人教版化學(xué)選修三第二章第二節(jié)分子的立體構(gòu)型雜化軌道理論精講課件

1、第二節(jié)第二節(jié) 分子的立體構(gòu)型分子的立體構(gòu)型雜化軌道理論雜化軌道理論活動：請根據(jù)價層電子對互斥理論分析活動：請根據(jù)價層電子對互斥理論分析CHCH4 4的立體構(gòu)型的立體構(gòu)型1.1.寫出碳原子的核外電子排布圖，思考為什么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(jié)合形成碳原子與氫原子結(jié)合形成CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2 ？C原子軌道排布圖原子軌道排布圖1s22s22p2H原子軌道排布圖原子軌道排布圖1s1按照我們已經(jīng)學(xué)過的價鍵理論，甲烷的按照我們已經(jīng)學(xué)過的價鍵理論，甲烷的4個個C H單鍵單鍵都應(yīng)該是都應(yīng)該是鍵，然而，碳原子的鍵，然而，碳原子的4個價層原子軌道是個價層原子軌道

2、是3個相互垂直的個相互垂直的2p 軌道和軌道和1個球形的個球形的2s軌道，用它們跟軌道，用它們跟4個氫原子的個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到四面體構(gòu)型原子軌道重疊，不可能得到四面體構(gòu)型的甲烷分子的甲烷分子CC為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論激發(fā)s2p2p2s2雜化3spsp3C：2s22p2 由由1個個s軌道和軌道和3個個p軌道軌道混雜混雜并重新組合成并重新組合成4個能量與個能量與形狀完全相同的軌道。形狀完全相同的軌道。我們把這種軌道稱之為我們把這種軌道稱之為 sp3雜化雜化軌道軌道。為了四個雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥為了四個

3、雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，最小，4個雜化軌道的伸展方向成什么立體構(gòu)型個雜化軌道的伸展方向成什么立體構(gòu)型? 四個四個H原子分別以原子分別以4個個s軌道與軌道與C原子上的四個原子上的四個sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了四個性質(zhì)、雜化軌道相互重疊后，就形成了四個性質(zhì)、能量和鍵角都完全相同的能量和鍵角都完全相同的S-SP3鍵，從而構(gòu)成一鍵，從而構(gòu)成一個正四面體構(gòu)型的分子。個正四面體構(gòu)型的分子。 10928三、雜化理論簡介三、雜化理論簡介1.1.概念：概念：在形成分子時，由于原子的相互影響在形成分子時，由于原子的相互影響, ,若干若干個個不同類型但不同類型但能量相近能量相近的原子軌

4、道的原子軌道混合起來，重新組混合起來，重新組合成一組新軌道的過程叫做原子軌道的雜化，所形成合成一組新軌道的過程叫做原子軌道的雜化，所形成的新軌道就稱為雜化軌道。的新軌道就稱為雜化軌道。2.2.要點(diǎn)：要點(diǎn)：（1 1）參與雜化的各原子軌道）參與雜化的各原子軌道能量要相近能量要相近（同一能級同一能級組組或或相近能級組相近能級組的軌道）；的軌道）；（2 2）雜化前后原子軌道數(shù)目不變：參加雜化的軌道數(shù)）雜化前后原子軌道數(shù)目不變：參加雜化的軌道數(shù)目目等于等于形成的雜化軌道數(shù)目；形成的雜化軌道數(shù)目；但雜化軌道改變了原子但雜化軌道改變了原子軌道的形狀方向軌道的形狀方向，在成鍵時更有利于軌道間的重疊；，在成鍵時

5、更有利于軌道間的重疊；三、雜化理論簡介三、雜化理論簡介2.2.要點(diǎn)：要點(diǎn)：（1 1）參與參加雜化的各原子軌道）參與參加雜化的各原子軌道能量要相近能量要相近（同一（同一能級組或相近能級組的軌道）；能級組或相近能級組的軌道）；（2 2）雜化前后原子軌道數(shù)目不變：參加雜化的軌道數(shù)）雜化前后原子軌道數(shù)目不變：參加雜化的軌道數(shù)目目等于等于形成的雜化軌道數(shù)目；但雜化軌道改變了原子形成的雜化軌道數(shù)目；但雜化軌道改變了原子軌道的形狀方向，在成鍵時更有利于軌道間的重疊；軌道的形狀方向，在成鍵時更有利于軌道間的重疊；（3 3）為使相互間）為使相互間排斥力最小排斥力最小，雜化軌道雜化軌道在空間取最在空間取最大夾角分

6、布，且不同的雜化軌道伸展方向不同；大夾角分布，且不同的雜化軌道伸展方向不同；對于對于非過渡元素非過渡元素，由于由于nsns和和npnp能級接近，往往采能級接近，往往采用用“spsp”型雜化（型雜化（分為分為spsp雜化、雜化、spsp2 2雜化、雜化、spsp3 3雜化雜化）sp雜化軌道的形成過程 x y z x y z z x y z x y z 180每個每個sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有含有1/2 s 軌道和軌道和1/2 p 軌道的成分軌道的成分兩個軌道間的夾角為兩個軌道間的夾角為180，呈，呈直線型直線型 sp 雜化雜化：1個個s 軌道與軌道與

7、1個個p 軌道進(jìn)行的雜化軌道進(jìn)行的雜化, 形成形成2個個sp雜化軌道。雜化軌道。180ClClBe例如：例如： Sp 雜化雜化 BeCl2分子的形成分子的形成Be原子：原子：1s22s2 沒有單個電子，沒有單個電子，激發(fā)s2p2p2s2spsp雜化雜化ClClsppxpxsp2雜化軌道的形成過程 x y z x y z z x y z x y z 120 每個每個sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小， 含有含有 1/3 s 軌道和軌道和 2/3 p 軌道的成分軌道的成分 每兩個軌道間的夾角為每兩個軌道間的夾角為120，呈呈平面三角形平面三角形 sp2雜化雜化

8、：1個個s 軌道與軌道與2個個p 軌道進(jìn)行的雜化軌道進(jìn)行的雜化, 形成形成3個個sp2 雜化軌道。雜化軌道。120FFFB例如：例如： Sp2 雜化雜化 BF3分子的形成分子的形成B B： 1s1s2 22s2s2 22p2p1 1沒有沒有3 3個單電子個單電子激發(fā)s2p2p2s2sp2sp2雜化sp3雜化軌道的形成過程 x y z x y z z x y z x y z 10928 sp3雜化雜化：1個個s 軌道與軌道與3個個p 軌道進(jìn)行的雜化軌道進(jìn)行的雜化,形成形成4個個sp3 雜化軌道。雜化軌道。 每個每個sp3雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小， 含有含

9、有 1/4 s 軌道和軌道和 3/4 p 軌道的成分軌道的成分 每兩個軌道間的夾角為每兩個軌道間的夾角為109.5， 空間構(gòu)型為空間構(gòu)型為正四面體型正四面體型例如：例如： Sp3 雜化雜化 CH4分子的形成分子的形成激發(fā)s2p2p2s2雜化3spsp3C：2s22p2三、雜化理論簡介三、雜化理論簡介3.3.雜化軌道分類：雜化軌道分類：激發(fā)s2p2p2s2雜化3spsp3CH4原子原子軌道雜化軌道雜化等性雜化：參與雜化的各原子軌道進(jìn)行成分的均勻混合等性雜化：參與雜化的各原子軌道進(jìn)行成分的均勻混合。 雜化軌道雜化軌道 每個軌道的成分每個軌道的成分 軌道間夾角軌道間夾角( 鍵角鍵角) sp 1/2

10、s，1/2 p 180 sp2 1/3 s，2/3 p 120 sp3 1/4 s，3/4p 109283.3.雜化軌道分類：雜化軌道分類：三、雜化理論簡介三、雜化理論簡介H2O原子原子軌道雜化軌道雜化 O原子：原子：2s22p4 有有2個單個單電子，可形成電子，可形成2個共價鍵，鍵個共價鍵，鍵角應(yīng)當(dāng)是角應(yīng)當(dāng)是90，Why? 2s2p2 對孤對電子對孤對電子雜化雜化不等性雜化：參與雜化的各原子軌道進(jìn)行成分上的不等性雜化：參與雜化的各原子軌道進(jìn)行成分上的 不均勻混合。某個雜化軌道有孤電子對不均勻混合。某個雜化軌道有孤電子對排斥力排斥力：孤電子對：孤電子對- -孤電子對孤電子對 孤電子對孤電子對-

11、 -成鍵電子對成鍵電子對 成鍵電子對成鍵電子對- -成鍵電子對成鍵電子對三、雜化理論簡介三、雜化理論簡介4.4.雜化類型判斷：雜化類型判斷： 因為雜化軌道只能用于形成因為雜化軌道只能用于形成鍵或用來容鍵或用來容納孤電子對，故有納孤電子對，故有 雜化類型的判斷方法：先確定分子或離子的中雜化類型的判斷方法：先確定分子或離子的中心原子價層電子對數(shù)，再由雜化軌道數(shù)判斷雜心原子價層電子對數(shù)，再由雜化軌道數(shù)判斷雜化軌道類型?；壍李愋汀? =中心原子孤電子對數(shù)中心原子孤電子對數(shù)鍵電子對數(shù)（配位原子數(shù)）鍵電子對數(shù)（配位原子數(shù)）雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)=中心原子價層電子對數(shù)中心原子價層電子對數(shù)價層電子價層電子對數(shù)

12、對數(shù)VSEPR模型名稱模型名稱中心原子中心原子雜化類型雜化類型典型例子典型例子中心原子雜化方式判斷中心原子雜化方式判斷2sp3平面三角形平面三角形SO3四面體形四面體形SO4 2- CCl4H2O NH3價層電子價層電子對數(shù)對數(shù)VSEPR模型名稱模型名稱中心原子中心原子雜化類型雜化類型典型例子典型例子中心原子雜化方式判斷中心原子雜化方式判斷2直線形直線形spBeCl2CO23平面三角形平面三角形sp2SO34四面體形四面體形sp3SO4 2- CCl4H2O NH3代表物代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)雜化軌道類型雜化軌道類型CO2CH2O033CH4SO2NH3H2O雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)= =中心

13、原子孤電子對數(shù)配位原子數(shù)中心原子孤電子對數(shù)配位原子數(shù)代表物代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)雜化軌道類型雜化軌道類型CO2022spCH2O033sp2CH4044sp3SO2123sp2NH3134sp3H2O224sp3雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)= =中心原子孤電子對數(shù)配位原子數(shù)中心原子孤電子對數(shù)配位原子數(shù)A的價層電子對數(shù)的價層電子對數(shù)234A的雜化軌道數(shù)的雜化軌道數(shù)雜化軌道類型雜化軌道類型A的價電子空間構(gòu)型的價電子空間構(gòu)型（VSEPR模型）模型）A的雜化軌道空間構(gòu)型的雜化軌道空間構(gòu)型ABmABm型分子或離子空型分子或離子空間構(gòu)型間構(gòu)型對于對于ABmABm型分子或離子，其中心原子型分子或離子，其中心原子

14、A A的雜化軌道的雜化軌道數(shù)恰好與數(shù)恰好與A A的價層電子對數(shù)相等。的價層電子對數(shù)相等。234spsp2sp3直線型直線型平面三角形平面三角形四面體四面體直線型直線型平面三角形平面三角形四面體四面體直線型直線型平面三角平面三角形或形或V形形正四面體或三正四面體或三角錐形或角錐形或V形形例例1：計算下列分子或離子中的價電子對數(shù)，并根據(jù)已學(xué)填寫下表：計算下列分子或離子中的價電子對數(shù)，并根據(jù)已學(xué)填寫下表物質(zhì)物質(zhì)價電價電子對子對數(shù)數(shù)中心原中心原子雜化子雜化軌道類型軌道類型雜化軌道雜化軌道/電子對空電子對空間構(gòu)型間構(gòu)型軌道軌道夾角夾角分子空分子空間構(gòu)型間構(gòu)型鍵角鍵角氣態(tài)氣態(tài)BeCl2CO2BF3CH4N

15、H4+H2ONH3PCl322344444spspspspspsp2 2spsp3 3直線形直線形直線形直線形平面三角形平面三角形四面四面體體180180120109.5直線形直線形直線形直線形平面三平面三角形角形正四正四面體面體V形形三角三角錐形錐形180180120109.28109.28105107.18107.18課堂練習(xí)課堂練習(xí)例題例題2：下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同：下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是的是 ( ) ACO2與與SO2 BCH4與與NH3 CBeCl2與與BF3 DC2H2與與C2H4B例題例題3：對：對SO2與與CO2說法正確的是說法正確的是( )

16、 A都是直線形結(jié)構(gòu)都是直線形結(jié)構(gòu) B中心原子都采取中心原子都采取sp雜化軌道雜化軌道 C S原子和原子和C原子上都沒有孤對電子原子上都沒有孤對電子 D SO2為為V形結(jié)構(gòu)，形結(jié)構(gòu)， CO2為直線形結(jié)構(gòu)為直線形結(jié)構(gòu)D試用雜化軌道理論分析乙烯和乙炔分子試用雜化軌道理論分析乙烯和乙炔分子的成鍵情況的成鍵情況 C C原子在形成乙烯分子時，碳原子的原子在形成乙烯分子時，碳原子的2s2s軌道與軌道與2 2個個2p2p軌道發(fā)生雜化，形成軌道發(fā)生雜化，形成3 3個個spsp2 2雜化軌道，伸向平面正雜化軌道，伸向平面正三角形的三個頂點(diǎn)。每個三角形的三個頂點(diǎn)。每個C C原子的原子的2 2個個spsp2 2雜化軌

17、道分雜化軌道分別與別與2 2個個H H原子的原子的1s1s軌道形成軌道形成2 2個相同的個相同的鍵，各自剩鍵，各自剩余的余的1 1個個spsp2 2雜化軌道相互形成一個雜化軌道相互形成一個鍵，各自鍵，各自沒有雜沒有雜化的化的l l個個2p2p軌道軌道則垂直于雜化軌道所在的平面，彼此則垂直于雜化軌道所在的平面，彼此肩并肩重疊形成肩并肩重疊形成鍵。所以，在乙烯分子中雙鍵由一鍵。所以，在乙烯分子中雙鍵由一個個鍵和一個鍵和一個鍵構(gòu)成。鍵構(gòu)成。 C C原子在形成乙炔分子時發(fā)生原子在形成乙炔分子時發(fā)生spsp雜化，兩個雜化，兩個碳原子以碳原子以spsp雜化軌道與氫原子的雜化軌道與氫原子的1s1s軌道結(jié)合形

18、成軌道結(jié)合形成鍵。各自剩余的鍵。各自剩余的1 1個個spsp雜化軌道相互形成雜化軌道相互形成1 1個個鍵，兩個碳原子的未雜化鍵，兩個碳原子的未雜化2p2p軌道分別在軌道分別在Y Y軸和軸和Z Z軸軸方向重疊形成方向重疊形成鍵。所以乙炔分子中碳原子間以鍵。所以乙炔分子中碳原子間以叁鍵相結(jié)合。叁鍵相結(jié)合。苯環(huán)的結(jié)構(gòu)苯環(huán)的結(jié)構(gòu)平面正六邊形，離域大平面正六邊形，離域大鍵。鍵。C6H6的大鍵（離域鍵）1.苯環(huán)中的碳均是以苯環(huán)中的碳均是以sp2雜化成夾角為雜化成夾角為1200三三個個sp2雜化軌道雜化軌道.2.苯環(huán)中六個碳之間形成苯環(huán)中六個碳之間形成6個個鍵鍵,每個碳與氫每個碳與氫形成形成1個個鍵鍵.3.

19、苯環(huán)中六個碳中未雜化的苯環(huán)中六個碳中未雜化的P軌道彼此形成一軌道彼此形成一個個大大鍵鍵.4.形成形成大大鍵鍵比一般的比一般的鍵更穩(wěn)定鍵更穩(wěn)定,因此苯環(huán)因此苯環(huán)體現(xiàn)特殊的穩(wěn)定性體現(xiàn)特殊的穩(wěn)定性小結(jié)雜化軌道理論小結(jié)雜化軌道理論 sp3 雜化：正四面體型雜化，四個雜化軌道，雜化：正四面體型雜化，四個雜化軌道，能形成四個能形成四個鍵，鍵， 鍵穩(wěn)定，可自由旋轉(zhuǎn)。鍵穩(wěn)定，可自由旋轉(zhuǎn)。 sp2 雜化：三個雜化軌道共平面，能形成三個雜化：三個雜化軌道共平面，能形成三個鍵，未雜化鍵，未雜化p軌道可形成軌道可形成鍵，形成鍵，形成鍵后，鍵后，雙鍵均不能自由旋轉(zhuǎn)；雙鍵均不能自由旋轉(zhuǎn)； sp 雜化：兩個雜化軌道共直線，

20、能形成兩個雜化：兩個雜化軌道共直線，能形成兩個鍵，未雜化鍵，未雜化p軌道可形成軌道可形成鍵，形成鍵，形成鍵后，三鍵后，三鍵均不能自由旋轉(zhuǎn)。鍵均不能自由旋轉(zhuǎn)。雜化軌道的類型與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系雜化軌道的類型與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系雜化類型雜化類型spsp2sp3用于雜化的用于雜化的原子軌道數(shù)原子軌道數(shù)234雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)234空間構(gòu)型空間構(gòu)型直線型直線型平面三角形平面三角形四面體四面體實例實例CHCHCH2=CH2 CH4CO2 CS2BF3CCl4（2 2）要點(diǎn)：）要點(diǎn)：（1）sp3雜化雜化1個個S軌軌道和道和3個個P軌道軌道基態(tài)基態(tài)原子原子激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)原子原子4 4個相同的個相同的SPSP3 3雜

21、化軌道雜化軌道混雜混雜小結(jié)：雜化軌道理論小結(jié)：雜化軌道理論1個個S軌道軌道2個個P軌道軌道雜化雜化（2）sp2雜化雜化3 3個相同的個相同的SPSP2 2雜化軌道雜化軌道（3）sp雜化雜化1個個S軌道軌道1個個P軌道軌道雜化雜化2 2個相同的個相同的SPSP雜化軌道雜化軌道 （4）s-p型的三種雜化比較型的三種雜化比較雜雜 化化 類類 型型spspSpSp2 2spsp3 3參與雜化的參與雜化的原子軌道原子軌道1 1個個 s + 1s + 1個個p p1 1個個s + 2s + 2個個p p1 1個個s + 3s + 3個個p p雜雜 化化 軌軌 道道 數(shù)數(shù)2 2個個spsp雜化軌道雜化軌道3

22、 3個個spsp2 2雜化軌雜化軌道道4 4個個spsp3 3雜化軌雜化軌道道雜化軌道雜化軌道間夾角間夾角1801800 01201200 01091090 0 2828空空 間間 構(gòu)構(gòu) 型型直直 線線正三角形正三角形正四面體正四面體實實 例例BeClBeCl2 2 , , C C2 2H H2 2BF3 , C2H4CH4 , CCl42 2、雜化軌道的特性、雜化軌道的特性: :（1 1）只有能量相近的軌道才能互相雜化。）只有能量相近的軌道才能互相雜化。 常見的有常見的有: :非過渡元素非過渡元素 ns np ns np （spsp型雜化）型雜化） 過渡元素過渡元素(n-1)d ns np

23、(dsp(n-1)d ns np (dsp型雜化型雜化) )（2 2）雜化軌道的成鍵能力大于未雜化軌道。）雜化軌道的成鍵能力大于未雜化軌道。（3 3）參加雜化的原子軌道的數(shù)目與形成的雜化軌）參加雜化的原子軌道的數(shù)目與形成的雜化軌 道數(shù)目相同。道數(shù)目相同。（4 4）不同類型的雜化，雜化軌道的空間取向不同）不同類型的雜化，雜化軌道的空間取向不同1、下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相、下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是同的是 ( ) ACO2與與SO2 BCH4與與NH3 CBeCl2與與BF3 DC2H2與與C2H4B 2、對、對SO2與與CO2說法正確的是說法正確的是( ) A都是直線形結(jié)構(gòu)都是直線形結(jié)構(gòu) B中心原子都采取中心原子都采取sp雜化軌道雜化軌道 C S原子和原子和C原子上都沒有孤對電子原子上都沒有孤對電子 D SO2為為V形結(jié)構(gòu)，形結(jié)構(gòu)， CO2為直線形結(jié)構(gòu)為直