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分子的空間結構
—雜化軌道理論
人教版高中化學選擇性必修二（2019年版）：第二章 第二節 雜化軌道理論
平衡應用
如何解釋分子的空間結構？
知識回顧
平衡應用
環節一：復習舊知，發現問題
【課堂活動】寫出碳原子的價層電子排布式和軌道表達式，并用價層電子對互斥理論預測甲烷的空間構型。
C : 2s22p2
正四面體構型
2s
2p
共價鍵的飽和性
CH2
鍵角
90°
為了解決這些矛盾，美國著名化學家鮑林提出了雜化軌道理論。
鮑林——美國著名化學家，1954年因在化學鍵方面的工作獲得諾貝爾化學獎，1962年因反對核彈在地面測試的行動獲得諾貝爾和平獎。
鮑林在探索化學鍵理論時，遇到了甲烷的正四面體結構的解釋問題。為了解釋甲烷的正四面體結構，說明碳原子四個鍵的等價性，鮑林在1928-1931年，提出雜化軌道理論。
平衡應用
環節二：提出理論，解決問題
2s
2p
基態
激發
雜化
在這個過程中有1個2s軌道和3個2p軌道參與了雜化，因次我們把這個雜化過程稱為sp3雜化，所形成的雜化軌道稱為sp3雜化軌道。
2s
2p
激發態
sp3雜化軌道
雜化態
【課堂活動】小組合作用橡皮泥模擬sp3雜化軌道的形成過程。思考在該過程中發生了哪些改變？又有哪些保持不變？
環節二：提出理論，解決問題
雜化
成鍵
雜化前后軌道的成分、能量、形狀、方向發生改變，原子軌道的數目不變。
環節二：提出理論，解決問題
雜化軌道理論的要點
1、原子軌道的雜化，只有形成分子的過程中才會發生，而孤立的原子是不可能發生雜化的。
2、只有中心原子才發生雜化，結合原子不發生雜化。
3、只有能量相近的原子軌道才能發生雜化。
4、雜化前后軌道的成分、能量、形狀、方向發生改變，原子軌道數目不變。
知識回顧
環節三：結合實例，發現規律
在學習價層電子對互斥模型時，知道H2O和NH3的VSEPR模型跟CH4一樣，也是正四面體形，因此它們的中心原子也是采取sp3雜化。所不同的是，氨分子的氮原子的sp3雜化軌道中有1個被孤電子對占據，水分子的氧原子的sp3雜化軌道中有2個被孤電子對占據。
空間結構：V形
鍵角：105°
空間結構：三角錐形
鍵角：107°
空間結構：正四面體形
鍵角：109°28‘
環節三：結合實例，發現規律
NH3 空間結構：三角錐形 鍵角：107°
雜化
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-H σ鍵，其中1個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
2s
2p
基態
sp3雜化軌道
sp3雜化態
【課堂活動】模仿NH3的中心原子N的雜化和成鍵過程，嘗試用雜化軌道理論來解釋H2O的空間結構。
環節三：結合實例，發現規律
H2O 空間結構：V形 鍵角：105°
雜化
2s
2p
基態
sp3雜化軌道
sp3雜化態
[規律1] 中心原子的雜化軌道數目等于價層電子對數
環節三：結合實例，發現規律
常見雜化類型：sp3、sp2、sp
環節三：結合實例，發現規律
價層電子對數 雜化軌道數目 雜化軌道類型 雜化軌道構型 VSEPR模型
2 2 sp 直線形 直線形
3 3 sp2 平面三角形 平面三角形
4 4 sp3 四面體形 四面體形
[規律2] 雜化軌道數目、價層電子對數、雜化軌道類型、雜化軌道構型、VSEPR模型之間的關系。
環節三：結合實例，發現規律
雜化軌道理論與VSEPR模型聯用
價層電子對數
雜化軌道數目
VSEPR模型
雜化軌道理論
分子的空間結構
預測
解釋
環節三：結合實例，發現規律
【課堂活動】應用VSEPR模型和雜化軌道理論，確認BF3的空間結構，以及中心原子的雜化軌道類型，并分析雜化過程。
分子 中心原子上的孤對電子數 價層電子對數 中心原子的雜化軌道類型 分子的空間結構
BF3
BF3 雜化類型：sp2雜化
2s
2p
基態
激發
2s
2p
激發態
雜化
2p
sp2雜化軌道
雜化態
3
sp2雜化
平面三角形
平衡應用
環節四：學以致用，鞏固提升
【課堂活動】已知乙烯是平面分子，鍵角為120°，分子中含有碳碳雙鍵。如何用雜化軌道理論解釋它的空間結構？
分子 中心原子上的孤對電子數 價層電子對數 中心原子的雜化軌道類型
CH2=CH2
乙烯中心原子C的sp2雜化
2s
2p
基態
激發
雜化
2s
2p
激發態
2p
sp2雜化軌道
雜化態
0+3=3
sp2雜化
平衡應用
環節四：學以致用，鞏固提升
【課堂活動】已知乙炔是直線形分子，鍵角為180°，分子中含有碳碳三鍵。如何用雜化軌道理論解釋它的空間結構？
分子 中心原子上的孤對電子數 價層電子對數 中心原子的雜化軌道類型
CHCH
乙炔中心原子C的sp2雜化
2s
2p
基態
激發
2s
2p
激發態
雜化
sp雜化軌道
雜化態
2p
0+2=2
sp雜化
知識回顧
平衡建立
平衡應用
課堂小結
雜化軌道理論
聯用
VSEPR模型
1、雜化軌道理論的要點2、常見的雜化類型
3、雜化軌道數、雜化軌道類型、雜化軌道構型之間的聯系
預測并解釋分子的空間結構
1、雜化軌道數目與價層電子對數間的聯系
謝謝大家!

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