資源簡介

(共33張PPT)
第2章 微粒間的相互作用于物質性質
第2節 共價鍵與分子的空間結構
第1課時 雜化軌道理論
鮑林1954年因在化學鍵方面的工作取得諾貝爾化學獎，1962年因反對核彈在地面測試的行動獲得諾貝爾和平獎，成為獲得不同諾貝爾獎項的兩人之一。鮑林被認為是20世紀對化學科學影響最大的人之一，他所撰寫的《化學鍵的本質》被認為是化學史上最重要的著作之一。他所提出的許多概念：電負度、共振理論、價鍵理論、雜化軌道理論、蛋白質二級結構等概念和理論，如今已成為化學領域最基礎和最廣泛使用的觀念。
1.了解雜化軌道理論的基本內容。
2.在理解雜化軌道理論的基礎上，對分子的空間構型進行解釋和預測。
1.通過雜化軌道理論的學習,能從微觀角度理解中心原子的雜化類型對分子空間結構的影響。(宏觀辨識與微觀探析)
2.通過雜化軌道理論的學習,掌握中心原子雜化軌道類型判斷的方法,建立分子空間結構分析的思維模型。(證據推理與模型認知)
體會課堂探究的樂趣，
汲取新知識的營養，
讓我們一起 吧！
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課
堂
復習回顧
原子間通過 共用電子 形成的化學鍵叫共價鍵。共價鍵具有飽和性和方向性，所以原子間以共價鍵形成的分子具有一定的空間結構。
一些典型分子的空間結構
HCl
180
H2O
104.5°
NH3
107.3°
CH4
109°28'
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合形成CH4，而不是CH2 ？
C原子
（軌道表示式）
1s2
2s2
2p2
H 電子排布圖
1s1
【交流討論】
2s
2p
激發
根據價鍵理論，原子之間若要形成共價鍵,它們的價電子中應當有未成對的電子。
2s
2p
甲烷分子的正四面體結構是怎樣形成的呢？
雜化
4個 sp3 雜化軌道
自旋狀態相同
sp3 雜化：
一個2s軌道與3個2p軌道重新組合成4個相同的軌道,且空間分布均勻。
通常,有幾個原子軌道參加雜化,雜化后生成的雜化軌道的數目就有幾個。
基態碳原子
激發態
四個H原子分別以4個s軌道與C原子上的四個sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了四個性質、能量和鍵角都完全相同的S-SP3 σ鍵，從而構成一個正四面體形的分子。
109°28’
109°28’
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
雜化類型 參與
軌道 雜化
軌道 雜化軌道
間夾角 每個雜化軌道成分 雜化軌道立體構型 雜化軌道示意圖 實例
sp3
1個ns
3個np
4個sp3
109.5°
個ns
個np
正四面體
CH4
SiF4
…
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp3雜化
4個能量相同的
sp3雜化軌道
理論支撐——雜化軌道理論
鮑林（Pauling-L）
原子成鍵時，為了增強成鍵能力，同一原子中能量相近的幾個原子軌道可以重新組合，能量重新分配，形成一組能量相同、形狀相同、空間取向不同的新的原子軌道，且軌道總數不變。
這種原子軌道重新組合的過程稱為原子軌道的雜化，所形成的新的原子軌道稱為雜化軌道。
概念：
（1）原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發生，孤立的原子不發生雜化。
（2）只有能量相近、不同類型的原子軌道才能雜化，得到的雜化軌道能量相同。有多少原子軌道發生雜化就形成多少個雜化軌道。
（3）原子軌道雜化三步：激發、雜化、重疊，形成σ鍵。
（4）雜化后軌道伸展方向、形狀發生改變。雜化軌道間的夾角分布最大化。（盡量遠離，使相互間的排斥能最小）
（5）雜化軌道的電子云一頭大，一頭小，成鍵時利用大的一頭，可以使電子云重疊程度更大，從而形成穩定的化學鍵。即雜化軌道增強了成鍵能力。
特別提醒：
1.請推測乙烷中C原子的雜化方式？
閱讀教材，了解、分析乙烯、乙炔、苯分子的結構，討論下列問題：
1、確定乙烯、乙炔、苯分子的結構式、空間結構、鍵角。
2、分析原子在成鍵過程中的原子軌道雜化方式及成鍵類型。
聯想·質疑
雜化類型 參與
軌道 雜化
軌道 雜化軌道
間夾角 每個雜化軌道成分 雜化軌道空間結構 雜化軌道示意圖 實例
sp2
1個ns
2個np
3個sp2
120°
1/3個ns
2/3個np
平面
三角形
BF3
CH2O
...
圖
示
分
析
理
論
分
析
請類比sp3雜化，小組合作分析sp2雜化方式，完成下表:
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
120°
側視圖
激發態
2s
2p
激發
基態
2s
2p
雜化
2p
3個sp2雜化軌道
1個2p 軌道
sp2
乙烯分子(C2H4)中碳原子的SP2雜化過程
σ
σ
σ
σ
σ
π
σ
σ
σ
σ
σ
π
sp2雜化軌道只能形成3個σ鍵，未參與雜化的2p軌道能形成1個π鍵。
分子空間結構：平面形分子
BF3分子是平面正三角形， F原子位于正三角形的三個頂點，B原子位于分子中心，分子中鍵角均為120o，雜化軌道理論如何解釋？
*
*
雜化類型 參與
軌道 雜化
軌道 雜化軌道
間夾角 每個雜化軌道成分 雜化軌道立體構型 雜化軌道示意圖 實例
sp
1個ns
1個np
2個sp
180°
1/2個ns
1/2個np
直線形
BeCl2
CO2
…
請類比sp3和sp2雜化方式，獨立分析sp雜化形式，完成下表
理
論
分
析
圖
示
分
析
激發態
2s
2p
激發
基態
2s
2p
雜化
2個sp1雜化軌道
2個2p 軌道
2p
sp1
乙炔分子(C2H2)中碳原子的SP雜化過程
π
C
C
H
H
σ
π
σ
σ
σ
σ
σ
π
π
SP雜化軌道只能成2個σ鍵,2p能形成2個π鍵。
分子空間結構：直線形分子
氣態BeCl2分子是直線形，Cl原子位于Be原子的兩側， BeCl2分子中鍵角為180o 。雜化軌道理論如何解釋？
當雜化軌道全部用于形成σ鍵時（等性雜化）
雜化類型 sp1 sp2 sp3
用于雜化的原子軌道及數目 s
p
軌道夾角
雜化軌道示意圖
實例
分子結構示意圖
分子結構
1
1
2
3
1
1
109.5°
120°
180°
BeCl2
BF3
CCl4
直線形
平面三角形
正四面體形
鍵角=軌道夾角
思考：
氮原子的價電子排布式為2s22p3，三個2p軌道各有一個未成對電子，可分別與一個H原子的1s電子形成一個σ鍵，不須雜化。但事實是：氮原子形成了四個sp3雜化軌道，且鍵角是107.3°，空間結構為三角錐形，怎么解釋
NH3
107.3°
sp3雜化
氨分子(NH3)氮原子SP3雜化，形成氨的過程
基態
2s
2p
sp3雜化軌道
與3個H原子成3個σ鍵
孤對電子
σ
σ
σ
分子空間結構：三角錐形
孤對電子
價層中的σ成鍵電子對與孤對電子都要占有雜化軌道,且相互排斥,其中孤對電子對成鍵電子的排斥能力較強,故偏離109°28',變成為鍵角107.3 °。
試一試：
氧原子的價電子排布式為2s22p4，兩個2p軌道各有一個未成對電子，可分別與一個H原子的1s電子形成一個σ鍵，不須雜化。但事實是：氧原子形成了四個sp3雜化軌道，且鍵角是104.5°，空間結構為角形，怎么解釋
sp3雜化
與2個H原子成2個σ鍵
H2O分子中氧原子的雜化過程
基態
2s
2p
sp3雜化軌道
孤對電子
H2O呈角形結構。水分子的鍵角本應109 °28',但由于有2對孤對電子的斥力,該鍵角變小, 成為104.5°。
104.5°
σ
σ
由于孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，會使分子的結構與雜化軌道的形狀有所區別。
如水分子中氧原子的sp3雜化軌道有2個是由孤對電子占據的，其分子不呈正四面體結構，而呈角形，鍵角104.5° ；
氨分子中氮原子的sp3雜化軌道有1個由孤對電子占據，氨分子不呈正四面體結構，而呈三角錐形，鍵角107.3°。
當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時（不等性雜化）
注意
（1）雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納孤對電子，若還有未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵。
（2）雜化軌道間的夾角與分子內的鍵角不一定相同，中心原子雜化類型相同時孤對電子越多，鍵角越小。如NH3分子中的氮原子與CH4分子中的碳原子均以sp3雜化，但鍵角分別為107.3°和109.5°。
苯分子是平面正六邊形，鍵角是120°，試用雜化軌道理論進行解釋？
苯分子(C6H6)中碳原子的雜化過程
激發態
2s
2p
激發
基態
2s
2p
雜化
2p
3個sp2雜化軌道
1個2p 軌道
sp2
σ
σ
σ
六個C原子形成一個正六邊形
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
C6H6的大π鍵
分子空間結構：平面形分子
分子的空間結構
雜化軌道理論
中心原子價層電子對數的計算
根據VSEPR模型判斷分子的空間結構
形形色色的分子
直線形、角形
三角錐形、平面三角形
四面體形
模型觀
微粒觀
1.下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是( )
A. CO2與SO2 B. CH4與NH3
C. BeCl2與BF3 D. C2H2與C2H4
B
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
B
3.有關乙炔分子中的化學鍵描述不正確的是( )
A.兩個碳原子采用sp雜化方式
B.兩個碳原子采用sp2雜化方式
C.每個碳原子都有兩個未雜化的2p軌道形成π鍵
D.兩個碳原子形成兩個π鍵

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