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第二节
分子的空间结构
第2课时　
杂化轨道理论
人教版（2019）化学选择性必修二
第二章 分子结构与性质
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。
2.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。
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
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，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。
C
C
如何解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。
观察如下可视化视频，思考CH4的正四面体形是怎么形成的？
2s 2p
↑↓
↑
↑
C
↑
↑
↑
↑
C
sp3
↑
↑
↑
↑
C
s、px、py、pz杂化
激发
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
C
sp3
↑
↑
↑
↑
2p
↑
↑
↑
2s
↓
↑
甲烷分子中碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-Hσ键，呈正四面体形。
基态
能量
混杂
激发态
杂化轨道
CH4分子采用sp3杂化
杂化轨道理论
1．概念
中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。
杂化轨道
2．杂化条件
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
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
3．杂化轨道特征
(1)杂化改变了原子轨道的能量、成分、形状和伸展方向，遵循杂化轨道间斥力最小原理。
(2)杂化使原子的成键能力增强，有利于轨道间的重叠 。满足最小排斥，最大夹角分布，从而形成稳定的化学键。
(3)杂化轨道用于形成σ键和容纳未参与成键的孤电子对。
(π键是由未杂化的p轨道来形成的)
4．杂化类型及分子构型
（1）SP3杂化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
①1个s轨道与3个p轨道进行的杂化,形成4个sp3杂化轨道。
②每个sp3杂化轨道的形状为一头大,一头小,含有14s轨道和34p轨道的成分。
?
③每两个轨道间的夹角为109.28?,空间构型为正四面体形。
与CH4一样，H2O和NH3的中心原子也是采用sp3杂化的，因此H2O和NH3的VSEPR模型也是四面体形的，但水分子氧原子的sp3杂化轨道有2个被孤电子对占据，而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道有1个被孤电子对占据。
105°
107°
2s 2p
↑↓
↑↓
↑
↑
O
sp3
↑↓
↑↓
↑
↑
O
孤电子对
σ键单电子
2s 2p
↑↓
↑
↑
↑
N
sp3
↑↓
↑
↑
↑
N
孤电子对
σ键单电子
观察如下可视化视频，思考CH2=CH2平面结构怎么形成的？
2s 2p
↑↓
↑
↑
C
↑
↑
↑
↑
C
sp2
↑
↑
↑
↑
C
s、px、py杂化
激发
2pZ
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
120°
C
sp2 2pz
↑
↑
↑
↑
2p
↑
↑
↑
2s
↓
↑
基态
能量
混杂
激发态
杂化轨道
π键单电子
σ键单电子
：
：
：
：
：
：
碳原子的3个sp2杂化轨道有一个相互重叠形成σ键，另外2个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个σ键，未参与杂化的2P轨道相互重叠形成π键。
C2H4分子采用sp2杂化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
②每个sp2杂化轨道的形状也为一头大,一头小,含有13s轨道和23p轨道的成分。
?
①1个s轨道与2个p轨道进行的杂化,形成3个sp2杂化轨道。
③每两个轨道间的夹角为120?,呈平面三角形。
④3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。
(2) sp2杂化
120°
F
F
F
B
例如：BF3分子的形成—— Sp2 杂化
B： 1s22s22p1 没有3个单电子
sp2
sp2杂化
激发
C2H2分子采用sp杂化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
C
sp 2py 2pz
↑
↑
↑
↑
2p
↑
↑
↑
2s
↓
↑
基态
能量
混杂
激发态
杂化轨道
π键单电子
σ键单电子
碳原子的2个sp杂化轨道有一个相互重叠形成σ键，另外1个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个σ键，未参与杂化的2个2P轨道相互重叠形成2个π键。
(3) sp杂化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
②每个sp杂化轨道形状为一头大,一头小,含有12s轨道和12p轨道的成分。
?
①1个s轨道与1个p轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。
③两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。
④ 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。
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
Cl
Cl
sp
px
px
激发
2s
2p
Be基态
2s
2p
激发态
杂化
直线形
sp杂化态
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
课外拓展
5．杂化类型判断
(1)根据杂化轨道数目判断
杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,而两个原子之间只能形成一个 σ键,故有下列关系:
杂化轨道数目=价层电子对数目
=σ键电子对数目+中心原子的孤电子对数目
{2D5ABB26-0587-4C30-8999-92F81FD0307C}价层电子对数
中心原子的
杂化轨道类型
VSEPR
理想模型
2
sp
直线形
3
sp2
平面三角形
4
sp3
四面体形
VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}典型例子
价层电子对数
VSEPR模型
VSEPR模型
名称
杂化轨道数
中心原子的杂化轨道类型
直线形
平面三角形
平面三角形
四面体
四面体
正四面体
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
CO2
SO2
H2O
NH3
CH4
2+0＝2
2+1＝3
3+0＝3
2+2＝4
3+1＝4
4+0＝4
2
3
3
4
4
4
SO3
VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型
(2)根据杂化轨道的空间分布判断
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形,则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
①若杂化轨道之间的夹角为109°28′,则中心原子发生sp3杂化
②若杂化轨道之间的夹角为120°,则中心原子发生sp2杂化
③若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子发生sp杂化
(4)有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法
饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化。
确定BF3和H3O+的中心原子的杂化轨道类型,并与同学讨论。
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
第三步 确定杂轨道数：
3
4
1.下列关于杂化轨道的叙述中,错误的是(　 　)
A.分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体结构
B.中心原子能量相近的价电子轨道杂化,形成新的价电子轨道,能量相同
C.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
D.杂化轨道可能形成π键
2.已知某XY2分子属于V形分子,下列说法正确的是(　 　)
A.X原子一定是sp2杂化
B.X原子一定为sp3杂化
C.X原子上一定存在孤电子对
D.VSEPR模型一定是平面三角形
D
C
3.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构,试根据相关知识填空。
(1)AsCl3的空间结构为　　 　　,其中As的杂化轨道类型为　　　　。?
(2)CS2中C的杂化轨道类型为　　　　　　。?
(3)CH3COOH中C的轨道杂化类型为　 。?
三角锥形
sp3
sp3、sp2
sp
4.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

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