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第二节 分子的空间结构
课时3 杂化轨道理论简介
1. 能够运用杂化轨道理论对分子空间结构
进行解释和预测。
2. 能正确判断中心原子的杂化类型。
请写出氢原子、碳原子的轨道表示式
画出其价层电子的电子云轮廓图
↑↓
1s 2s 2p
↑↓
↑
↑
↑
1s
H
C
H
C
x
z
y
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
甲烷结构
2s 2p
↑↓
↑
↑
2s 2p
↑
↑
↑
↑
sp3
↑
↑
↑
↑
跃迁
杂化
基态
激发态
杂化轨道
H
1s
H
1s
H
1s
H
1s
C
sp3
sp3
109°28′
杂化轨道理论
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。
杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。
2. 要点：
① 轨道杂化后原子轨道数不变；
② 杂化后的新轨道能量、形状都相同；
③ 只有中心原子里能量相近的原子轨道才能发生轨道杂化；
④ 杂化轨道只用于形成 σ 键或容纳孤电子对，不形成 π 键；
⑤ 未参与杂化的 p 轨道，可用于形成 π 键；
sp
sp
sp2
sp2
sp2
sp3
sp3
sp3
sp3
杂化轨道理论
sp
sp
sp2
sp2
sp2
sp3
sp3
sp3
sp3
最小排斥，最大夹角
sp 杂化
轨道重排
180°
直线形
sp2 杂化
轨道重排
120°
平面三角形
sp3 杂化
轨道重排
109.5°
正四面体形
杂化轨道理论
杂化轨道理论
3. 类型：
① sp3 杂化
（以 NH3 和 H2O 为例）
氮原子的 3 个 sp3 杂化轨道与 3 个氢原子的 1s 原子轨道重叠形成 3 个N-H σ 键，另外 1 个 sp3 杂化轨道中占有孤电子对
2s 2p
↑↓
↑
↑
↑
sp3
↑↓
↑
↑
↑
氧原子的 2 个 sp3 杂化轨道与 2 个氢原子的 1s 原子轨道重叠形成 2 个 O-H σ 键，另外 2 个 sp3 杂化轨道中占有孤电子对
2s 2p
↑↓
↑↓
↑
↑
sp3
↑↓
↑↓
↑
↑
杂化轨道理论
3. 类型：
② sp2 杂化
（以 BF3 为例）
2s 2p
↑↓
↑
2s 2p
↑
↑
↑
跃迁
sp2 杂化
sp2
↑
↑
↑
120°
平面三角形
杂化轨道理论
3. 类型：
③ sp 杂化
（以 BeCl2 为例）
180°
直线形
2s 2p
↑↓
2s 2p
↑
↑
跃迁
sp 杂化
sp
↑
↑
Be
Cl
Cl
原子总数 分子 中心原子的 孤电子对数 价层 电子对数 杂化轨道 的类型 分子的
空间结构
3 CO2
SO2
HCN
4 CH2O
H3O+
5 SO42-
应用 VSEPR 模型和杂化轨道理论预测和解释分子的空间结构
(4-2×2)÷2＝0
0+2＝2
sp杂化
直线形
(6-2×2)÷2＝1
1+2＝3
sp2杂化
V形
(4-1×1-1×3)÷2＝0
0+2＝2
sp杂化
直线形
(4-2×1-1×2)÷2＝0
0+3＝3
sp2杂化
平面三角形
(6-1-3×1)÷2＝1
1+3＝4
sp3杂化
三角锥形
(6+2-4×2)÷2＝0
0+4＝4
sp3杂化
正四面体形
CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都是sp3，键角为何依次减小？
CH4、NH3、H2O 中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。
价层电子对斥力大小：孤电子对＞成键电子对；孤电子对越多，键角越小。
从杂化轨道理论的角度，如何比较键角大小？
杂化类型不同时，键角： sp＞sp2 ＞ sp3
杂化类型相同时，孤电子对数越多，键角越小
知识点都掌握了吗？来做几道题检测下~
【例1】关于原子轨道的说法正确的是（ ）
A．凡是中心原子采取 sp3 杂化的分子，其几何构型都是正四面体
B．CH4 分子中的sp3 杂化轨道是由 4个H 原子的 1s 轨道和 C 原子的 2p 轨道混合形成
C．sp3 杂化轨道是由同一个原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道杂化形成的一组新轨道
D．凡 AB 型的共价化合物，其中中心原子 A 均采用 sp3 杂化轨道成键
题型一：杂化轨道理论
C
【变1】下列关于杂化轨道的叙述正确的是（ ）
A．杂化轨道可用于形成 σ 键，也可用于形成π键
B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C．NH3 中N原子的 sp3 杂化轨道是由N原子的 3 个 p 轨道与 H 原子的 1 个 s 轨道杂化而成的
D．在乙烯分子中 1 个碳原子的 3 个 sp2 杂化轨道与 3 个氢原子的 s 轨道重叠形成 3 个 C—H σ 键
题型一：杂化轨道理论
B
【例2】下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是 （ ）
A．CH4、NH3、H2O
B．CO2、BBr3、SO32-
C．C2H4、SO2、BeCl2
D．NH3、PCl3、H3O+
题型一：杂化轨道理论
D
【例3】计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数(价层电子对数)，判断中心原子的杂化轨道类型，写出VSEPR模型名称。
(1)CS2_______、_______、____________；
(2)NH3_______、_______、____________；
(3)H2O_______、_______、____________；
(4)PCl3_______、_______、____________；
(5)BCl3_______、_______、____________；
题型一：杂化轨道理论
2
sp
直线形
4
sp3
正四面体形
4
sp3
正四面体形
4
sp3
正四面体形
3
sp2
平面三角形
【例4】下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是 （ ）
A．CH4、NH3、H2O
B．CO2、BBr3、SO32-
C．C2H4、SO2、BeCl2
D．NH3、PCl3、H3O+
题型一：杂化轨道理论
D
【例5】下列有机物分子中的碳原子既有 sp3 杂化又有 sp 杂化的是（ ）
A．CH3CH=CH2 B．CH3-C≡CH C．CH3CH2OH D．CH≡CH
题型一：杂化轨道理论
B
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