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人教版 選擇性必修2
第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)
第三課時 雜化軌道理論簡介
【教學(xué)目標(biāo)】1.通過原子結(jié)構(gòu)和價鍵理論的相關(guān)知識分析推出甲烷分子結(jié)構(gòu)存在矛盾點，進而提出鮑林雜化軌道理論，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)精神與社會責(zé)任；2.通過雜化軌道理論的學(xué)習(xí)；從微觀角度理解中心原子的雜化類型對分子空間結(jié)構(gòu)的影響，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識；3.通過對簡單共價分子和離子的空間構(gòu)型進行解釋和預(yù)測，掌握AX型分子中心原子雜化軌道類型判斷的方法，建立分子空間結(jié)構(gòu)分析的思維模型培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力。
資料鏈接——甲烷的分子結(jié)構(gòu)
分子式：CH4
空間構(gòu)型：正四面體形
碳原子位于正四面體的中心；
4個氫原子完全相同，位于正四面體的4個頂點上；
4個C-H鍵的長度相同；
鍵角都為109°28'。
簡單又不簡單的分子：甲烷
問題來了：
矛盾①:碳原子有4個成單電子嗎？
矛盾②:碳原子的s、p軌道能量不同，碳原子的p軌道是相互垂直的，如何形成正四面體結(jié)構(gòu)？
如何解釋這一矛盾？
一、雜化軌道理論
1、雜化的概念
雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道會重新組合形成新的原子軌道的過程。
萊納斯·卡爾·鮑林
（1901年2月28日－1994年8月19日）
美國著名化學(xué)家，兩獲諾貝爾獎
（解釋簡單分子的空間結(jié)構(gòu)）
雜化原子軌道：重新組合形成的新的原子軌道，簡稱雜化軌道。
①中心原子的原子軌道只有在形成化學(xué)鍵時才雜化；
②只有能量相近的軌道才能雜化；
2、雜化的條件：
③雜化只發(fā)生在多原子分子(原子數(shù)>2)形成的過程中。
(雙原子分子不考慮雜化過程)
CH4：
2s
2p
C的基態(tài)
2s
2p
激發(fā)態(tài)
能量相同，形狀相同
激發(fā)
雜化
sp3雜化軌道
鮑林的解釋：
思考：
x
y
z
s
px
x
y
z
x
y
z
py
x
y
z
pz
混合雜化，形成4個sp3雜化軌道
雜化軌道在一個方向上更集中，更有利于成鍵！
sp3雜化軌道的形狀？
x
y
z
s
px
x
y
z
x
y
z
py
x
y
z
pz
+
+
+
109°28’
混合雜化，形成4個sp3雜化軌道
4個sp3雜化軌道在空間的分布
1s
1s
1s
1s
形成4個s-sp3 σ鍵
思考：sp3雜化軌道在空間的分布？
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(gòu)型為正四面體形；
3、雜化的類型
（1） sp3雜化
sp3雜化軌道特征：
④ 4個sp3雜化軌道用于形成σ鍵。
氮原子的3個sp3雜化軌道與3個氫原子的1s原子軌道重疊形成3個N-Hσ鍵，其中1個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
2s
2p
sp3不等性雜化
sp3
→孤電子對對成鍵電子對的排斥能力較強，故鍵角小于109°28′，為107°
NH3 空間結(jié)構(gòu)：三角錐形
鍵角：107o
7N 1s22s22p3
O原子的2個sp3雜化軌道與2個氫原子的1s原子軌道重疊形成2個O-Hσ鍵，其中有2個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
H2O 空間結(jié)構(gòu)：V形
鍵角為：105o
8O 1s22s22p4
2s
2p
sp3不等性雜化
sp3
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
（2） sp2雜化：
1個s 軌道與2個p 軌道進行的雜化，形成3個sp2 雜化軌道。
p
sp2
sp2
sp2
②每個sp2雜化軌道的形狀為“一頭大，一頭小”，含有 1/3 s 軌道和 2/3 p 軌道的成分。
sp2雜化軌道特征：
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。
（2） sp2雜化
2s
2p
B的基態(tài)
2s
2p
激發(fā)態(tài)
平面三角形
sp2 雜化態(tài)
120°
F
F
F
B
解釋： BF3分子的形成
B： 1s22s22p1 沒有3個成單電子
(3)sp雜化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
1個s軌道與1個p軌道進行的雜化, 形成2個sp雜化軌道。
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。
sp雜化軌道特征：
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軌道用于形成2個π鍵。
180°
Cl
Cl
Be
解釋： BeCl2分子的形成
Be原子：1s22s2 沒有單個電子
Cl
Cl
sp
px
px
激發(fā)
2s
2p
Be基態(tài)
2s
2p
激發(fā)態(tài)
雜化
直線形
sp雜化態(tài)
雜化類型
sp3
sp2
參與雜化軌道
1個s,3個p
1個s,2個p
雜化軌道數(shù)
4個sp3
3個sp2
雜化軌道間夾角
109°28′
120°
空間結(jié)構(gòu)
正四面體
平面三角形
小結(jié): 雜化軌道類型
sp
1個s,1個p
2個sp
180°
直線形
a. 雜化前后軌道數(shù)不變
d. 雜化軌道用于形成σ鍵或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。
b. 雜化后原子軌道的伸展方向、形狀發(fā)生變化，雜化軌道的能量、形狀都相同,雜化軌道間遵循斥力最小原理。
c. 雜化軌道的電子云一頭大，一頭小，成鍵時利用大的一頭，可以使軌道重疊程度更大，從而形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。
4、雜化的特點：
問題： 如何判斷中心原子的雜化方式？
方法：
中心原子的價層電子對數(shù)＝雜化軌道數(shù)
4
sp3
sp2
sp
3
2
中心原子的價層電子對數(shù)
雜化方式
雜化軌道數(shù)
4
3
2
化學(xué)式 中心原子 孤電子對數(shù) 中心原子結(jié)合的原子數(shù) VSEPR 模型 中心原子雜化類型
HCN
SO2
NH2－
BF3
H3O+
SiCl4
CHCl3
NH4+
SO42－
0
1
2
0
1
0
0
0
2
2
2
3
3
4
4
4
sp
sp2
sp3
0
4
直線形
平面三角形
四面體形
平面三角形
四面體形
正四面體形
四面體形
正四面體形
正四面體形
sp2
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
【解決問題】
1
2
3
4
5
6
7
8
9
問題： 如何判斷有機物中碳原子的雜化方式？
小結(jié)：碳原子雜化方式的判斷
碳原子在化合物中一般形成4對共用電子對，無孤電子對
sp3
sp2
sp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
C
C
C
sp2
課堂小結(jié):
要點
類型
判斷
方法
雜化軌道理論
軌道數(shù)不變
能量相近
成鍵力增強
排斥力最小
sp、sp2、sp3
VSEPR模型
雜化軌道數(shù)目
C原子雜化類型

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