、价层电子对数、杂化轨道类型、杂化轨道构型、VSEPR模型之间的关系。
环节三：结合实例，发现规律
杂化轨道理论与VSEPR模型联用
价层电子对数
杂化轨道数目
VSEPR模型
杂化轨道理论
分子的空间结构
预测
解释
环节三：结合实例，发现规律
【课堂活动】应用VSEPR模型和杂化轨道理论，确认BF3的空间结构，以及中心原子的杂化轨道类型，并分析杂化过程。
分子 中心原子上的孤对电子数 价层电子对数 中心原子的杂化轨道类型 分子的空间结构
BF3
BF3 杂化类型：sp2杂化
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
2p
sp2杂化轨道
杂化态
3
sp2杂化
平面三角形
平衡应用
环节四：学以致用，巩固提升
【课堂活动】已知乙烯是平面分子，键角为120°，分子中含有碳碳双键。如何用杂化轨道理论解释它的空间结构？
分子 中心原子上的孤对电子数 价层电子对数 中心原子的杂化轨道类型
CH2=CH2
乙烯中心原子C的sp2杂化
2s
2p
基态
激发
杂化
2s
2p
激发态
2p
sp2杂化轨道
杂化态
0+3=3
sp2杂化
平衡应用
环节四：学以致用，巩固提升
【课堂活动】已知乙炔是直线形分子，键角为180°，分子中含有碳碳三键。如何用杂化轨道理论解释它的空间结构？
分子 中心原子上的孤对电子数 价层电子对数 中心原子的杂化轨道类型
CHCH
乙炔中心原子C的sp2杂化
2s
2p
基态
激发
2s
2p
激发态
杂化
sp杂化轨道
杂化态
2p
0+2=2
sp杂化
知识回顾
平衡建立
平衡应用
课堂小结
杂化轨道理论
联用
VSEPR模型
1、杂化轨道理论的要点2、常见的杂化类型
3、杂化轨道数、杂化轨道类型、杂化轨道构型之间的联系
预测并解释分子的空间结构
1、杂化轨道数目与价层电子对数间的联系
谢谢大家!

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