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第3 课时 杂化轨道理论
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
问题：写出C、H原子价电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？
C
价层电子轨道表示式
2s
2p
H
价层电子轨道表示式
1s
思考：按照价键理论应该形成CH2，为什么最终形成的是CH4呢？
为解决分子空间结构与价键理论的矛盾，1913年鲍林提出了杂化轨道理论。
任务一 杂化轨道理论
莱纳斯·卡尔·鲍林
（1901年2月28日－1994年8月19日） 美国著名化学家，两获诺贝尔奖
外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。
1.杂化轨道理论简介
任务一 杂化轨道理论
价层电子
空轨道
激发
杂化轨道
轨道重新组合
成对电子
中的一个
与激发电子临近
能量相近的原子轨道
吸收能量
轨道总数目不变，角度和形状发生变化，成键时释放能量较多，轨道重叠程度更大，生成的分子更稳定
只有在形成化学键时才会杂化！单独的原子不会发生杂化。
常是同一能层或相近能级的原子轨道
2.杂化轨道的形成
任务一 杂化轨道理论
3.甲烷的形成
2s 2p
↑↓
↑
↑
2s 2p
↑
↑
↑
↑
sp3
↑
↑
↑
↑
跃迁
杂化
基态
激发态
杂化轨道
为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型
正四面体
任务一 杂化轨道理论
4.杂化的特点
未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
(1)杂化前后轨道数不变
(2)杂化过程中轨道的形状发生变化
(4)杂化后的新轨道能量、形状都相同
(6)杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对
(3)杂化后形成的化学键更稳定
(5)杂化后的轨道之间尽可能远离
任务二 杂化轨道的类型
1.sp3杂化
sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。
每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形。
sp3杂化
s
p
p
p
sp3杂化
任务二 杂化轨道的类型
2.sp2杂化
每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。
sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。
s
p
p
p
sp2杂化
sp2杂化
任务二 杂化轨道的类型
3.sp杂化
sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分两个轨道间的夹角为180°，呈直线形。
sp 杂化：1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp杂化轨道。
s
p
p
p
sp杂化
sp杂化
任务二 杂化轨道的类型
4.其他杂化类型
SF6
sp3d2杂化
正八面体形
价层电子对数：5
价层电子对数：6
PCl5
sp3d杂化
三角双锥形
任务三 判断杂化轨道的类型
1.根据杂化轨道数或VSEPR模型或键角判断
化学式 BeCl2 SO2 CO32- CH4 NH4+ NH3 H2O
σ键电子对
孤电子对
杂化轨道数
VSEPR模型
杂化类型
2
2
3
4
4
3
2
0
1
0
0
0
1
2
2
3
3
4
4
4
4
直线
平面三角
平面三角
四面体
四面体
四面体
四面体
sp
sp2
sp2
sp3
sp3
sp3
sp3
杂化轨道数 =
中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数
=中心原子的价层电子对数
180°
120°
109°28′
109°28′
任务三 判断杂化轨道的类型
2.根据中心原子成键类型判断(有机物)
若有1个三键或2个双键，则其中有2个π键，用去2个p轨道，形成的是sp杂化。
三键碳原子采取sp杂化
若有1个双键则其中必有1个π键，用去1个p轨道，形成的是sp2杂化。
双键碳原子采取sp2杂化
若全部是单键，则形成sp3杂化。
单键碳原子采取sp3杂化
课堂练习
三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体。
已知三聚氰胺的结构简式如图所示。
请回答下列问题：
(1) 写出基态碳原子的电子排布式：____________。
(2) 三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子，这三种氮原子的杂化轨道类型分别是_____、______。
(3) 一个三聚氰胺分子中有_____个σ键。
1s22s22p2　
sp2
sp3
15
杂化理论和VSEPR模型预测粒子空间结构结果基本一致
价层电子对
互斥模型
杂化轨
道理论
计算价层
电子对数
价层电子对数=σ 键电子对数+中心原子孤电子对数
2
3
4
直线形
平面三角形
四面体形
sp杂化，直线形
sp2杂化，平面三角形
sp3杂化，四面体形
预测分子结构
略去孤电子对
解释分子空间结构
任务四 模型建构与应用
1.认识粒子结构的模型
任务四 模型建构与应用
孤电子对数
化学式
价层电子对数
σ键电子对数
VSEPR模型
中心原子
杂化类型
粒子的真实空间结构
SO2
H2S
SO3
NCl3
HCN
HClO
2
2
4
四面体形
sp3杂化
V形
1
2
3
平面三角形
sp2杂化
V形
0
3
3
平面正三角形
sp2杂化
平面正三角形
1
3
4
四面体形
sp3杂化
三角锥形
0
2
2
直线形
sp杂化
直线形
2
2
4
四面体形
sp3杂化
V形
2.应用模型推测粒子结构
任务四 模型建构与应用
孤电子对数
化学式
价层电子对数
σ键电子对数
VSEPR模型
中心原子
杂化类型
粒子的真实空间结构
SO42-
NO3-
PO43-
ClO3-
H3O+
0
4
4
四面体形
sp3杂化
正四面体形
0
3
3
平面正三角形
sp2杂化
平面正三角形
1
3
4
四面体形
sp3杂化
三角锥形
0
3
3
CO32-
平面正三角形
sp2杂化
平面正三角形
1
3
4
四面体形
sp3杂化
三角锥形
0
4
4
四面体形
sp3杂化
正四面体形
2.应用模型推测粒子结构
拓展延申：大π键（共轭大π键，离域π键）
1.含义 在多原子分子或离子中如有相互平行的P轨道，他们连贯重叠在一起构成一个整体，P电子在多个原子间运动形成π型化学键，这种i不局限在两个原子之间的π键称为离域π键，或共轭大π键，简称大π键
3.表示
a表示平行p轨道的数目。
b表示在平行p轨道里的电子数。
2.条件
所有原子在同一平面，中心原子采用sp杂化或者sp2 杂化
参与形成大π键的原子数
参与形成大π键的电子数
拓展延申：大π键（共轭大π键，离域π键）
大π键
苯分子中碳原子sp2杂化
3条杂化轨道互成120°
π
6
6个p轨道
6个电子
6
实例分析1：苯分子中的大π键
拓展延申：大π键（共轭大π键，离域π键）
石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳六元环所形成的平面，碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个p轨道形成了一个p-p大键。电子在这个大键中可以自由移动，所以石墨能导电。
实例分析2：石墨分子中的大π键

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