資源簡介

(共42張PPT)
學習目標：
1.認識雜化軌道理論的要點
2.進一步了解有機化合物中碳的成鍵特征
3.根據雜化軌道理論判斷簡單分子或離子的構型
第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間構型
第2課時 雜化軌道理論簡介
問題與思考
甲烷分子呈正四面體形，4個C—H的鍵長相同，H—C—H的鍵角為109°28′。按照價健理論，甲烷的4個C—H單鍵都應該是σ鍵。然而，碳原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道，用它們跟4個H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。
為此，鮑林提出了雜化軌道理論，雜化軌道理論是一種價健理論模型。
思考：為什么碳原子與氫原子結合形成CH4，而不是CH2 ？
觀察與思考
觀察如下可視化視頻，思考sp3雜化軌道是怎么形成的？
2p
↑↓
↑
↑
C
↑
↑
↑
↑
C
sp3
↑
↑
↑
↑
C
s、px、py、pz雜化
激發
2s
2s
2p
解決方法：碳原子的一個2s電子受外界影響躍遷到2p的空軌道上，使碳原子價層有四個單電子，因此碳原子與氫原子結合生成CH4
由1個s軌道和3個p軌道混雜并重新組合成4個能量與形狀完全相同的軌道。我們把這種軌道稱之為 sp3雜化軌道。
為了四個雜化軌道在空間盡可能遠離，使軌道間的排斥最小，4個雜化軌道的伸展方向成什么立體構型
4個軌道斥力最小
sp3雜化軌道
甲烷分子中碳原子的4個sp3雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C-Hσ鍵，呈正四面體形。
1、概念：原子在成鍵過程中，由于原子間的相互影響，同一原子（中心原子）中幾個能量相近的不同類型的原子軌道可以重新組合，組成數目相等的新原子軌道，這種軌道重新組合的方式稱為雜化，雜化后形成的新軌道稱為雜化軌道。
一、雜化軌道理論：
2、雜化軌道理論要點
只有能量相近的軌道間才能雜化（同一能級組或相近能級組的軌道）
軌道的雜化只有在形成化學鍵時才會發生，只發生在多原子分子(原子數>2)中，單獨原子無法發生雜化(雙原子分子也沒有雜化過程)
參與雜化的原子軌道數等于形成的雜化軌道數。
雜化改變了原子軌道的形狀、方向、能量、成分，雜化使原子的成鍵能力增加，有利于軌道間的重疊 。滿足最小排斥，最大夾角分布。
雜化前后原子軌道數目不變（參加雜化的軌道數目等于形成的雜化軌道數目），且雜化軌道的能量相同。
雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。分子的空間結構主要取決于原子軌道的雜化類型。
雜化軌道數=中心原子上的孤電子對數+與中心原子結合的原子數。
3、軌道雜化的過程：激發→雜化→軌道重疊。
價層電子
空軌道
激發
雜化軌道
軌道重新組合
成對電子
中的一個
與激發電子臨近
能量相近、類型不同的原子
吸收能量
(1) sp3雜化軌道特點：以CH4為例
根據參加雜化的原子軌道的類型和數目，把雜化軌道分成不同的類型。
4.雜化軌道的類型：
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
①1個s 軌道與3個p 軌道進行的雜化,形成4個sp3 雜化軌道。
②每個sp3雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有 1/4 s 軌道和 3/4 p 軌道的成分。
③每兩個軌道間的夾角為109.28°，空間構型為正四面體形。
H2O和NH3的中心原子也是采用sp3雜化的，因此H2O和NH3的VSEPR模型也是四面體形的，但水分子氧原子的sp3雜化軌道有2個被孤電子對占據，而氨分子的氮原子的sp3雜化軌道有1個被孤電子對占據。
105°
又如：
107°
2s 2p
↑↓
↑↓
↑
↑
O
sp3
↑↓
↑↓
↑
↑
O
孤電子對
σ鍵單電子
2s 2p
↑↓
↑
↑
↑
N
sp3
↑↓
↑
↑
↑
N
孤電子對
σ鍵單電子
注：雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。
NH3分子中氮原子的4個sp3雜化軌道1個被孤電子對占據，3個與氫原子的1s軌道重疊，形成3個C-Hs-sp3σ鍵。
H2O分子中氧原子的4個sp3雜化軌道2個被孤電子對占據，2個與氫原子的1s軌道重疊，形成2個C-Hs-sp3σ鍵。
2s
2p
sp3不等性雜化
sp3
N
NH3
H2O
sp3不等性雜化
sp3
2p
2s
O
雜化軌道理論簡介
學生活動
CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都為sp3，鍵角為什么依次減小？從雜化軌道理論的角度比較鍵角大小時有什么方法？
CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化，中心原子的孤電子對數依次為0個、1個、2個。
由于孤電子對對共用電子對的排斥作用使鍵角變小，孤電子對數越多排斥作用越大，鍵角越小。
比較鍵角時，先看中心原子雜化類型，雜化類型不同時：一般鍵角按sp、sp2、sp3順序依次減小；雜化類型相同時，中心原子孤電子對數越多，鍵角越小。
雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對，
當沒有孤電子對時，能量相同的雜化軌道彼此遠離，形成的分子為對稱結構；
當有孤電子對時，孤電子對占據一定空間且對成鍵電子對產生排斥，形成的分子的空間結構也發生變化。
觀察與思考
觀察如下可視化視頻，思考sp2雜化軌道是怎么形成的？
2s 2p
↑↓
↑
↑
C
↑
↑
↑
↑
C
sp2
↑
↑
↑
↑
C
s、px、py雜化
激發
2pZ
乙烯CH2=CH2
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
120°
：
：
：
：
：
：
(2) sp2雜化軌道特點：以C2H4為例
2s 2p
↑↓
↑
↑
C
↑
↑
↑
↑
C
sp2
↑
↑
↑
↑
C
s、px、py雜化
激發
2pZ
乙烯CH2=CH2
乙烯中的每個碳原子的3個sp2雜化軌道有一個相互重疊形成σ鍵，另外2個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個σ鍵，未參與雜化的2P軌道相互重疊形成π鍵。
②每個sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有 1/3 s 軌道和 2/3 p 軌道的成分。
①1個s 軌道與2個p 軌道進行的雜化,形成3個sp2 雜化軌道。
③每兩個軌道間的夾角為120°，呈平面三角形。
④ 3個sp2雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的p軌道用于形成π鍵。
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
BeCl2分子的形成
Be原子：1s22s2 沒有單個電子，
sp
sp雜化
(3) sp雜化軌道特點：
乙炔中每個碳原子的2個sp雜化軌道有一個相互重疊形成σ鍵，另外1個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個σ鍵，未參與雜化的2個2P軌道相互重疊形成2個π鍵。
②每個sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/2 s 軌道和1/2 p 軌道的成分。
①1個s 軌道與1個p 軌道進行的雜化,形成2個sp雜化軌道。
③兩個軌道間的夾角為180°，呈直線型。
④ 2個sp雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的2個p軌道形成2個π鍵。
（4）其他雜化類型：
如sp3d雜化：
三角雙錐
如sp3d2雜化：
正八面體
SF6 ：
二、怎么判斷中心原子的雜化軌道類型
方法一：利用雜化軌道數判斷
(2)形成π鍵的電子只能位于未雜化的原子軌道上。
(1)雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。
(3)中心原子σ鍵電子對數+孤電子對數＝價層電子對數＝雜化軌道數
價層電子對數=雜化軌道數 中心原子的雜化軌道類型 VSEPR模型
2
3
4
sp
sp2
sp3
直線形
平面三角形
四面體形
軌道雜化類型 模型 成鍵電子對數 孤對電子對數 電子對的排列方式 分子的空間結構 實例
直線形 2 0 直線形 、 、
平面三角形 3 0 平面三角形 、
2 1 形 、
軌道雜化類型 模型 成鍵電子對數 孤對電子對數 電子對的排列方式 分子的空間結構 實例
四面體 4 0 正四面體形 、
3 1 三角錐形 、
2 2 形
續表
VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型
典型例子
價層電子對數
VSEPR
VSEPR名稱
雜化軌道數
中心原子的雜化軌道類型
直線形
平面三角形
平面三角形
四面體
四面體
正四面體
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
CO2
SO2
SO3
H2O
NH3
CH4
2+0＝2
2+1＝3
3+0＝3
2+2＝4
3+1＝4
4+0＝4
2
3
3
4
4
4
1.根據雜化軌道的空間分布判斷
①若雜化軌道在空間的分布為正四面體，則中心原子發生sp3雜化。
②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則中心原子發生sp2雜化。
③若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則中心原子發生sp雜化。
2.根據雜化軌道之間的夾角判斷
①若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發生sp3雜化。
②若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發生sp2雜化。
③若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發生sp雜化。
方法二：根據雜化軌道的空間分布或雜化軌道之間的夾角判斷
高中階段，影響鍵角大小的因素主要有三：一是中心原子的雜化類型；二是中心原子的孤電子對數；三是中心原子的電負性大小等。
1.中心原子雜化類型不同的粒子，鍵角大小為：sp雜化＞sp2雜化＞sp3雜化
如鍵角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。
2.中心原子雜化方式相同的粒子，由于斥力：孤電子對與孤電子對之間＞孤電子對與成鍵電子對之間＞成鍵電子對與成鍵電子對之間，孤電子對數越多，對成鍵電子對的斥力越大，鍵角越小。如鍵角：CH4＞NH3＞H2O。
3.中心原子雜化方式相同且孤電子對數目也相同時，中心原子的電負性越大，鍵角越大。如H2O、H2S中，電負性：O＞S，即鍵角：H2O(105°)＞H2S(92.3°)。
鍵角的判斷與比較
另外：同一粒子中不同共價鍵的鍵角，由于斥力：雙鍵間＞雙鍵與單鍵間＞單鍵間，則鍵角大小不同。如甲醛中： ，鍵角α＞β。
拓展延伸
方法三：用取代法判斷
以常見的物質分子為基礎，用其他原子或原子團取代分子中的部分原子或原子團，得到的新分子的中心原子與原分子對應的中心原子的雜化類型相同。
方法四：利用等電子原理
等電子體具有相同的結構特征,一般來說,等電子體的中心原子的雜化類型相同，等電子體粒子間具有相同的空間結構。對于結構模糊或復雜的分子、離子,可將其轉化成熟悉的等電子體,然后進行判斷。常見的等電子體往往是同族不同元素或同周期相近元素構成的微粒。
等電子類型 實例 空間構型
2個原子10個價電子 直線形
3個原子16個價電子 直線形
3個原子18個價電子 V形
4個原子8個價電子 三角錐形
4個原子24個價電子 平面三角形
4個原子26個價電子 三角錐形
5個原子8個價電子 正四面體
5個原子32個價電子 4個σ鍵，正四面體
7個原子48個價電子 6個σ鍵，正四面體
NH3、H3O＋
CH4、NH4＋
PO33－、SO32－、ClO3－
方法五：有機物中碳原子的雜化類型判斷
沒有形成π鍵，為SP3雜化
形成一個π鍵 ，為SP2雜化
形成兩個π鍵，為SP 雜化（乙炔，CO2）
飽和碳原子（全部是單鍵）采取 雜化，連接雙鍵的碳原子采取 雜化，連接三鍵的碳原子采取 雜化。
σ鍵電子對數
價層電子對數
VSEPR模型
孤電子對數
雜化軌道類型
分子空間結構
預測
解釋
價電子互斥理論
雜化軌道理論
思考與討論
確定BF3和H3O+的中心原子的雜化軌道類型,并與同學討論。
第一步 計算中心原子孤電子對數：
BF3
H3O+
第二步 計算價層電子對數：
3+0＝3
3+1＝4
第三步 確定VSEPR模型：
第四步 確定雜化軌道類型：
sp2
sp3
第三步 確定雜軌道數：
3
4
學習評價：
1．下列對sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角的比較，得出結論正確的是 (　　)
A．sp雜化軌道的夾角最大 B．sp2雜化軌道的夾角最大
C．sp3雜化軌道的夾角最大 D．sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角相等
A
C
2．下列分子中的中心原子采取sp2雜化的是(　　)
①C2H2　②C2H4　③C3H8　④CO2 ⑤BeCl2　⑥SO3　⑦BF3
A．①⑥⑦　　 B．③⑤⑦ C． ② ⑥⑦ D．③⑤⑥
大π鍵（共軛大π鍵，離域π鍵）
1、含義：在多原子分子或離子中如有相互平行的P軌道，他們連貫重疊在一起構成一個整體，P電子在多個原子間運動形成π型化學鍵，這種i不局限在兩個原子之間的π鍵稱為離域π鍵，或共軛大π鍵，簡稱大π鍵
3、通常采用；
a表示平行p軌道的數目。
b表示在平行p軌道里的電子數。
拓展延伸
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
參與形成大π鍵的原子數
參與形成大π鍵的電子數
大π鍵
C6H6：平面正六邊形
苯分子中碳原子sp2雜化
3條雜化軌道互成120°
π
6
6個p軌道
6個電子
6
石墨分子結構是層形結構，每層是由無限個碳六元環所形成的平面，碳原子取sp2雜化，每個碳原子尚余一個未參與雜化的p軌道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n個p軌道形成了一個p-p大鍵。電子在這個大鍵中可以自由移動，所以石墨能導電。
感謝聆聽！

展開更多......

收起↑