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第二章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)
第二課時(shí) 雜化軌道理論
高二化學(xué)
新人教化學(xué)選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》
學(xué)習(xí)目標(biāo)
教
學(xué)
重
點(diǎn)
教
學(xué)
難
點(diǎn)
1、運(yùn)用雜化軌道理論解釋分子的空間結(jié)構(gòu)； 2、VSEPR模型與雜化軌道理論的關(guān)聯(lián)。
運(yùn)用雜化軌道理論解釋含有孤電子對(duì)的分子的空間結(jié)構(gòu)。
1、結(jié)合實(shí)例了解雜化軌道理論的要點(diǎn)和類型(sp3、sp2、sp)；
2、能運(yùn)用雜化軌道理論解釋簡(jiǎn)單共價(jià)分子和離子的空間結(jié)構(gòu)。
具
體
目
標(biāo)
通過(guò)價(jià)層電子對(duì)互斥模型，知道甲烷為正四面體結(jié)構(gòu)，價(jià)鍵理論能否解釋其結(jié)構(gòu)呢？寫出碳原子的核外電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2 ？
1s
2s
2p
H原子 電子排布圖
1s
按照我們已經(jīng)學(xué)過(guò)的價(jià)鍵理論，甲烷的4個(gè)C-H單鍵都應(yīng)該是σ鍵，然而，碳原子的4個(gè)價(jià)層原子軌道是3個(gè)相互垂直的2p 軌道和1個(gè)球形的2s軌道，用它們跟4個(gè)氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體形的甲烷分子。
【溫故知新】
如何解決上述矛盾？
—為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論
C：1s22s22p2
1931年鮑林提出雜化軌道理論，雜化軌道理論是一種價(jià)鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。（能解釋價(jià)層電子互斥理論不能解釋的問(wèn)題）
1.雜化軌道及其類型
四、雜化軌道理論
當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)
發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到四個(gè)新的能量相同，方向不同
的軌道， 各指向正四面體的4個(gè)頂點(diǎn)，夾角為109°28′，稱為sp3雜化軌道。
鮑林認(rèn)為：
x
y
z
躍遷
C
基態(tài)
激發(fā)態(tài)
雜化
雜化軌道
sp3
　 由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混雜并重新組合成4個(gè)能量與形狀完全相同的軌道，稱為 sp3雜化軌道。
z
sp3
sp3
sp3
sp3
109°28′
雜化
H
H
H
H
為了四個(gè)雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個(gè)雜化軌道的夾角為109°28′。
軌道重疊
C
H
H
H
H
價(jià)層電子
空軌道
激發(fā)
雜化軌道
軌道重新組合
成對(duì)電子
中的一個(gè)
與激發(fā)電子臨近
能量相近的原子軌道
吸收能量
軌道總數(shù)目不變，角度和形狀發(fā)生變化，成鍵時(shí)釋放能量較多，軌道重疊程度更大，生成的分子更穩(wěn)定
一、雜化的條件
同一能級(jí)組或相近能級(jí)組的軌道，對(duì)于非過(guò)渡元素，由于ns和np能級(jí)接近，往往采用“sp”雜化
原子軌道的雜化：原子形成分子的過(guò)程中，中心原子若干能量相近的原子軌道重新組合，形成一組新軌道的過(guò)程叫做原子軌道的雜化
雜化軌道：所形成的新軌道就稱為雜化軌道
1、概念
一.雜化理論軌道簡(jiǎn)介
2、雜化的條件：
(1)只有在形成化學(xué)鍵時(shí)才能雜化
(2)只有能量相近的軌道間才能雜化
二、雜化的特點(diǎn)
4、雜化軌道只用于形成σ鍵和容納孤電子對(duì)！
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。
1、雜化前后軌道數(shù)目不變
2、雜化后軌道形狀、方向發(fā)生改變，成鍵能力增強(qiáng)
3、雜化軌道之間要滿足最小排斥、最大夾角原理
3.雜化類型
(1)參與雜化的各原子軌道能量要相近
(2)雜化軌道數(shù)等于參與雜化的原子軌道數(shù)
(3)雜化后原子軌道的伸展方向、形狀發(fā)生變化。雜化軌道的電子云一頭大一頭小，成鍵時(shí)利用大的一頭，可使電子云的重疊程度更大，形成牢固的化學(xué)鍵。遵循雜化軌道間斥力最小原理。
(4)雜化軌道用于形成分子的σ鍵和孤電子對(duì)
(π鍵是由未雜化的p軌道來(lái)形成的)。
4.要點(diǎn)
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
sp3雜化：1個(gè)s 軌道與3個(gè)p 軌道進(jìn)行的雜化,
形成4個(gè)sp3 雜化軌道。
sp3雜化軌道 含有 1/4 s軌道和 3/4 p軌道.兩個(gè)軌道間的夾角為109.5°，空間構(gòu)型為正四面體形
(1) sp3雜化
5、雜化類型與分子的構(gòu)型
sp3 雜化 —— CH4分子的形成
C：2s22p2沒有4個(gè)成單電子
2s
2p
C的基態(tài)
2s
2p
激發(fā)態(tài)
正四面體形
sp3 雜化態(tài)
甲烷分子中碳原子的4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)完全相同的s-sp3σ鍵，呈正四面體形。
NH3 空間結(jié)構(gòu)：三角錐形
鍵角約107o
2p
【學(xué)習(xí)任務(wù)二】再析雜化軌道理論-sp3雜化
H2O 空間結(jié)構(gòu)：V形
鍵角約105o
2s
2p
1對(duì)孤電子對(duì)
2對(duì)孤電子對(duì)
等性雜化：參與雜化的各原子軌道進(jìn)行成分的均勻混合
不等性雜化：參與雜化的各原子軌道進(jìn)行成分的不均勻混合。某雜化軌道有孤電子對(duì)。
CH4
NH3
H2O
【學(xué)習(xí)任務(wù)二】再析雜化軌道理論-sp3雜化對(duì)比
小結(jié)：中心原子的雜化類型與VSEPR模型的關(guān)系
①雜化軌道只用于形成σ鍵或用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。
②雜化軌道數(shù) ＝ 價(jià)層電子對(duì)數(shù)
＝ 中心原子孤電子對(duì)數(shù)+中心原子σ鍵電子對(duì)數(shù)
三、雜化的類型
2、sp2雜化
1個(gè)s軌道和2個(gè)p軌道雜化而得到3個(gè)sp2雜化軌道
p
p
p
s
sp2雜化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp2
sp2
sp2
sp2雜化軌道間的夾角是_____，空間結(jié)構(gòu)為_________。
120°
平面三角形
120°
sp2
p
B原子基態(tài)電子排布軌道表示式
2s
2p
電子
躍遷
sp2 雜化
——BF3分子的形成
sp2雜化軌道
與F成鍵
F
F
F
B
x
y
z
sp2
sp2
sp2
p
sp2
sp2
sp2
sp2雜化后，未參與雜化的一個(gè)np軌道可以用于形成π鍵，如：乙烯分子碳碳雙鍵的形成。
未參與雜化的p軌道上的電子可用于形成π鍵
——分析CH2=CH2分子中碳原子的雜化類型
1s22s22p2
C:
sp2雜化
激發(fā)
1.雜化軌道及其類型
四、雜化軌道理論
②sp2雜化
（3）雜化軌道的類型
頭碰頭
σ鍵
肩并肩
肩并肩
σ鍵
π鍵
H
H
H
H
乙烯中sp2雜化C原子成鍵過(guò)程
三、雜化的類型
3、sp雜化
1個(gè)s軌道和1個(gè)p軌道雜化而得到2個(gè)sp雜化軌道
p
p
p
s
sp雜化
sp
p
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp
sp
sp雜化軌道間的夾角是_____，空間結(jié)構(gòu)為_________。
180°
直線形
180°
Be原子基態(tài)電子排布軌道表示式
2s
2p
電子躍遷
sp雜化
——BeCl2分子的形成
sp雜化軌道
3.sp雜化
與Cl成鍵
Cl
Cl
sp
px
px
180°
Cl
Cl
Be
σ鍵
σ鍵
p
p
sp
sp
sp
sp
x
y
z
x
y
z
sp雜化后，未參與雜化的兩個(gè)np軌道可以用于形成π鍵，如乙炔分子中的碳碳三鍵的形成。
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵
1s22s22p2
C:
sp雜化
激發(fā)
——分析CH≡CH分子中碳原子的雜化類型
1.雜化軌道及其類型
四、雜化軌道理論
③sp雜化
（3）雜化軌道的類型
頭碰頭
σ鍵
肩并肩
肩并肩
σ鍵
H
H
乙炔中sp雜化C原子成鍵過(guò)程
π鍵
π鍵
中心原子的雜化軌道類型與VSEPR模型有什么聯(lián)系？填寫下表，回答問(wèn)題。
實(shí)例 孤電子對(duì)數(shù) 價(jià)層電子對(duì)數(shù) VSEPR模型 雜化 軌道數(shù) 中心原子的雜化軌道類型
CO2 2 sp
SO2 3 sp2
SO3 3 sp2
H2O 4 sp3
NH3 4 sp3
CH4 4 sp3
0
2
直線形
1
3
平面三角形
0
4
平面三角形
2
3
四面體形
1
4
四面體形
0
4
正四面體形
雜化軌道模型
中心原子的雜化軌道模型與VSEPR模型相同。
價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝雜化軌道數(shù)(x)，中心原子采取 spx-1 雜化
四、判斷中心原子的雜化類型
1、計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)
雜化軌道數(shù)(x)＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)，中心原子采取 spx-1 雜化
化學(xué)式 BeCl2 SO2 CO32- CH4 NH4+ NH3 H2O
σ鍵電子對(duì)
孤電子對(duì)
雜化軌道數(shù)
雜化類型
2
0
2
sp
2
1
3
sp2
3
0
3
sp2
4
0
4
sp3
4
0
4
sp3
3
2
1
2
4
4
sp3
sp3
=σ 鍵電子對(duì)數(shù)+中心原子孤電子對(duì)數(shù)
四、判斷中心原子的雜化類型
2、根據(jù)雜化軌道的夾角判斷
雜化軌道夾角 180° 120° 109°28′
雜化軌道類型 sp sp2 sp3
四、判斷中心原子的雜化類型
單鍵碳原子采取sp3雜化；
雙鍵碳原子采取sp2雜化；
三鍵碳原子采取sp雜化。
3、有機(jī)物中碳原子雜化類型判斷方法
5
1
2
3
4
苯分子中的碳原子是什么雜化類型？
苯C6H6
平面正六邊形
6個(gè)碳原子之間的化學(xué)鍵完全相同，是介于單鍵和雙鍵之間的一種獨(dú)特的鍵。
120°
1、定義：
在多原子分子或離子中如有相互平行的P軌道，他們“肩并肩”連貫重疊在一起構(gòu)成一個(gè)整體，P電子在多個(gè)原子間運(yùn)動(dòng)形成π型化學(xué)鍵，這種不局限在兩個(gè)原子之間的π鍵稱為離域π鍵，或共軛大π鍵，簡(jiǎn)稱大π鍵
2、條件：
所有原子在同一平面，中心原子采用SP雜化或者SP2 雜化
3、表示方法
參與形成大π鍵的原子數(shù)
參與形成大π鍵的電子數(shù)
拓展：大π鍵（共軛大π鍵，離域π鍵）
Π
6個(gè)p軌道
6個(gè)電子
苯分子中碳原子取sp2雜化，3個(gè)雜化軌道分別用于形成3個(gè)σ 鍵，故苯分子鍵角為120°；苯分子每個(gè)碳原子均有1個(gè)未參與雜化雜化的p軌道，垂直于分子平面而相互平行，6個(gè)“肩并肩”的平行p軌道上總共6個(gè)電子一起形成了彌散在整個(gè)苯環(huán)的1個(gè)p-p大π鍵。
6
6
丁二烯
Π
4個(gè)p軌道
4個(gè)電子
4
4
4、常見分子中的大π鍵
π34
H2O2
石墨分子結(jié)構(gòu)是層形結(jié)構(gòu)，每層是由無(wú)限個(gè)碳六元環(huán)所形成的平面，碳原子取sp2雜化，每個(gè)碳原子均有1個(gè)未參與雜化雜化的p軌道，垂直于分子平面而相互平行，平行的n個(gè)p軌道形成了1個(gè)p-p大π鍵。
電子在這個(gè)中可以自由移動(dòng)，所以石墨能導(dǎo)電。
課堂小結(jié)
①價(jià)電子對(duì)之間的夾角越小,排斥力越小。 (　　)
②NH3分子的VSEPR模型與分子空間結(jié)構(gòu)不一致。(　　)
③五原子分子的空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形。(　　)
④雜化軌道與參與雜化的原子軌道的數(shù)目相同,但能量不同。(　　)
⑤凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子,其空間結(jié)構(gòu)都是正四面體形。(　　)
⑥凡AB3型的共價(jià)化合物,其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵。(　　)
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
√
√
×
×
×
×
課堂小結(jié)
2.在BrCH=CHBr分子中,C—Br鍵采用的成鍵軌道是(　　)
A.sp-p
B.sp2-s
C.sp2-p
D.sp3-p
C
課堂小結(jié)
B

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