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(共23张PPT)
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。
为什么甲烷分子的空间结构是正四面体形而不是正方形？
甲烷分子的空间结构
↑
1s1
H
2s2
2p2
↑↓
↑
↑
C
碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p 轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体构型的甲烷分子。
莱纳斯·卡尔·鲍林
杂化轨道的理论
杂化轨道的理论
2s
2p
↑↓
↑
↑
基态
激发
2s
2p
↑
↑
↑
↑
激发态
sp3杂化轨道
杂化
↑
↑
↑
↑
在形成CH4分子的过程中，碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道。这样，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道。
杂化轨道的理论
碳原子的4个sp3杂化轨道指向正四面体的4个顶点，每个轨道上都有一个未成对电子。
杂化轨道的理论
解释：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28'，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-H σ键，因此呈正四面体形的空间结构。
杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。
重叠程度增大，更稳定
只有在形成分子时才能杂化，孤立的原子不可能发生杂化
杂化轨道的理论
杂化轨道的理论
1.概念：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。
2.要点：
（1）参与杂化的原子轨道能量相近（同一能级组或相近能级组的轨道）
（2）杂化前后原子轨道数目不变：
参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目；
杂化改变了原子轨道的形状、方向，成键时更有利于轨道间的重叠。
（3）杂化后的轨道之间尽可能远离，在空间取最大夹角分布，能使相互间排斥力最小。
sp3杂化
金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。
正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、NH4+等。
sp2杂化
[思考]BF3分子是平面正三角形， F原子位于正三角形的三个顶点，B原子位于分子中心，分子中键角均为120°，杂化轨道理论如何解释？
2s
2p
↑↓
↑
基态
激发
2s
2p
↑
↑
激发态
↑
杂化
↑
↑
↑
未杂化轨道
σ
σ
σ
120°
F原子的2p轨道
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
120°
未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
在形成BF3分子的过程中，碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道。这样，1个2s轨道和2个2p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。
sp2杂化
sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而得。sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。
sp杂化
[思考]气态BeCl2分子是直线形，Cl原子位于Be原子的两侧， BeCl2分子中键角为180o 。杂化轨道理论如何解释？
2s
2p
↑↓
基态
激发
2s
2p
↑
↑
激发态
杂化
sp杂化轨道
↑
↑
未杂化轨道
氯原子的3p轨道
σ
σ
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而得。sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形(如BeCl2)。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。
180°
sp杂化
在形成BeCl2分子的过程中，碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道。这样，1个2s轨道和1个2p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。
sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
应用杂化轨道理论解释多中心原子的结构
已知:乙烯是平面分子，键角为120o，分子中含有碳碳双键。
如何来确定中心原子C的杂化类型呢？
乙炔是直线形分子，键角为180°，分子中含有碳碳三键。
乙炔分子的碳原子采用什么杂化？它的杂化轨道用于形成什么化学键？怎么理解它存在碳碳三键？
2s
2p
2s
2p
sp2
3个 sp2 杂化轨道
跃迁
sp2杂化
乙烯 中心原子C的sp2杂化
应用杂化轨道理论解释多中心原子的结构
2s
2p
跃迁
2s
2p
乙炔 中心原子C的sp杂化
sp
2个 sp 杂化轨道
sp杂化
应用杂化轨道理论解释多中心原子的结构
杂化类型
sp3
sp2
参与杂化轨道
1个s, 3个p
1个s, 2个p
杂化轨道数
4个sp3
3个sp2
杂化轨道间夹角
109°28′
120°
空间结构
正四面体
平面三角形
实例
CH4 CCl4、NH4+
CH2=CH2 BF3
杂化轨道类型
sp
1个s, 1个p
2个sp
180°
直线形
CH≡CH、BeCl2
1.判断正误
(1)价电子对之间的夹角越小,排斥力越小。 (　　)
(2)NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。(　　)
(3)五原子分子的空间结构都是正四面体形。(　　)
(4)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。(　　)
(5)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其空间结构都是正四面体形。(　　)
(6)凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。(　　)
2.在BrCH=CHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是(　　)
A.sp-p B.sp2-s
C.sp2-p D.sp3-p
C
3.在乙烯(CH2＝CH2)分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是（ ）
A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C．C—H之间是sp2形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D．C—C之间是sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
A
4.下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是(　　)
①BF3　②CH2=CH2　③ 苯　④CH≡CH　⑤BeCl2　⑥CH4
A．①②③
B．①⑤⑥
C．②③④
D．③⑤⑥
A

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