1、第第2 2章微粒间的相互作用于物质性质章微粒间的相互作用于物质性质第第2 2节共价键与分子的空间结构节共价键与分子的空间结构第第1 1课时课时 杂化轨道理论杂化轨道理论学习目标学习目标核心素养培养核心素养培养1、理解杂化轨道理论的主要内容、理解杂化轨道理论的主要内容,掌握三掌握三种主要的杂化类型。种主要的杂化类型。宏观辨识与微观探析宏观辨识与微观探析2、能用杂化轨道理论解释或预测某些分、能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构。子或离子的空间结构。证据推理与模型认知证据推理与模型认知知识体系知识体系 原子间通过原子间通过 共用电子共用电子 形成的化学键叫共价键。共价形成的化学键叫共价
2、键。共价键具有饱和性和方向性，所以原子间以共价键形成的分子键具有饱和性和方向性，所以原子间以共价键形成的分子具有一定的空间构型。具有一定的空间构型。一些典型分子的空间构型：一些典型分子的空间构型：HCl180H2O104.5NH3107.3CH4 10928阅读课本第阅读课本第46页，了解杂化轨道理论以及对甲烷分子空间构型的页，了解杂化轨道理论以及对甲烷分子空间构型的解释。解释。甲烷分子的空间构型甲烷分子的空间构型正四面体正四面体 键角：键角：109282s2p价电子排布：价电子排布：思考：根据甲烷分子的空间构型，思考：根据甲烷分子的空间构型，C原子应该有原子应该有4个未成对电子个未成对电子和
3、氢原子成键，和氢原子成键，C原子的原子的4个未成对电子所在的轨道应该一模一个未成对电子所在的轨道应该一模一样，且空间分布均匀，分别与样，且空间分布均匀，分别与H原子的原子的1s轨道成轨道成键。键。基态碳原子基态碳原子激发态激发态2s2s2p2p激发激发根据价键理论，原子之间若要形成共价键根据价键理论，原子之间若要形成共价键, ,它们的价电子中应当它们的价电子中应当有未成对的电子。有未成对的电子。2s2s2p2p甲烷分子的正四面体构型是怎样形成的呢？甲烷分子的正四面体构型是怎样形成的呢？杂化杂化4 4个个 sp3 sp3 杂化轨道杂化轨道自旋方向相同自旋方向相同sp3 杂化：杂化： 一个一个2s
4、轨道与轨道与3个个2p轨道重新组合成轨道重新组合成4个相同的轨道个相同的轨道,且空间且空间分布均匀。分布均匀。 通常通常,有几个原子轨道参加杂化有几个原子轨道参加杂化,杂化后生成的杂化轨道的数杂化后生成的杂化轨道的数目就有几个。目就有几个。sp3sp3杂化轨道形成示意图杂化轨道形成示意图思考思考1 1：轨道杂化以后，有轨道杂化以后，有何优点？何优点？杂化轨道在角度分杂化轨道在角度分布上更集中，成键布上更集中，成键时重叠程度更大，时重叠程度更大，形成的共价键更牢形成的共价键更牢固固能量能量杂杂化化前前杂杂化化后后p p轨道稍大于轨道稍大于s s轨道，轨道，但是在同一能级组中，但是在同一能级组中，
5、能量接近。能量接近。4 4个杂化轨道能量相同个杂化轨道能量相同, ,能量处于能量处于s s与与p p轨道之轨道之间。间。杂化前后轨道的比较：杂化前后轨道的比较：四个杂化轨道为什么采取正四面体构型？四个杂化轨道为什么采取正四面体构型？ 为了使轨道间的排斥最为了使轨道间的排斥最小，体系最稳定，四个小，体系最稳定，四个杂化轨道在空间应尽可杂化轨道在空间应尽可能远离，能远离，4 4个杂化轨道个杂化轨道的伸展方向分别指向正的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点，轨四面体的四个顶点，轨道间夹角为道间夹角为1091092828。杂化轨道：杂化后形成的新的能量相同的原子轨道，叫做杂化杂化轨道：杂化后形成的新的能
6、量相同的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。原子轨道，简称杂化轨道。一、分子空间结构的理论分析一、分子空间结构的理论分析1.1.杂化轨道理论杂化轨道理论原子轨道杂化：在外界条件影响下，原子在组合成分子的过程原子轨道杂化：在外界条件影响下，原子在组合成分子的过程中原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组的能量相等新中原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组的能量相等新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。轨道的过程叫做原子轨道的杂化。(5)只有能量相近的轨道才能杂化只有能量相近的轨道才能杂化(ns、np等同一能级组等同一能级组)。2、杂化轨道的特点、杂化轨道的特点(1)形成分子时，通常存在激发
7、、杂化和轨道重叠等过程。形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。原子是不可能发生杂化的。(3)杂化前后轨道数目不变。通常杂化前后轨道数目不变。通常,有多少个原子轨道参加杂化有多少个原子轨道参加杂化,就形成多少个杂化轨道。就形成多少个杂化轨道。(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。s轨道和轨道和p轨道杂化后轨道杂化后,杂化轨道不仅改变了原有杂化轨道不仅改变了原有s和和p轨道的空间取向轨道的空间取向,而且使它在与其而且使它
8、在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大,形成的共价键更牢固。形成的共价键更牢固。3 3、杂化轨道的类型及典例、杂化轨道的类型及典例杂化类型杂化类型sp杂化sp2杂化sp3杂化用于杂化的原子用于杂化的原子轨道轨道形成的杂形成的杂化轨道数化轨道数杂化轨道杂化轨道间的夹角间的夹角空间构型空间构型实例实例直线形直线形平面三角形平面三角形四面体形四面体形1个个s轨道轨道 1个个p轨道轨道1个个s轨道轨道 2个个p轨道轨道1个个s轨道轨道 3个个p轨道轨道2个个sp杂杂化轨道化轨道3个个sp2杂杂化轨道化轨道4个个sp3杂杂化轨道化轨道180120109289001
9、200之之间间CHCHCH2=CH2CH4BeCl2 BF3NH3 H2OBCl3C6H6HgCl2 阅读课本第阅读课本第47-4847-48页，了解、分析乙烯、乙炔、苯分子的结构，页，了解、分析乙烯、乙炔、苯分子的结构，讨论下列问题，讨论下列问题，1 1、确定乙烯、乙炔、苯分子的结构式、空间构型、键角。、确定乙烯、乙炔、苯分子的结构式、空间构型、键角。2 2、分析原子在成键过程中的原子轨道杂化方式及成键类型。、分析原子在成键过程中的原子轨道杂化方式及成键类型。基态基态激发态激发态2s2s2p2p激发激发2s2s2p2p杂化杂化4 4个个 sp3 sp3 杂化轨道杂化轨道自旋方向相同自旋方向相
10、同甲烷分子甲烷分子(CH4)(CH4)中共价键的形成过程：中共价键的形成过程：4 + H 1s C sp3 CH4 四个四个H H原子分别以原子分别以4 4个个s s轨道与轨道与C C原子上的四个原子上的四个sp3sp3杂化轨道相互杂化轨道相互重叠后，形成了四个性质、能量和键角都完全相同的重叠后，形成了四个性质、能量和键角都完全相同的 s-sp3 s-sp3 的的键。从而使键。从而使CH4CH4分子具有正四面体构型。分子具有正四面体构型。激发态激发态2s2s2p2p激发激发基态基态2s2s2p2p杂化杂化2p2p3个个sp2杂化轨道杂化轨道 1个个2p 轨道轨道sp2乙烯分子乙烯分子(C2H4
11、)(C2H4)中碳原子的中碳原子的SP2SP2杂化过杂化过程程sp2杂化轨道只能形成杂化轨道只能形成3个个键，未参键，未参与杂化的与杂化的2p轨道能形成轨道能形成1个个键。键。分子空间结构：平面形分子分子空间结构：平面形分子激发态激发态2s2s2p2p激发激发基态基态2s2s2p2p杂化杂化2个个sp1杂化轨道杂化轨道 2个个2p 轨道轨道2p2psp1乙炔分子乙炔分子(C2H2)(C2H2)中碳原子的中碳原子的SPSP杂化过程杂化过程CCHHSPSP杂化轨道只能成杂化轨道只能成2 2个个键键,2p,2p能形成能形成2 2个个键。键。分子空间结构：直线形分子分子空间结构：直线形分子苯分子苯分子
12、(C6H6)(C6H6)中碳原子的杂化过程中碳原子的杂化过程激发态激发态2s2s2p2p激发激发基态基态2s2s2p2p杂化杂化2p2p3个个sp2杂化轨道杂化轨道 1个个2p 轨道轨道sp2六个六个C C原子形成一个正六边形原子形成一个正六边形C6H6C6H6的大的大键键分子空间结构：平面形分子分子空间结构：平面形分子sp3杂化杂化氨分子氨分子(NH3)(NH3)氮原子氮原子SP3SP3杂化，形成氨的过程杂化，形成氨的过程基态基态2s2s2p2psp3杂化轨道杂化轨道与与3 3个个H H原子成原子成3 3个个键键孤对电子孤对电子分子空间结构：三角锥形分子空间结构：三角锥形孤对电孤对电子子价层
13、中的价层中的成键电子对与孤对电子都要占有成键电子对与孤对电子都要占有杂化轨道杂化轨道,且相互排斥且相互排斥,其中孤对电子对成键其中孤对电子对成键电子的排斥能力较强电子的排斥能力较强,故偏离故偏离10928,变成变成为键角为键角107.3 .sp3杂化杂化与与2 2个个H H原子原子成成2 2个个键键H2OH2O分子中氧原子的杂化过程分子中氧原子的杂化过程基态基态2s2s2p2psp3杂化轨道杂化轨道孤对孤对电子电子H2OH2O呈角形结构。水分呈角形结构。水分子的键角本应子的键角本应109 109 28,28,但由于有但由于有2 2对孤对电子的对孤对电子的斥力斥力, ,该键角变小该键角变小, ,
14、 成为成为104.5104.5。104.5104.5HgCl2 Cl:3s2 3p5Hg: 6s2激发杂化6s6p3s3p两个sp杂化轨道6s6pHgClCl中心原子杂化轨道为直线形杂化轨道为直线形分子空间构型直线形分子空间构型直线形HgCl2HgCl2分子的形成过程分子的形成过程BF3 F:2s2 2p5B:2s2 2p12s2p2s2p激发2s2p杂化三个三个sp2sp2杂化轨杂化轨道道中心原子F F原子的原子的2p2p轨道轨道杂化轨道为正三角形杂化轨道为正三角形分子空间构型平面正三分子空间构型平面正三角形角形BF3分子的形成过程分子的形成过程饱和碳原子饱和碳原子sp3杂化杂化;双键上的碳
15、原子双键上的碳原子sp2杂化杂化;三键上的碳原子三键上的碳原子sp杂化。杂化。杂化类型的判断方法杂化类型的判断方法(1)由分子结构判断杂化类型。由分子结构判断杂化类型。直线形直线形sp杂化杂化;平面形平面形sp2杂化杂化;四面体形四面体形sp3杂化。杂化。(2)由电子对数判断杂化类型由电子对数判断杂化类型(包括孤电子对和成键电子对包括孤电子对和成键电子对)2对对sp杂化杂化;3对对sp2杂化杂化;4对对sp3杂化。杂化。(3)由碳原子的饱和程度判断。由碳原子的饱和程度判断。1、下列各物质中的中心原子不是采用、下列各物质中的中心原子不是采用sp3杂化的是杂化的是() A.NH3 B.H2O C.
16、CO2 D.CCl4C2、下列关于杂化轨道的说法错误的是、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.杂化轨道能量集中杂化轨道能量集中,有利于牢固成键有利于牢固成键 D.轨道杂化形成的杂化轨道中不一定有轨道杂化形成的杂化轨道中不一定有1个电子个电子A3.s轨道和轨道和p轨道杂化的类型不可能有轨道杂化的类型不可能有() A.sp杂化杂化B.sp2杂化杂化 C.sp3杂化杂化D.sp4杂化杂化4、PCl3分子的空间结构是分子的空间结构是() A.平面三角形平面三角形,键角小于
17、键角小于120 B.平面三角形平面三角形,键角为键角为120 C.三角锥形三角锥形,键角小于键角小于10928 D.三角锥形三角锥形,键角为键角为10928DC5.指出下列分子中中心原子可能采用的杂化轨道类型指出下列分子中中心原子可能采用的杂化轨道类型,并预测分并预测分子的空间结构。子的空间结构。(1)BCl3(2)CS2(3)CF4(4)CH3Cl(5)BeCl2(6)NH3(1)中心原子中心原子B采用采用sp2杂化杂化,分子是平面三角形分子是平面三角形(2)中心原子中心原子C采用采用sp杂化杂化,分子是直线形分子是直线形(3)中心原子中心原子C采用采用sp3杂化杂化,分子是正四面体形分子是正四面体形(4)中心原子中心原子C采用采用sp3杂化杂化,分子是四面体形分子是四面体形(5)中心原子中心原子Be采用采用sp杂化杂化,分子是直线形分子是直线形(6)中心原子中心原子N采用采用sp3杂化杂化,分子是三角锥形分子是三角锥形
