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第二章 原子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第二课时 杂化轨道理论
高二化学
新人教化学选择性必修2《物质结构与性质》
学习目标
教
学
重
点
教
学
难
点
1、运用杂化轨道理论解释分子的空间结构； 2、VSEPR模型与杂化轨道理论的关联。
运用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。
1、结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp3、sp2、sp)；
2、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。
具
体
目
标
通过价层电子对互斥模型，知道甲烷为正四面体结构，价键理论能否解释其结构呢？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 ？
1s
2s
2p
H原子 电子排布图
1s
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形的甲烷分子。
【温故知新】
如何解决上述矛盾？
—为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论
C：1s22s22p2
1931年鲍林提出杂化轨道理论，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。（能解释价层电子互斥理论不能解释的问题）
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会
发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到四个新的能量相同，方向不同
的轨道， 各指向正四面体的4个顶点，夹角为109°28′，称为sp3杂化轨道。
鲍林认为：
x
y
z
跃迁
C
基态
激发态
杂化
杂化轨道
sp3
　 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，称为 sp3杂化轨道。
z
sp3
sp3
sp3
sp3
109°28′
杂化
H
H
H
H
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个杂化轨道的夹角为109°28′。
轨道重叠
C
H
H
H
H
价层电子
空轨道
激发
杂化轨道
轨道重新组合
成对电子
中的一个
与激发电子临近
能量相近的原子轨道
吸收能量
轨道总数目不变，角度和形状发生变化，成键时释放能量较多，轨道重叠程度更大，生成的分子更稳定
一、杂化的条件
同一能级组或相近能级组的轨道，对于非过渡元素，由于ns和np能级接近，往往采用“sp”杂化
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
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
二、杂化的特点
4、杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对！
未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
1、杂化前后轨道数目不变
2、杂化后轨道形状、方向发生改变，成键能力增强
3、杂化轨道之间要满足最小排斥、最大夹角原理
3.杂化类型
(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
(3)杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生变化。杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键。遵循杂化轨道间斥力最小原理。
(4)杂化轨道用于形成分子的σ键和孤电子对
(π键是由未杂化的p轨道来形成的)。
4.要点
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
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。
sp3杂化轨道 含有 1/4 s轨道和 3/4 p轨道.两个轨道间的夹角为109.5°，空间构型为正四面体形
(1) sp3杂化
5、杂化类型与分子的构型
sp3 杂化 —— CH4分子的形成
C：2s22p2没有4个成单电子
2s
2p
C的基态
2s
2p
激发态
正四面体形
sp3 杂化态
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个完全相同的s-sp3σ键，呈正四面体形。
NH3 空间结构：三角锥形
键角约107o
2p
【学习任务二】再析杂化轨道理论-sp3杂化
H2O 空间结构：V形
键角约105o
2s
2p
1对孤电子对
2对孤电子对
等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合
不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的不均匀混合。某杂化轨道有孤电子对。
CH4
NH3
H2O
【学习任务二】再析杂化轨道理论-sp3杂化对比
小结：中心原子的杂化类型与VSEPR模型的关系
①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。
②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
三、杂化的类型
2、sp2杂化
1个s轨道和2个p轨道杂化而得到3个sp2杂化轨道
p
p
p
s
sp2杂化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp2
sp2
sp2
sp2杂化轨道间的夹角是_____，空间结构为_________。
120°
平面三角形
120°
sp2
p
B原子基态电子排布轨道表示式
2s
2p
电子
跃迁
sp2 杂化
——BF3分子的形成
sp2杂化轨道
与F成键
F
F
F
B
x
y
z
sp2
sp2
sp2
p
sp2
sp2
sp2
sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如：乙烯分子碳碳双键的形成。
未参与杂化的p轨道上的电子可用于形成π键
——分析CH2=CH2分子中碳原子的杂化类型
1s22s22p2
C:
sp2杂化
激发
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
②sp2杂化
（3）杂化轨道的类型
头碰头
σ键
肩并肩
肩并肩
σ键
π键
H
H
H
H
乙烯中sp2杂化C原子成键过程
三、杂化的类型
3、sp杂化
1个s轨道和1个p轨道杂化而得到2个sp杂化轨道
p
p
p
s
sp杂化
sp
p
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp
sp
sp杂化轨道间的夹角是_____，空间结构为_________。
180°
直线形
180°
Be原子基态电子排布轨道表示式
2s
2p
电子跃迁
sp杂化
——BeCl2分子的形成
sp杂化轨道
3.sp杂化
与Cl成键
Cl
Cl
sp
px
px
180°
Cl
Cl
Be
σ键
σ键
p
p
sp
sp
sp
sp
x
y
z
x
y
z
sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的碳碳三键的形成。
未参与杂化的p轨道可用于形成π键
1s22s22p2
C:
sp杂化
激发
——分析CH≡CH分子中碳原子的杂化类型
1.杂化轨道及其类型
四、杂化轨道理论
③sp杂化
（3）杂化轨道的类型
头碰头
σ键
肩并肩
肩并肩
σ键
H
H
乙炔中sp杂化C原子成键过程
π键
π键
中心原子的杂化轨道类型与VSEPR模型有什么联系？填写下表，回答问题。
实例 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 杂化 轨道数 中心原子的杂化轨道类型
CO2 2 sp
SO2 3 sp2
SO3 3 sp2
H2O 4 sp3
NH3 4 sp3
CH4 4 sp3
0
2
直线形
1
3
平面三角形
0
4
平面三角形
2
3
四面体形
1
4
四面体形
0
4
正四面体形
杂化轨道模型
中心原子的杂化轨道模型与VSEPR模型相同。
价层电子对数＝杂化轨道数(x)，中心原子采取 spx-1 杂化
四、判断中心原子的杂化类型
1、计算价层电子对数
杂化轨道数(x)＝价层电子对数，中心原子采取 spx-1 杂化
化学式 BeCl2 SO2 CO32- CH4 NH4+ NH3 H2O
σ键电子对
孤电子对
杂化轨道数
杂化类型
2
0
2
sp
2
1
3
sp2
3
0
3
sp2
4
0
4
sp3
4
0
4
sp3
3
2
1
2
4
4
sp3
sp3
=σ 键电子对数+中心原子孤电子对数
四、判断中心原子的杂化类型
2、根据杂化轨道的夹角判断
杂化轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道类型 sp sp2 sp3
四、判断中心原子的杂化类型
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。
3、有机物中碳原子杂化类型判断方法
5
1
2
3
4
苯分子中的碳原子是什么杂化类型？
苯C6H6
平面正六边形
6个碳原子之间的化学键完全相同，是介于单键和双键之间的一种独特的键。
120°
1、定义：
在多原子分子或离子中如有相互平行的P轨道，他们“肩并肩”连贯重叠在一起构成一个整体，P电子在多个原子间运动形成π型化学键，这种不局限在两个原子之间的π键称为离域π键，或共轭大π键，简称大π键
2、条件：
所有原子在同一平面，中心原子采用SP杂化或者SP2 杂化
3、表示方法
参与形成大π键的原子数
参与形成大π键的电子数
拓展：大π键（共轭大π键，离域π键）
Π
6个p轨道
6个电子
苯分子中碳原子取sp2杂化，3个杂化轨道分别用于形成3个σ 键，故苯分子键角为120°；苯分子每个碳原子均有1个未参与杂化杂化的p轨道，垂直于分子平面而相互平行，6个“肩并肩”的平行p轨道上总共6个电子一起形成了弥散在整个苯环的1个p-p大π键。
6
6
丁二烯
Π
4个p轨道
4个电子
4
4
4、常见分子中的大π键
π34
H2O2
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，每个碳原子均有1个未参与杂化杂化的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1个p-p大π键。
电子在这个中可以自由移动，所以石墨能导电。
课堂小结
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。(　　)
③五原子分子的空间结构都是正四面体形。(　　)
④杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。(　　)
⑤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。(　　)
⑥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。(　　)
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
√
√
×
×
×
×
课堂小结
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
课堂小结
B

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