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第二节 分子的空间构型
第2课时
杂化轨道理论简介
第二章 分子的结构与性质
H-Cl的s-p σ键形成
H
Cl
H－Cl
s-p σ键
1s
↑
1s
2s
2p
3s
3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
知识回顾
1s
H
1s
2s
2p
C
写出碳原子的电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？
按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C — H单键都应该是σ键，然而，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。
鲍林提出了杂化轨道理论
2s
2p
C价层
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。
电子激发
杂化轨道
sp3杂化
任务一 杂化理论
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
四面体
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.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
任务一 杂化理论-概念
杂化前后原子轨道在空间取最大夹角分布，能使相互间排斥力最小
任务一 杂化理论-类型
(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
(3)杂化后形成的化学键更稳定
(4)杂化后的新轨道能量、形状都相同
(5)杂化后的轨道之间尽可能远离。
(6)杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对
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，每个轨道性质和能量均相同，每两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形。如CH4，CCl4。
任务二 杂化理论-类型
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
价层电子对互斥模型
H2O和NH3的VSEPR模型与CH4一样，四面体形
H2O和NH3的中心原子也采取sp3的杂化
2个杂化轨道被σ电子对占据
2个杂化轨道被孤电子对占据
3个杂化轨道被σ电子对占据
1个杂化轨道被孤电子对占据
杂化轨道用于构建分子的σ轨道和孤电子对轨道
融会贯通
B： 1s22s22p1
120°
F
F
F
B
BF3分子的形成
任务二 杂化理论-类型
没有3个单电子
电子激发
杂化轨道
sp2杂化
2.sp2杂化
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，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，呈平面三角形
互成120 ，如SO2 ， BF3。
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
任务二 杂化理论-类型
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
s
p
p
p
sp2
任务二 杂化理论-类型
2.sp2杂化
未参与杂化的p轨道可用于形成π键
CH2=CH2
思考：C2H4中碳原子的杂化方式
C
2s
基态原子：
H
1s
激发态原子：
C
2p
2s
杂化后：
2p
C
2p
sp2
剩余的p轨道用于形成π键
Be：1s22s2
180°
Cl
Cl
Be
BeCl2分子的形成
3.sp杂化
任务二 杂化理论-类型
没有单个电子
sp
p
p
sp
电子激发
杂化轨道
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。如 CO2 BeCl2。
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。
3.sp杂化
任务二 杂化理论-类型
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
s
p
p
p
sp
3.sp杂化
任务二 杂化理论-类型
CH CH
未参与杂化的p轨道可用于形成π键
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成
轨道夹角
杂化轨道示意图
实例
分子的空间结构
1个ns和1个np
1个ns和2个np
1个ns和3个np
180°
120°
109°28′
BeCl2
BeF3
CH4
直线形
平面三角形
正四面体
任务三-杂化轨道与分子的空间结构的关系
实例 价电子对数 中心原子的杂化轨道类型 VSEPR模型名称 分子的空间构型
BeCl2、CO2 2+0=2 sp 直线形 直线形
SO2 2+1=3 sp2 平面三角形 V形
SO3 3+0=3 sp2 平面三角形
H2O 2+2=4 sp3 四面体形 V形
NH3 3+1=4 sp3 三角锥形
CH4、CCl4 4+0=4 sp3 正四面体形
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
任务三-杂化轨道与分子的空间结构的关系
化学式 孤电子对数1/2(a-xb) (σ键) 价层电子对数 VSEPR模型 分子或离子的空间构型 中心原子杂化方式
H2O 2 2 4 四面体形 V形
SO2 1 2 3 平面三角形 V形
HCN 0 2 2 直线形 直线形
H3O+ 1 3 4 四面体形 三角锥形
CH2O 0 3 3 平面三角形 平面三角形
BF3 0 3 3 平面三角形 平面三角形
NH3 1 3 4 四面体形 三角锥形
SO42- 0 4 4 正四面体形 正四面体形
CH4 0 4 4 正四面体形 正四面体形
sp3
sp2
sp
sp3
sp2
sp2
sp3
sp3
sp3
总结提升
判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法：
根据中心原子的价电子对数判断
中心原子的价电子对数为4，是sp3杂化
中心原子的价电子对数为3，是sp2杂化
中心原子的价电子对数为2，是sp杂化
通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断中心原子的杂化类型。
如果有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；
如果有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；
如果全部是单键，则形成sp3杂化。
杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
杂化轨道数 ＝ 价层电子对数＝ 中心原子孤电子对数+中心原子σ键电子对数
形成π键的电子只能位于未杂化的原子轨道上。
①价电子对之间的夹角越小,排斥力越小。 (　　)
②NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。(　　)
③杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。(　　)
④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。(　　)
⑤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。(　)
√
√
×
×
×
明辨是非
用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。
素养提升

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