資源簡介

(共31張PPT)
專題4 分子空間結構與物質性質
第一單元 分子的空間結構
4.1.1 雜化軌道理論
核心素養目標
宏觀辨識與微觀探析：
能從宏觀上描述常見分子的空間構型，如 CH 的正四面體結構、BF 的平面三角形結構等；從微觀層面理解雜化軌道理論，認識原子軌道雜化過程，以及雜化軌道與分子空間構型、共價鍵形成之間的內在聯系，建立 “結構決定性質” 的觀念。
證據推理與模型認知：
依據雜化軌道理論，結合實驗數據、分子結構信息等證據，推斷分子的空間構型、中心原子雜化方式；構建不同雜化類型與分子空間構型關系的模型，并運用模型解釋和預測相關分子的結構。
教學重難點
重點
雜化軌道理論的基本要點（雜化類型、軌道數目、能量關系）。
運用雜化軌道理論解釋典型分子（CH 、BF 、BeCl ）的空間構型。
難點
孤電子對與成鍵電子對的排斥作用對分子鍵角的影響（如H O的V形結構、NH 的三角錐形）。
雜化軌道理論與分子空間構型的動態關聯（如sp 雜化與平面三角形結構的對應關系）。
我們都知道甲烷（CH ）是天然氣的主要成分，它的分子結構非常穩定。可是，按照我們之前學的原子軌道知識，碳原子的 2s 和 2p 軌道能量、形狀都不一樣，那它怎么能和 4 個氫原子形成完全相同的共價鍵，還構成完美的正四面體結構呢？這是不是很奇怪？（稍作停頓，觀察學生反應 ）其實，這個謎題的答案就藏在一種神奇的理論里 —— 雜化軌道理論。接下來，讓我們一起探索這個理論，去解開甲烷分子結構的謎團，說不定還能發現更多化學世界的秘密 。
課前導入
雜化軌道理論
PART 01
雜化軌道的定義
在外界條件影響下，原子內部能量相近的原子軌道重新組合成新的原子軌道的過程叫做原子軌道的雜化（雙原子分子的形成不存在雜化過程），組合后形成一組新的原子軌道叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。
雜化軌道的要點
原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道重新組合成新的、能量相同的原子軌道(如2s和2p)
01 能量相近
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。
02 數目不變
雜化軌道的要點
雜化改變了原有原子軌道的能量、形狀和伸展方向。雜化軌道在與其他原子的原子軌道成鍵時重疊程度更大。從而形成更穩定的化學鍵。
03 成鍵能力增強
雜化軌道成鍵時要滿足化學鍵間最小排斥原理，使軌道在空間取得最大夾角分布。故雜化后軌道的伸展方向、形狀發生改變，但雜化軌道的形狀完全相同。
04 排斥力最小
sp3雜化與CH4分子的空間構型
雜化軌道的形成
碳原子2s軌道上的1個電子進入2p空軌道，1個2s軌道和3個2p軌道“混合”，形成能量相等、成分相同的4個sp3雜化軌道。
sp3雜化與CH4分子的空間構型
碳原子的4個sp3雜化軌道指向正四面體的4個頂點，每個軌道上都有一個未成對電子。這樣，碳原子的4個sp3雜化軌道分別與H原子的1s軌道重疊，形成4個相同的σ鍵，從而形成CH4分子。CH4分子中C—H鍵之間的夾角——鍵角都是109°28＇。
正四面體結構的分子或離子的中心原子，一般采用sp3雜化軌道形成共價鍵，如CCl4、等。金剛石中的碳原子、晶體硅和石英（SiO2）晶體中的硅原子也是采用sp3雜化軌道形成共價鍵的。
sp2雜化與BF3分子的空間構型
sp2雜化軌道的形成
硼原子2s軌道上的1個電子進入2p軌道。1個2s軌道和2個2p軌道發生雜化，形成能量相等、成分相同的3個sp2雜化軌道。
sp2雜化與BF3分子的空間構型
在形成BF3分子的過程中，B原子2s軌道上的1個電子進入2p軌道。
這樣，1個2s軌道和2個2p軌道發生雜化，形成能量相等、成分相同的3個sp2雜化軌道。
B原子中的3個sp2雜化軌道間的夾角為120°，這3個sp2雜化軌道分別與F原子的2p軌道形成σ鍵，因此BF3分子具有平面三角形結構。
sp雜化與BeCl2分子的空間構型
sp雜化軌道的形成
Be原子2s軌道上的1個電子進入2p軌道，1個2s軌道和1個2p軌道發生雜化，形成能量相等、成分相同的2個sp雜化軌道。
sp雜化與BeCl2分子的空間構型
在形成氣態BeCl2分子的過程中，Be原子的1個2s軌道和1個2p軌道發生雜化，形成能量相等、成分相同的2個sp雜化軌道。
Be原子中的2個sp雜化軌道間的夾角為180°，這2個sp雜化軌道分別與Cl原子的3p軌道形成σ鍵，因此BeCl2為直線形分子。
雜化軌道數目與成鍵數目相同時分子的空間構型
實例 BeCl2 BF3 CH4
雜化類型 sp sp2 sp3
參與雜化的原子軌道及數目 1個s軌道 1個p軌道 1個s軌道 2個p軌道 1個s軌道
3個p軌道
雜化軌道的數目 2 3 4
雜化軌道間的夾角 180° 120° 109°28′
雜化軌道空間構型 直線形 平面三角形 正四面體
分子的空間構型 直線形 平面三角形 正四面體
常見分子的空間構型
雜化類型 分子類型 空間構型 舉例
sp3 AB4 正四面體 CH4、CCl4、NH4+、金剛石等
AB3C 四面體 CH3Cl、CH3CH3等
AB3 三角錐 NH3、NF3等
AB2 V形 H2O、H2S
sp2 AB3 平面三角形 BF3、AlCl3、苯環等
sp AB2 直線形 CO2、CS2等
雜化軌道理論的應用
PART 02
乙烷分子的成鍵情況
(1) 碳原子的雜化方式：
碳原子為sp3雜化，形成4個sp3雜化軌道。
(2) 成鍵情況及空間結構
每個碳原子的sp3雜化軌道分別與3個氫原子的1s軌道形成3個C-H σ鍵（sp3—s），與另一個碳原子sp3軌道形成1個C-Cσ鍵（sp3—sp3）。
每個C原子與3個H原子和1個C原子形成四面體結構。
乙烯分子的成鍵情況
(1) 碳原子的雜化方式：
碳原子為sp2雜化，形成3個sp2雜化軌道。
(2) 成鍵方式和空間構型：
每個碳原子的sp2雜化軌道分別與2個氫原子的1s軌道形成2個C-Hσ鍵（sp2—s），與另一個碳原子的sp2雜化軌道形成C-Cσ鍵（sp2—sp2）。
2個碳原子未雜化的2p軌道形成1個π鍵。
乙烯分子的空間構型為平面結構。
(3)C=C、C=O、石墨、苯環中的碳原子，都是sp2雜化。
乙炔分子的成鍵情況
(1) 碳原子的雜化方式：
碳原子為sp雜化，形成2個sp雜化軌道。
(2)成鍵方式和空間構型：
每個碳原子的sp雜化軌道分別與1個氫原子的1s軌道形成2個C-Hσ鍵（sp—s），與另一個碳原子的sp雜化軌道形成C-Cσ鍵（sp—sp）。
碳原子未雜化的2p軌道兩兩形成2個π鍵。
乙炔分子的空間構型為直線形。
(3) C≡C、C≡N、CO2中的碳原子，都是sp雜化。
H2O分子的空間構型
(1)雜化軌道類型：
O原子上的1個2s軌道與3個2p軌道混合，形成4個sp3化軌道，雜化軌道的空間構型是正四面體形。
(2)成鍵情況：
O原子的2個sp3雜化軌道分別與H原子的1s軌道重疊，形成2個σ鍵，2對孤電子對沒有參加成鍵。
(3)空間構型：
由于孤電子對—成鍵電子對的排斥作用>成鍵電子對—成鍵電子對作用，使鍵角小于109°28'。H2O分子的空間構型為V形，鍵角為104°30'。
NH3分子的空間構型
(1)雜化軌道類型：
N原子上的1個2s軌道與3個2p軌道混合，形成4個sp3雜化軌道，該雜化軌道的空間構型是正四面體形。
(2)成鍵情況：
N原子的3個sp3雜化軌道分別與H原子的1s軌道重疊，形成3個σ鍵，1對孤電子對沒有參加成鍵。
(3)空間構型：
NH3分子的空間構型為三角錐形，鍵角為107°18'。
雜化軌道及成鍵規律
(1)當雜化軌道數目等于成鍵軌道數目時，雜化軌道全部參與成鍵，成鍵類型是σ鍵，分子的空間構型與雜化軌道的空間構型一致。
(2)當雜化軌道數目大于成鍵軌道數目時，分子中存在孤電子對，對成鍵電子對產生排斥作用，使鍵角增大，分子的空間構型與雜化軌道的空間構型不同。
(3)若未雜化的軌道上有成單電子，則形成π鍵。
課堂小結
PART 03
乙烷、乙烯、乙炔分子成鍵情況
雜化軌道理論要點
2
1
雜化軌道理論
H2O、NH3分子的空間構型
3
雜化過程
雜化軌道
共價鍵的形成
類型
空間結構
成鍵方式
分子的空間結構
課堂練習
PART 04
1．下列說法錯誤的是(　　)
A．ⅠA族元素成鍵時不可能有雜化軌道
B．CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個H原子的1s軌道和1個C原子的2p軌道混合起來而形成的
C．孤電子對有可能參加雜化
D．s軌道和p軌道雜化不可能出現sp4雜化
B
2．氮的最高價氧化物為無色晶體，它由和構成，已知其陰離子結構為平面三角形，陽離子中氮的雜化方式為sp，則其陽離子的結構和陰離子中氮的雜化方式為(　　)
A．直線形　sp2 B．V形　sp
C．平面三角形　sp2 D．平面三角形　sp3
A
A
4．化合物A是一種新型鍋爐水除氧劑，其結構式如圖所示：
下列說法正確的是(　　)
A．碳、氮原子的雜化類型相同
B．氮原子與碳原子分別為sp3雜化與sp2雜化
C．1 mol A分子中所含σ鍵的數目為10NA
D．編號為a的氮原子和與其成鍵的另外三個原子在同一平面內
B
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