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第二章第二节第4课时
《杂化轨道理论简介》
人教版 选择性必修2
H-Cl的s-p σ键形成
H
Cl
H－Cl
s-p σ键
1s
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3s
3p
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↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
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 ？
电子跃迁
电子跃迁
2s
2p
基态碳原子
激发态
能量相近的原子轨道
2s
2p
杂化轨道理论
甲烷的4个C—H单键都是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
为解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，用于解释分子的空间结构
2s
2px
2py
2pz
X
杂化轨道理论
混杂
- CH4分子中心原子杂化轨道的形成过程
混杂前后轨道总数不变
杂化轨道能量相同、
方向不同
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量相同的但方向不同的轨道。我们把这种轨道称为 sp3杂化轨道
电子跃迁
2s
2p
基态碳原子
激发态
能量相近的原子轨道
2s
2p
sp3 杂化轨道
sp3杂化轨道特点：形状为一头大，一头小， 含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道，每两个轨道间的夹角为 ，空间构型为 。
思考：为了使4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应成什么空间构型?
杂化轨道理论
—sp3杂化
正四面体形
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
4个能量相同、方向不同的sp3杂化轨道
109°28′
正四面体形
杂化轨道理论
重叠成键
碳原子sp3 杂化轨道
1s
1s
1s
1s
4个C-H σ键
基态氢原子
- CH4分子中心原子杂化轨道的形成过程
1s
1s
1s
1s
1s
C
sp3
↑
↑
↑
↑
2p
↑
↑
↑
2s
↓
↑
能量
混杂
激发态
杂化轨道
基态
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
杂化类型的判断方法：
杂化轨道类型判断
价层电子对数
= σ键电子对数 +
中心原子上的孤电子对数
3．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。
2s22p3
sp3杂化轨道用于 或用来 。
用杂化轨道理论解释NH3的空间结构
N的价层电子排布：
2s
2p
基态氮原子
混杂
sp3杂化轨道
形成σ键
容纳未参与成键的孤电子对
NH3的形成：3个H原子分别以3个s轨道与N原子上的3个sp3杂化轨道相互重叠后，形成了3个能量和键角都完全相同的 键，从而构成一个 分子。
s-sp3σ
三角锥形
2s22p4
H2O的形成：2个H原子分别以2个s轨道与O原子上的2个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了2个能量和键角都完全相同的 键，从而构成一个 分子。
用杂化轨道理论解释H2O的空间结构
O的价层电子排布：
2s
2p
基态氧原子
混杂
sp3杂化轨道
s-sp3σ
V形
sp3杂化轨道特征：
①1个ns 轨道与3个np 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 1/4 s 轨道和 3/4 p 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。
B的价层电子排布：
- BF3分子中心原子杂化轨道的形成过程Sp2 杂化
杂化轨道理论
电子跃迁
混杂
2s
2p
基态硼原子
2s
2p
激发态
sp2 杂化轨道
2p
120°
2s22p1
用杂化轨道理论解释C2H4的空间结构Sp2 杂化
2s
2p
C的价层电子排布：
2s22p2
基态碳原子
混杂
2s
2p
电子跃迁
激发态
sp2 杂化轨道
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
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
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
180°
Cl
Cl
Be
杂化轨道理论
- BeCl2分子中心原子杂化轨道的形成过程—sp杂化
Be的价层电子排布：
2s2
电子跃迁
2s
2p
基态铍原子
2s
2p
激发态
混杂
sp 杂化轨道
2p
用杂化轨道理论解释C2H2的空间结构—sp杂化

C的价层电子排布：
2s22p2
2s
2p
基态碳原子
电子跃迁
激发态
2s
2p
混杂
sp杂化轨道
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。
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
s
p
p
p
sp
(3) sp杂化
未参与杂化的p轨道可用于形成π键
sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
4．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)
(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。
4.杂化轨道的特征
(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?
思考与讨论
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。
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。
(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?
下图是描述甲烷、乙烯和乙炔分子的成键情况：
C6H6平面形分子，键角120 。
C：sp2等性杂化 3条杂化轨道互成120°角 。未杂化的p轨道形成p-p大π键
石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳六元环所形成的平面，碳原子取sp2杂化，每个碳原子尚余一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个p轨道形成了一个p-p大π键。电子在这个大π键中可以自由移动，所以石墨能导电。
丁二烯
Π
4个p轨道
4个电子
4
4
PCl3中心原子的杂化类型为sp3，那么PCl5中心原子的杂化类型如何？
三角双锥
sp3d杂化
↑
↑
↑
↓
3s
3p
↑
3d
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
3s
3p
↑
3d
↑
激发
杂化
5.其他典型的杂化类型
SF6中心原子的杂化
正八面体
sp3d2杂化
↑
↑
↑
↓
3s
3p
↑
3d
↓
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
激发
↑
↑
↑
3s
3p
↑
3d
↑
↑
杂化
①因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系:中心原子的杂化轨道数=价层电子数=σ键电子对数（中心原子结合的电子数）+孤电子对数，再由杂化轨道数判断杂化类型。
中心原子的
价层电子对数
规律：
{2D5ABB26-0587-4C30-8999-92F81FD0307C}代表物
杂化轨道数
杂化轨道类型
CO2
CH2O
SO2
H2O
0+2=2
sp
0+3=3
sp2
1+2=3
2+2=4
sp2
sp3
2
3
4
sp
sp2
sp3
六、判断中心原子的杂化类型
②通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断
若有1个三键或2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；
若有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；
若全部是单键，则形成sp3杂化。
③根据杂化轨道之间的夹角判断
④根据杂化轨道的立体构型判断
杂化轨道
之间的夹角
180°
120°
109°28′
sp
sp2
sp3
杂化轨道
的立体构型
直线形
平面三角形
正四面体形或三角锥形
sp
sp2
sp3
单键碳原子采取sp3杂化；
双键碳原子采取sp2杂化；
三键碳原子采取sp杂化。
有机物中碳原子杂化类型判断方法
5
1
2
3
4
CH2O分子有 个σ键，有 个π键，中心原子有 对孤对电子，价层电子对数为 ，对应 个杂化轨道，所以该中心原子的杂化类型为 。
3
3
3
0
1
sp2
总结
物质
价层电
子对数
中心原子杂化轨道类型
杂化轨道/电子对空间构型
轨道
夹角
分子空
间构型
键角
BeCl2
CO2
BF3
CH4
NH4+
H2O
NH3
PCl3
4+0
2+2
3+1
sp
sp2
sp3
直线形
平面三角形
正四面体
180°
120°
109.5°
直线形
平面三角形
正四
面体
V形
三角锥形
180°
120°
109.5°
105°
107°
3+1
4+0
3+0
2+0
2+0
sp2杂化一定为平面三角形吗？
1.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是（ ）
①BF3　②CH2=CH2　③CH≡CH　④NH3　⑤CH4
A.①② B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥
A
2.下列说法中正确的是( )
A.PCl3分子呈三角锥形，是P原子采取sp2杂化的结果
B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个sp3杂化轨道
C.凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体
D.AB3型的分子立体构型必为平面三角形
C
3.(1)[2021年全国甲卷]SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为 。
sp3
(2)[2021年全国乙卷]PH3中P采取的杂化类型为 。
sp3
(3)在硅酸盐中，SiO42-四面体(如图a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为____。
sp3
4.(1)【2021年山东省等级考】Xe 是第五周期的稀有气体元素，与 F 形成的 XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为 ，下列对 XeF2中心原子杂化方式推断合理的是_______________（填标号）。
A.sp B.sp2 C.sp3 D.sp3d
5
D
(2)
【2022年全国甲卷】 CF2=CF2和ETFE(CH2=CH2与CF2=CF2)的共聚物)分子中C的杂化轨道类型分别为_______和_______
sp3
sp2
5.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
6.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
7.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
8.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
正误判断
(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子，原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的( )
(2)凡中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子空间结构都是正四面体形( )
(3)杂化轨道的空间结构与分子的空间结构不一定一致( )
(4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键( )
(5)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。未参与杂化的p轨道可用于形成π键( )
(6)凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp2杂化轨道成键。(　　)　
×
×
√
√
√
√

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