归纳与整理主要内容及教案内容

《杂化轨道理论简介》教学设计

平定二中 卢红萍

一、教学目标

1、认识杂化轨道理论的要点；能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型；进一步了解化合物中原子的成键特征

2、培养分析、归纳、综合能力和空间想象能力；提高科学探究能力。

3、激发学习兴趣，体验科学学探究的艰辛与愉悦；培养勇于创新的科学态度。

二、教学重点：杂化轨道理论的要点

三、教学难点：对杂化轨道理论的理解；用杂化轨道理论判断分子和离子的构型

四、教学方法：启发思考、交流讨论、归纳总结

五、教学过程：

价键理论阐明了共价键的形成过程和本质，成功解释了共价键的方向性和饱和性，但在解释一些分子的空间结构方面却遇到了困难。例如CH4分子的形成，按照价键理论，C原子只有两个未成对的电子，只能与两个H原子形成两个共价键，而且键角应该大约为90°。但这与实验事实不符，因为C与H可形成CH4分子，其空间构型为正四面体，∠HCH = 109.5°。为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，1931年鲍林提出了杂化轨道理论，丰富和发展了现代价键理论.

[创设问题情景]从价键理论分析，得出矛盾：（1）C有2个未成对的2P电子，应形成CH2；（2）即使有4个未成键的电子，由于2S和2P轨道的差异，也不应该是规则的正四面体。为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，1931年鲍林提出了杂化轨道理论。

板书：杂化轨道理论

1、杂化的概念：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的

原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。

[思考与交流]甲烷分子的轨道是如何形成的呢？

形成甲烷分子时，中心原子的2s和2px，2py，2pz等四条原子轨道发生杂化，形成一组新的轨道，即四条sp3杂化轨道，这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道.

sp3杂化轨道

[思考与交流]

(1)原子轨道为什么可以杂化？

(2)原子轨道在杂化前后有什么变化和不变？

(3)原子轨道为什么要杂化？杂化的结果是什么？

[分析]

（1）形成分子时，由于原子间的相互作用，使同一原子内部能量相近的不

同类型原子轨道重新组合形成的一组新的成分、能量形状完全相同的杂化轨道。

（2）每一个杂化轨道的能量高于2s轨道能量而低于2p轨道能量；杂化轨

道的形状也可以说介于s轨道和p轨道之间，杂化轨道的电子云“一头大，一头小”，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大，从而形成稳定的化学键；杂化轨道之间在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定，四个杂化轨道在空间均匀对称地分布，以碳原子核为中心，伸向正四面体的四个顶点。这四个杂化轨道的未成对电子分别与氢原子的1s电子配对成键，这就形成了甲烷分子。

（3）杂化轨道增强了成键能力。

板书2、杂化的要点

（1）参加杂化的各原子轨道能量要相近

（2）杂化前后原子轨道数目不变。

（3）杂化轨道改变了原子轨道的成分、形状、伸展方向和能量。在成键时

更有利于轨道间的重叠

[思考与交流]

杂化轨道理论很好地解释了甲烷的分子结构，那么原子在形成分子时有哪些

杂化形式呢？

板书3、杂化的形式

采取动画演示，以CH4、BF3、BeCL2分子的形成为例，理解三种杂化方式sp3

sp2、 sp。

sp2

杂化轨道

sp2

杂化轨道空间呈平面三角形，没有参与杂化的轨道垂直于杂化轨道形成的平面三角形。

例：BF3 1s22s22p1

sp 杂化轨道

Sp 杂化轨道空间呈直线形，没有参与杂化的两个轨道垂直于杂化轨道形成直线。

例：BeCL2

[思考与交流]

用杂化轨道理论推断、解释NH3和H2O的结构。

若中心原子有不参与成键的孤对电子占有的原子轨道参与了杂化，便可形成能量不等、成份不完全相同的新的杂化轨道，这类杂化轨道称为不等性杂化轨道。NH3、H2O分子就属于这一类。

基态N原子的外层电子构型为2s22px12py12pz1，成键时这四个价电子轨道发生了sp3杂化，得到四个sp3杂化轨道，其中有三个sp3杂化轨道分别被未成对电子占有，和三个H原子的1s电子形成三个σ键，第四个sp3杂化轨道则为孤对电子所占有。该孤对电子未与其他原子共用，不参与成键，故较靠近N原子，其电子云较密集于N原子的周围，从而对其他三个被成键电子对占有的sp3杂化轨道产生较大排斥作用，键角从109.5°压缩到107.3°。故NH3分子呈三角锥形

H2O分子中O原子采取sp3不等性杂化，有二个sp3杂化轨道分别为孤对电子所占有，对其他二个被成键电子对占有的sp3杂化轨道的排斥更大，使键角被压缩到104.5°。故H2O分子的空间构型呈V型. [思考与交流]

杂化轨道理论可以很好地解释分子或离子的空间构型和稳定性，那么原子在

结合成分子时，采取什么杂化方式提高轨道的成键能力，如何判断原子轨道的杂化方式呢？

板书 4、杂化类型的判断

因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对，故有:

杂化轨道数=中心原子价层电子对数

=中心原子孤对电子对数＋中心原子σ键数

杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中心原子的价层电子对数，然后

就可以比较方便地确定中心原子的杂化轨道类型，进而确定分子或离子的空间构型

[课堂练习]

1、填写下表：

价层

物质

电子对数

中心原

子杂化

电子对空

轨道类型

间构型

杂化轨道/

轨道

夹角

分子空

键角

间构型

CO2

BF3

CH4

NH4+

H2O

NH3

2、对SO2与CO2说法正确的是( )

A．都是直线形结构 B．中心原子都采取sp杂化轨道

C． S原子和C原子上都没有孤对电子

D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构

3、判断下列分子中心原子的杂化轨道类型相同的是( )

A、SO2和CO2 B．CH4和NH3 C．H2O和BF3 D．C2H2和C2H4

[思考与交流]

我们学习共价键一节了解到共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键,另

一个是π键；共价三键中一个是σ键,另两个为π键，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。杂化轨道理论在有机化学教学中占有十分重要的地位。如何判断有机物

中碳原子采取什么杂化方式？

[教学小结] 1、认识杂化轨道理论的要点；了解原子轨道在杂化后发生成分、能力、形状和空间伸展方向的变化，提高了原子轨道的成键能力；原子轨道在杂化前后轨道数目不变。

1、能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。当杂化轨道上没有孤

对电子时，杂化轨道的空间伸展方向就是分子或离子的实际构型，如果杂化轨道上有孤对电子时，分子或离子的空间构型要略去孤对电子，且孤对电子的存在会使杂化轨道的空间伸展方向变形，改变了键角。

杂化轨道理论很好地解释仅用价键理论无法解释的问题，很好地解释了多原子分子和离子的空间构型和稳定性，是对现代价键理论的补充和完善。我也要在尊重实际的前提下，大胆假设，小心求证，也可以成为科学规律的发现者。

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