資源簡介

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)
2.2.2 雜化軌道理論
【教材分析】
本節(jié)從分子結(jié)構(gòu)的測定、三原子、四原子、五原子分子的立體構(gòu)型為例，介紹典型分子立體構(gòu)型；然后從價層電子對互斥理論和雜化軌道理論解釋分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，并根據(jù)上述理論判斷簡單分子和離子的構(gòu)型。
【課程目標(biāo)】
課程目標(biāo) 學(xué)科素養(yǎng)
1.了解雜化軌道理論的基本內(nèi)容。 2.在理解雜化軌道理論的基礎(chǔ)上，對分子的空間構(gòu)型進(jìn)行解釋和預(yù)測。 1.微觀探析：通過雜化軌道理論的學(xué)習(xí),能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。 2.模型認(rèn)知：通過雜化軌道理論的學(xué)習(xí),掌握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。
【教學(xué)重難點】
教學(xué)重點：雜化軌道理論
教學(xué)難點：雜化軌道理論
【教學(xué)過程】
【思考交流】
甲烷呈正四面體形，它的4個C—H鍵的鍵能、鍵長相同，H—C—H的鍵角109°28′，按照我們已經(jīng)學(xué)過的價鍵理論，甲烷的4個C- H單鍵都應(yīng)該是σ鍵，然而，碳原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道，用它們跟4個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體形的甲烷分子。請解釋原因。
【釋疑解惑】
當(dāng)碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時，碳原子的2s軌道和3個2p軌道會發(fā)生混雜，混雜時保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個頂角，夾角109°28'，稱為sp3雜化軌道，表示這4個軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的。當(dāng)碳原子跟4個氫原子結(jié)合時，碳原子以4個sp雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C-H σ鍵，因此呈正四面體形的空間結(jié)構(gòu)。
【過渡】
了解了CH4的雜化方式，接下來我們就來具體學(xué)習(xí)雜化軌道理論。
【講解】
1.雜化軌道理論
(1)雜化軌道理論是一種價鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)提出的。
①軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。
②雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。
③軌道雜化的過程：激發(fā)→雜化→軌道重疊。
(2)雜化軌道理論要點：
①原子在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。
②參與雜化的原子軌道數(shù)等于形成的雜化軌道數(shù)。
③雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。
④雜化前后原子軌道數(shù)目不變（參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目），且雜化軌道的能量相同。
⑤原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。
⑥雜化軌道用于形成σ鍵或者用來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。分子的空間結(jié)構(gòu)主要取決于原子軌道的雜化類型。
⑦雜化軌道數(shù)=中心原子上的孤電子對數(shù)+與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。
【講解】
2.雜化類型
CH4是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的，sp3雜化軌道的夾角為109°28′，呈空間正四面體形這種雜化方式我們稱為sp3雜化。
【展示】 sp3雜化軌道的形成。
【講解】
在學(xué)習(xí)價層電子對互斥模型時，知道NH3和H2O的VSEPR模型跟CH4一樣也是四面體形，因此它們的中心原子也是采取了sp3雜化。
【案例講解】
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。
【學(xué)生活動】
請模仿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(jié)構(gòu)。
【講解】
sp2雜化軌道是由一個ns軌道和兩個np軌道雜化而得。sp2雜化軌道間的夾角為120°，呈平面三角形(如BF3)。
sp2雜化后，未參與雜化的一個np軌道可以用于形成π鍵，如乙烯分子碳碳雙鍵的形成。
【展示】
sp2雜化軌道——BF3分子的形成
【案例講解】
CH2=CH2
【講解】
sp雜化軌道是由一個ns軌道和一個np軌道雜化而得。sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形(如BeCl2)。雜化后的2個sp雜化軌道分別與氯原子的3p軌道發(fā)生重疊，形成2個σ鍵，構(gòu)成直線形的BeCl2分子。
sp雜化后，未參與雜化的兩個np軌道可以用于形成π鍵，如乙炔分子中的C≡C鍵的形成。
【展示】
sp雜化軌道
【案例講解】
乙炔
【講解】
3.雜化軌道與分子空間構(gòu)型
雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對，當(dāng)沒有孤電子對時，能量相同的雜化軌道彼此遠(yuǎn)離，形成的分子為對稱結(jié)構(gòu)；當(dāng)有孤電子對時，孤電子對占據(jù)一定空間且對成鍵電子對產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。
【學(xué)生活動】
試分析雜化軌道與分子的空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
【總結(jié)】
雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。
雜化軌道數(shù) ＝ 價層電子對數(shù)
＝ 中心原子孤電子對數(shù)+中心原子σ鍵電子對數(shù)
形成π鍵的電子只能位于未雜化的原子軌道上。
價層電子對數(shù) 中心原子的雜化軌道類型 VSEPR理想模型
2 sp 直線形
3 sp2 平面三角形
4 sp3 四面體形
【學(xué)生活動】
分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的雜化軌道類型、VSEPR模型、空間構(gòu)型，總結(jié)VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關(guān)系。
【總結(jié)】
價電子對數(shù) VSEPR模型 VSEPR模型名稱 雜化軌道數(shù) 中心原子的雜化軌道類型 分子的空間構(gòu)型 實例
2 直線形 2 sp 直線形 BeCl2、CO2
3 平面三角形 3 sp2 V形 SO2
3 平面三角形 3 sp2 平面三角形 SO3
4 四面體形 4 sp3 V形 H2O
4 四面體形 4 sp3 三角錐形 NH3
4 正四面體形 4 sp3 正四面體形 CH4、CCl4
【課堂練習(xí)】
略
【拓展延伸】

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