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(共22张PPT)
结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)，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。
2.2.3 杂化轨道理论简介
教
学
目
标
教
学
重
点
教
学
难
点
运用杂化轨道理论解释分子的空间结构。
运用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。
写出碳原子和H原子的轨道表示式，并思考下列问题：①为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？②为什么形成的CH4是正四面体形？
C原子的轨道表示式
1s
2s
2p
H原子的轨道表示式
1s
【问题引入】
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。
sp3
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。
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
(1)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
(2)杂化轨道：所形成的新轨道就称为杂化轨道
1.概念
一、杂化理论轨道简介
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
例1.如何确定BF3和H3O+的中心原子的杂化轨道类型？
第一步 计算中心原子孤电子对数：
BF3
H3O+
第二步 计算价层电子对数：
3+0＝3
3+1＝4
第四步 确定杂化轨道类型：
sp2
sp3
3
4
3.杂化轨道类型的确定
第三步 确定杂轨道数：
杂化轨道数=中心原子的价层电子对数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数
化学式 H2O NH2- CO2 CHCl3 COCl2 PCl3
σ键电子对
孤电子对
杂化类型
练习1.推测下列微粒中心原子的杂化类型：
2
2
2
2
2
0
4
0
3
0
3
1
sp3
sp3
sp
sp3
sp2
sp3
【归纳与拓展】杂化轨道类型的判断：
①中心原子的杂化轨道数=价层电子对数=σ键电子对数 + 孤电子对数
当中心原子的价层电子对数为2时，其杂化类型为 杂化，
当中心原子的价层电子对数为3时，其杂化类型为 杂化，
当中心原子的价层电子对数为4时，其杂化类型为 杂化，
当中心原子的价层电子对数为5时，其杂化类型为 杂化(PCl5)。
sp3
sp2
sp
sp3d
②含碳化合物中碳原子的杂化类型判断
a.如果碳原子形成1个三键或两个双键，则其中有2个π键，用去2个p轨道，形成的是sp杂化，如CO2、HC≡CH等；
b.如果碳原子形成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，如HCHO、CH2=CH2等；
c.如果全部是单键（即碳原子饱和），则形成sp3杂化，如CH4、CH3OH等。
练习2.推测下列有机物中碳的杂化类型：
(1)CH3CH2CH3 (2)CH3CH=CH2 (3)CH≡CCH=CH2
sp3
sp3
sp3
sp3
sp2
sp2
sp
sp
sp2
sp2
(4)C6H6
sp2
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型 VSEPR模型名称 分子的立体构型
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
0+2=2
sp
直线形
0+3=3
sp2
平面三角形
0+4=4
sp3
正四面体形
1+2=3
sp2
V形
1+3=4
sp3
三角锥形
2+2=4
sp3
V形
直线形
平面三角形
正四面体形
平面三角形
四面体形
四面体形
4.杂化轨道类型及分子的空间结构
例2.按照下列表格要求填空:
σ键电子对数
+孤电子对数
价层电子对数
价层电子互斥理论
杂化轨道类型
分子空间结构
略去孤电子对
得到
解释
杂化轨道理论
VSEPR模型
【方法总结】1.杂化轨道理论与价层电子互斥理论的联系:
价电子对数 中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型名称 孤电子对数 分子的空间构型 实例
2 sp 直线形 0 直线形 BeCl2、CO2
3 sp2 平面三角形 0 V形 SO2
3 sp2 1 平面三角形 SO3
4 sp3 正四面体形 0 V形 H2O
4 sp3 1 三角锥形 NH3
4 sp3 2 正四面体形 CH4、CCl4
【知识总结】2.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系:
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
5.杂化轨道的形成和特征
(1)sp3杂化
①sp3杂化的形成
②sp3杂化轨道特征：
a.1个ns 轨道与3个np 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。
b.每个sp3杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分。
c.每两个轨道间的夹角为109 28′，空间构型为正四面体形。
练习3.用杂化轨道理论分析NH3和H2O的成键情况和空间结构。
注：杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
2s
2p
sp3杂化
sp3
N
NH3
H2O
sp3杂化
sp3
2p
2s
O
NH3分子中氮原子的4个sp3杂化轨道1个被孤电子对占据，3个与氢原子的1s轨道重叠，形成3个C-Hs-sp3σ键。
H2O分子中氧原子的4个sp3杂化轨道2个被孤电子对占据，2个与氢原子的1s轨道重叠，形成2个C-Hs-sp3σ键。
因此NH3和H2O的空间结构分别是三角锥形、V形 。
(2)sp2杂化
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
120°
①sp2杂化的形成
b.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。
②sp2杂化轨道特征：
a.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。
c.每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。
d.3个sp2杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的p轨道用于形成π键。
练习4.用杂化轨道理论分析CH2=CH2和BF3的的成键情况和空间结构。
↑
↑
↑
↓
2s
2p
↑
↑
↑
↑
sp2
sp2杂化
↑
↑
↓
2s
2p
↑
↑
↑
sp2
sp2杂化
120°
CH2=CH2
BF3
B
C
CH2=CH2分子中碳原子的3个sp2杂化轨道有一个相互重叠形成sp2-sp2σ键，另外2个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个s-sp2σ键，未参与杂化的2P轨道相互重叠形成π键。
BF3分子中硼原子的3个sp2杂化轨道与氟原子p轨道重叠形成三个p-sp2σ键
因此CH2=CH2和BF3的空间结构均为平面三角形 。
(3)sp杂化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
①sp杂化的形成
b.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。
a.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。
②sp杂化轨道特征：
c.两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。
d.2个sp杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的2个p轨道用于形成2个π键。
练习5.用杂化轨道理论分析CH≡CH和BeCl2的的成键情况和空间结构。
CH≡CH分子中碳原子的2个sp杂化轨道有1个相互重叠形成sp-spσ键，另外1个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成1个s-spσ键，未参与杂化的2个2P轨道相互重叠形成2个π键。
CH≡CH
BeCl2
↑
↓
2s
2p
sp杂化
↑
↑
sp
Be
↑
↑
↑
↓
2s
2p
sp杂化
↑
↑
sp
↑
↑
C
BeCl2分子中铍原子的2个sp杂化轨道与氯原子p轨道重叠形成2个sp-pσ键
因此CH≡CH和BeCl2的空间结构均为直线形 。
(1)参与杂化的各原子轨道能量要相近
(2)杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数，杂化前后轨道数不变
(5)杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。
(3)杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生变化,，杂化轨道的能量、形状都相同,遵循杂化轨道间斥力最小原理。
(4)杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使轨道重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。
6.杂化规律：
【本节小结】
1、根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为(　　)
A.直线形　sp杂化 B.平面三角形　sp2杂化
C.三角锥形　sp2杂化 D.三角锥形　sp3杂化
D
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
【课堂检测】

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