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第二节
分子的空间结构
杂化
写出碳原子的核外电子排布图C
1s22s22p2
甲烷分子呈正四面体形，它的4个C—H的键长相同，H—C—H的键角为109°28′。根据价键理论，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。
一、杂化轨道理论简介
为了解决分子空间结构与价键理论的矛盾，1931年由鲍林等人在价键理论的基础上提出杂化轨道理论，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。
在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
杂化轨道理论四要点
(1)能量相近
原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
(2)数目不变
形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等且杂化轨道的能量相同。
(3)成键能力增强
杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。
(4)排斥力最小
杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，
不同的杂化轨道伸展方向不同但形状完全相同。
二、杂化轨道的类型
1. sp3杂化轨道——正四面体形
sp3杂化
基态
激发态
4个sp3杂化轨道
电子
跃迁
杂化
C
每个sp3 轨道形状为一头大，一头小，含有1/4 s轨道和3/4 p轨道的成分
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-H σ键，呈正四面体形。
2. sp2杂化轨道——平面三角形
sp2杂化
s
p
p
p
p
sp2
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。
→ 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
→sp2杂化后，未参与杂化的1个np轨道可以用于形成π键
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
未参与杂化的p轨道上的电子可用于形成π键
——CH2=CH2分子中碳原子的杂化
sp2杂化轨道
2s22p2
C
sp2杂化
电子
跃迁
3. sp杂化轨道——直线形
sp杂化
s
p
p
p
sp
p
p
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。
→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
→sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键
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
与Cl成键
Cl
Cl
sp
px
px
180°
Cl
Cl
Be
σ键
σ键
未参与杂化的p轨道可用于形成π键
——CH≡CH分子中碳原子的杂化
sp杂化轨道
2s22p2
C
sp杂化
电子
跃迁
杂化类型
sp3
sp2
参与杂化轨道
1个s,3个p
1个s,2个p
杂化轨道数
4个sp3
3个sp2
杂化轨道间夹角
109°28′
120°
空间结构
正四面体
平面三角形
实 例
CH4、CCl4
CH2=CH2、BF3
小结 杂化轨道类型
sp
1个s,1个p
2个sp
180°
直线形
CH≡CH、
BeCl2
杂化轨道数＝价层电子对数
4.杂化轨道类型与VSEPR模型的关系。
杂化轨道数＝价层电子对数
＝中心原子σ键电子对数+孤电子对数
价层电子对数 中心原子的 杂化轨道类型 VSEPR 理想模型 理想键角
2
3
4
sp
直线形
180°
sp2
平面(正)三角形
120°
sp3
(正)四面体形
109°28′
原子总数 粒子 价层电子对数 杂化轨道类型 空间结构
3 CO2
SO2
H2O
HCN
4 BF3
NH3
H3O+
CH2O
5 CH4
SO42-
2+0=2 sp 直线形
2+1=3 sp2 V形
2+2=4 sp3 V形
2+0=2 sp 直线形
3+0=3 sp2 平面三角形
3+1=4 sp3 三角锥形
3+1=4 sp3 三角锥形
3+0=3 sp2 平面三角形
4+0=4 sp3 正四面体形
4+0=4 sp3 正四面体形
1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A.CO2与SO2 B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4
B
2.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3　②CH2==CH2　③ ④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥
C.②③④ D.③⑤⑥
A
3.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
C
4.在BrCH=CHBr分子中，C—Br采用的成键轨道是( )
A. sp-p B. sp2-s
C. sp2-p D. sp3-p
C
2023年湖南卷部分高考题
2. 下列化学用语表述错误的是( )
A. HClO的电子式：
B. 中子数为10的氧原子： 188 O
C. NH3分子的VSEPR模型：
D. 基态N原子的价层电子排布图：
C
S2O32-和SO42-的空间结构都是正四面体形( )
判断正误
×
比较分子中的 C-Ga-C 键角大小： 。
>
原因是
Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化，所以为平面结构，而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化，所以为四面体结构，故夹角较小
2023年湖北卷部分高考题
(1)．用电子式表示K2S的形成：
√
判断正误
(2)．用电子云轮廓图表示H-H的s-s σ 键形成的示意图：
√
9． 价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。
下列说法正确的是
A．CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体
B．SO32-和CO32-的空间构型均为平面三角形
C．CF4和SF4均为非极性分子
D．XeF2和XeO2的键角相等
A
(1)由A→B的反应中，乙烯的碳碳_______键断裂(填“π”或“σ”)。
π

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