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第二节 分子的空间结构
第2课时 杂化轨道理论简介
鲍林1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一。鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一，他所撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一。他所提出的许多概念：电负度、共振理论、价键理论、杂化轨道理论、蛋白质二级结构等概念和理论，如今已成为化学领域最基础和最广泛使用的观念。
1.了解杂化轨道理论的基本内容。
2.在理解杂化轨道理论的基础上，对分子的空间构型进行解释和预测。
1.通过杂化轨道理论的学习,能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。(宏观辨识与微观探析)
2.通过杂化轨道理论的学习,掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法,建立分子空间结构分析的思维模型。(证据推理与模型认知)
写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？
C原子 电子排布图
（轨道表示式）
1s2
2s2
2p2
H 电子排布图
1s1
【思考与讨论】
C：2s22p2
　 由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。
CH4中的C原子杂化轨道
原子轨道的杂化：原子形成分子的过程中，中心原子若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。
杂化轨道：杂化后形成的一组新的轨道，称为杂化轨道。
1、概念
2、杂化的条件：
(1)只有在形成化学键时才能杂化
(2)只有能量相近的轨道间才能杂化
四、杂化轨道
3. 杂化轨道的特征：
（1）杂化前后轨道的成分、能量、形状、方向发生改变，原子轨道数目不变
（2） 杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对
4. 常见杂化类型及形成过程：
sp sp2 sp3
sp杂化轨道的形成过程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
每个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°，呈直线型
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。
180°
Cl
Cl
Be
例如： sp 杂化 —— BeCl2分子的形成
Be原子：1s22s2 没有单个电子，
sp
sp杂化
Cl
Cl
sp
px
px
sp2杂化轨道的形成过程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
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。
120°
F
F
F
B
例如： Sp2 杂化 —— BF3分子的形成
B：1s22s22p1没有3个成单电子
sp2
sp2杂化
【学以致用】分析C2H4的杂化方式
C
2s2
基态原子：
H
1s1
激发态原子：
C
2p3
2s1
杂化后：
H
H
H
H
2p2
sp3杂化轨道的形成过程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
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
例如： Sp3 杂化 —— CH4分子的形成
sp3
C：2s22p2
杂化轨道类型及分子的空间结构
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原 子轨道及数目 1个s轨道和 1个p轨道 1个s轨道和 2个p轨道 1个s轨道和
3个p轨道
杂化轨道的数目 2 3 4
杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28'
空间结构名称 直线形 平面三角形 正四面体形
实例 CO2、C2H2 BF3、CH2O CH4、CCl4
提示:杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后,形成的一组杂化轨道的能量相同。
【思考与讨论】
提示:不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与3p轨道不在同一能层,能量相差较大。
(1)观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化
(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道
提示:N原子的价电子排布式为2s22p3,在形成NH3分子的过程中,N原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另1个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键,4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形;NH3分子中,由于N原子上的孤电子对的排斥作用,使3个N—H键的键角变小,成为三角锥形的空间结构。
O原子的价电子排布式为2s22p4,在形成H2O分子的过程中,O原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另2个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键;4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形,但由于2对孤电子对的排斥作用,使2个O—H键的键角变得更小,使H2O分子成为V形的空间结构。
(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。
提示:CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化,中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键角越小。比较键角时,先看中心原子杂化类型,杂化类型不同时:键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小;杂化类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小。
(4)CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都是sp3,键角为什么依次减小 从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法
5.杂化类型判断：
A的价电子对数 2 3 4
A的杂化轨道数
杂化类型
A的价电子空间结构（VSEPR模型）
A的杂化轨道空间结构
ABm型分子或离子空间结构
对于ABm型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰好与A的价电子对数相等。
2
3
4
sp
sp2
sp3
直线形
平面三角形
正四面体
直线形
平面三角形
正四面体
直线形
平面三角形或V形
正四面体或三角锥形或V形
分子的空间结构
形形色色的分子
价层电子对互斥理论
杂化轨道理论
直线形、V形
三角锥形、平面三角形
四面体形
理论概述
中心原子价层电子对数的计算
根据VSEPR模型判断分子的空间结构
中心原子价层电子对数的计算
根据VSEPR模型判断分子的空间结构
模型观
微粒观
1.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
2.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
3．(双选)下列说法中正确的是(　 　)
A．NCl3分子中各原子的最外层均满足8电子稳定结构
B．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
C．NH4+的电子式为 ，离子呈平面正方形结构
D．NCl3分子中有一个未成键的孤电子对，它对σ键电子对的排斥作用较强
AD
4.指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。
(1)CS2分子中的C为　　　杂化,分子的结构式为　 　　,空间结构为　 　　;
(2)CH2O中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　 ,空间结构为　 　　;
(3)CCl4分子中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　 　,空间结构为　 　　 ;

(4)H2S分子中的S为　　　杂化,分子的结构式为　　　 ,空间结构为　　 　。
sp
S=C=S
直线形
sp2
平面三角形
sp3
正四面体形
sp3
V形

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