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杂化轨道理论
1.了解杂化轨道理论的要点和类型；
2.能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。
质疑——甲烷分子的空间结构
↑
1s1
H
2s2
2p2
↑↓
↑
↑
C
碳原子只有两个未成对的 2p 电子。若碳原子与氢原子结合，则应形成 CH2；即使碳原子的一个 2s 电子受外界条件影响跃迁到 2p 空轨道，使碳原子具有四个未成对电子，它与四个氢原子形成的分子也不应当是规则的正四面体形结构。
那么，甲烷分子的正四面体形结构是怎样形成的呢？
杂化轨道理论
莱纳斯·卡尔·鲍林
在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道。
原子轨道的杂化——甲烷的形成
2s
2p
激发
2s
2p
基态碳原子价电子排布
杂化
四个原子轨道
四个sp3原子轨道
sp3
四个sp3原子轨道
sp3
杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一组新的原子轨道。
sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而成，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′。
(1)能量相近：原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
(2)数目不变：形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等。
(3)成键能力增强：杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。
(4)排斥力最小：杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。
杂化轨道理论四要点
四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的s—sp3 σ键，形成一个正四面体构型的分子。
甲烷分子中的共价键
甲烷分子的球棍模型
甲烷分子的填充模型
1.sp3杂化轨道——甲烷的形成
(2) sp2杂化轨道——乙烯的形成
2s
2p
激发
2s
2p
sp2
基态碳原子价电子排布
杂化
一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同的sp2杂化轨道，sp2杂化轨道间夹角120°，呈平面三角形。
2p
四个原子轨道
三个sp2原子轨道
乙烯分子中两个碳原子个以一个sp2杂化轨道重叠形成一个σ键，同时以p轨道重叠形成一个π键，每个碳原子都以另外两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个σ键。
乙烯分子的球棍模型
乙烯分子的填充模型
乙烯分子中的共价键
(3) sp杂化轨道——乙炔的形成
2s
2p
激发
2s
2p
sp
基态碳原子价电子排布
杂化
2p
四个原子轨道
两个sp原子轨道
一个s轨道和一个p轨道杂化，产生两个等同的sp杂化轨道，sp杂化轨道间夹角180°，呈直线形。
乙炔分子中两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成sp—sp σ键，另两个sp杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个sp—s σ键，每个原子的两个p轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的p—p π键，形成乙炔分子。
乙炔分子的球棍模型
乙炔分子的填充模型
乙炔分子中的共价键
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 一个ns和一个np 一个ns和两个np 一个ns和三个np
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道示意图
实例 C2H2 C2H4 CH4
分子结构示意图
分子的空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形
【联想·质疑】通过化学必修课程的学习，你已知道苯分子(C6H6)的结构简式为。从结构简式来看，苯分子好像具有双键，苯应当具有类似于乙烯的化学性质，能使酸性KMnO4溶液褪色或使溴的四氯化碳溶液褪色，但实验事实并非如此。那么，苯为什么不能使酸性KMnO4溶液或溴的四氯化碳溶液褪色呢？苯分子中究竟存在怎样的化学键呢？
苯分子中碳原子的杂化方式为sp2杂化，每个碳原子的两个杂化轨道分别与临近的两个碳原子的杂化轨道形成6个C—C σ键，组成正六边形环。每个碳原子的另一个杂化轨道与氢原子的1s轨道形成π键，每个碳原子剩余的未杂化的p轨道肩并肩形成大π键。苯分子中6个碳原子和6个氢原子在同一平面内，整个分子呈平面正六边形，键角皆为120°。
【交流·研讨】氮原子的价电子排布为2s22p3，三个2p轨道中各有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个σ键。如果真是如此，那么三个2p轨道相互垂直，所形成的氨分子中N—H键的键角应约为90°。但是，实验测得的氯分子中N—H键的键角为107.3°。试解释其键角不是90°的原因，并与同学们交流讨论。
氮原子的2s和2p轨道发生sp3杂化形成sp3杂化轨道，轨道间夹角为109°28′。氮原子与三个氢原子形成三个σ键，在另外一个sp3杂化轨道中，含有一个未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强，使三个N—H键的空间分布发生变化，键角减小为107.3°，所以NH3为三角锥形。
2s
2p
基态碳原子价电子排布
sp3杂化
四个sp3杂化轨道
请你类比CH4和NH3的例子，用杂化轨道理论解释H2O的空间结构。
在形成H2O时，O的1个2s轨道和3个2p轨道发生了sp3杂化，
形成了4个sp3杂化轨道，它们在空间的分布呈正四面体形。
其中2个sp3杂化轨道与2个H的1s轨道重叠形成2个O—H
σ键；另两个sp3杂化轨道中已各有两个电子，不能再与H
的1s轨道重叠。
由于H2O中存在在2对孤对电子，它们对成键电子对的排斥作用较强，所以H2O呈V形，键角为105°。
1.下列中心原子的杂化轨道类型和分子几何构型均不正确的是( )
A. CCl4中C原子sp3杂化，为正四面体形
B. BF3中B原子sp2杂化，为平面三角形
C. CS2中C原子sp杂化，为直线形
D. H2S分子中，S为sp杂化，为直线形
D
2.B3N3H6（无机苯）的结构与苯类似，也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是( )
A. 其熔点主要取决于所含化学键的键能
B. 形成大π键的电子全部由N提供
C. 分子中B和N的杂化方式相同
D. 分子中所有原子共平面
A
3.下列中心原子的杂化轨道类型和分子几何构型不正确的是( )
A. PCl3中P原子sp3杂化，为三角锥形
B. NH4中N原子sp3杂化，为正四面体形
C. H2S中S原子sp杂化，为直线形
D. SO2中S原子sp2杂化，为V形
＋
C

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