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分子的空间结构
第一课时
讲课人：张琛
杂化轨道理论简介
新人教化学选择性必修2《物质结构与性质》
通过价层电子对互斥模型，预测的甲烷是什么结构？价键理论能否解释其结构呢？写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？
C原子 电子排布图
（轨道表示式）
1s
2s
2p
H原子 电子排布图
1s
按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C — H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p 轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形
的甲烷分子。
【温故知新】
【阅读教材】
1931年鲍林提出杂化轨道理论，它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。
【学习任务一】初识杂化轨道理论
鲍林为解释分子的立体构型提出杂化轨道理论
当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到四个新的能量相同，方向不同的轨道。
鲍林认为：
→sp3杂化轨道
sp3杂化过程（p48）
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化，形成4个sp3 杂化轨道。
每个sp3 轨道形状为一头大，一头小，含有1/4 s轨道和3/4 p轨道的成分
基态
激发态
4个sp3杂化轨道
电子
跃迁
杂化
C
4个能量相同、方向不同的sp3杂化轨道
【释疑解惑】
甲烷分子中碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-Hσ键，呈正四面体形。
【归纳总结】
【学习任务一】初识杂化轨道理论
杂化轨道理论
概念重点：
1.能量相近的原子轨道发生混杂，比如1s和2p不能杂化
2.生成杂化轨道能量相同、方向不同
3.杂化轨道的方向应尽可能使体系的能量降到最低（轨道间的排斥力最小)
4.混杂前后轨道总数不变
5.通过杂化后再和其他分子成键
价层电子
空轨道
激发
杂化轨道
轨道重新组合
成对电子
中的一个
与激发电子临近
能量相近、类型不同的原子
吸收能量
轨道总数目不变，角度和形状发生变化，成键时释放能量较多，轨道重叠程度更大，生成的分子更稳定
对杂化过程的理解
sp3杂化轨道
【学习任务一】初识杂化轨道理论
【学习任务二】再析杂化轨道理论
【讨论1】：是否杂化轨道都是sp3杂化？
中心原子核外电子排布式 价层电子对数 杂化轨道数 中心原子杂化类型 空间构型
BF3
BeCl2
【学习任务二】再析杂化轨道理论
B原子基态电子排布轨道表示式
2s
2p
电子
跃迁
sp2 杂化
——BF3分子的形成
sp2杂化轨道
与F成键
F
F
F
B
【学习任务二】再析杂化轨道理论
Be原子基态电子排布轨道表示式
2s
2p
电子跃迁
sp杂化
——BeCl2分子的形成
sp杂化轨道
与Cl成键
Cl
Cl
sp
px
px
180°
Cl
Cl
Be
σ键
σ键
【学习任务二】再析杂化轨道理论
【归纳】：常见杂化轨道类型
s轨道个数 p轨道个数 杂化轨道数 价层电子数 中心原子杂化类型
CH4 sp3
BF3 sp2
BeCl2 sp
杂化轨道数=
=中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数
中心原子的价层电子对数
【学习任务二】再析杂化轨道理论
【讨论2】：是否杂化轨道都只用于形成σ键？
价层电子对数 杂化轨道数 中心原子杂化类型 杂化轨道容纳孤电子对数 空间构型
CH4
NH3
H2O
杂化轨道数=
=中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数
中心原子的价层电子对数
杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道
【学习任务二】再析杂化轨道理论
【讨论3】：请用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔的成键轨道
未参与杂化的p轨道上的电子可用于形成π键
——CH2=CH2分子中碳原子的杂化
sp2杂化轨道
2s22p2
C
sp2杂化
电子
跃迁
【学习任务二】再析杂化轨道理论
——CH2=CH2分子中碳原子的杂化
sp2杂化轨道
乙烯分子结构示意图
π键
乙烯分子中碳原子的sp2杂化
乙烯分子中的σ键
乙烯分子中的π键
σ键
σ键
σ键
σ键
σ键
乙烯分子中σ键和π键的形成过程
【学习任务二】再析杂化轨道理论
【学习任务二】再析杂化轨道理论
未参与杂化的p轨道可用于形成π键
——CH≡CH分子中碳原子的杂化
sp杂化轨道
2s22p2
C
sp杂化
电子
跃迁
【学习任务二】再析杂化轨道理论
sp杂化轨道
乙炔分子结构示意图
π键
乙炔分子中的σ键
乙炔分子中的π键
σ键
σ键
σ键
——CH≡CH分子中碳原子的杂化
π键
乙炔空间填充模型
乙炔分子中σ键和π键的形成过程
【学习任务二】再析杂化轨道理论
【课堂练习】杂化轨道类型与VSEPR模型、分子的立体构型的关系
代表物 杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋σ键电子对 杂化轨道类型 VSEPR模型名称 分子的立体构型(略去孤电子对）
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
SO42-
NH4+
0+2=2
sp
直线形
0+3=3
sp2
平面三角形
0+4=4
sp3
正四面体形
1+2=3
sp2
V形
1+3=4
sp3
三角锥形
2+2=4
sp3
V形
直线形
平面三角形
正四面体形
平面三角形
四面体形
四面体形
正四面体形
0+4=4
0+4=4
sp3
正四面体形
sp3
正四面体形
正四面体形
【课堂小结】确定中心原子的杂化轨道类型的一般步骤：
（1）确定中心原子价电子对数
（2）判断分子的VSEPR模型
（3）根据VSEPR模型与杂化类型的一一对应关系找出杂化类型：
VSEPR模型 价层电子对数 杂化方式
直线形 2 sp杂化；
平面三角形 3 sp2杂化；
四面体形 4 sp3杂化。
σ键电子对数
+孤电子对数
价层电子对数
价层电子互斥理论
杂化轨道类型
分子空间结构
预测
解释
杂化轨道理论
VSEPR模型
【课后练习】杂化轨道理论
完成课本P50~51练习与应用的1、2、7、9

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