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　　第一单元　分子的空间结构
课时1　杂化轨道理论与分子空间结构
专题4　分子空间结构与物质性质
[学习目标]
1.了解杂化轨道理论，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响(重点)。
2.通过对杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型的判断方法，建立分子空间结构分析的思维模型(难点)。
新课导入
CH4
正四面体甲烷的4个C—H单键都应是σ键，然而根据价层原子轨道情况，
C原子3个相互垂直的2p 轨道和4个H原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体结构的甲烷分子？
↑↓
↑↓
1s
2s
2p
6C
↑
↑
↑
1s
1H
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论

一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
1.CH4分子的形成及空间结构
(1)杂化轨道的形成
C原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混杂”，形成能量相同、成分相同的4个sp3杂化轨道。
C：2s22p2
2s
2p
激发
2s
2p
sp3
sp3杂化
基态
激发态
4个sp3杂化轨道
(2)共价键的形成
C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。
(3)CH4分子的空间结构
4个C—H键等同，C—H键间夹角均是109°28'，正四面体结构。
一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
正四面体形结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、N等。
金刚石中的碳原子、晶体硅和石英(SiO2)晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。
2.BF3分子的形成及空间结构
B原子2s轨道上的一个电子进入2p轨道，1个2s轨道和2个2p轨道杂化，形成能量相等、成分相同的3个sp2杂化轨道。
B原子的3个sp2杂化轨道分别与F原子的2p轨道形成σ键
B：2s22p1
2s
2p
激发
2s
2p
基态
激发态
3个sp2杂化轨道
sp2
sp2杂化
2p
未杂化轨道
sp2杂化
平面三角形
键角120°
一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
3.BeCl2分子的形成及空间结构
Be原子2s轨道上的一个电子进入2p轨道，1个2s轨道和1个2p轨道发生杂化，形成能量相等、成分相同的2个sp杂化轨道。
Be原子的2个sp杂化轨道分别与Cl原子的3p轨道形成σ键
Be：2s2
2s
2p
激发
2s
2p
基态
激发态
2个sp杂化轨道
sp
sp杂化
2p
未杂化轨道
sp杂化
直线形
键角180°
Cl
Cl
sp
px
px
一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
180°
Cl
Cl
Be
思考交流
(1)乙烯分子中的成键情况
在乙烯分子中，碳原子均采用 杂化，形成3个杂化轨道，两个碳原子各以1个sp2轨道发生重叠形成1个C—C σ键，每个碳原子的2个sp2轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键，这样形成的5个键在同一平面上，此外每个C原子还剩下1个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成1个 键。其结构示意图如下：
sp2
π
一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
思考交流
(2)乙炔分子中的成键情况
在乙炔分子中，碳原子均采用 杂化，形成2个杂化轨道，两个碳原子各以1个sp轨道发生重叠形成1个C—C σ键，每个碳原子的1个sp轨道与1个氢原子的1s轨道重叠形成1个C—H σ键，这样形成的3个键在同一直线上，此外每个碳原子还有2个未杂化的2p轨道，它们发生重叠，形成2个 键。其结构示意图如下：
sp
π
一、用杂化轨道理论解释分子的空间结构
二、杂化轨道理论
1.轨道杂化与杂化轨道
形成
轨道的杂化
杂化轨道
轨道杂化的过程
原子内部能量相近的轨道重新组合形成新的原子轨道的过程
重新组合后的新的原子轨道，简称杂化轨道
激发→杂化→轨道重叠
2.杂化轨道的特点
杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数。
杂化改变了原子轨道的形状、方向。
杂化使原子的成键能力增强。
杂化轨道只能形成σ键或容纳孤电子对，不能形成π键。
二、杂化轨道理论
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
3.杂化轨道的类型
(1)sp3杂化轨道
109°28′
1个s和3个p
参与杂化的轨道：
夹角：
空间结构：
正四面体形
二、杂化轨道理论
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
3.杂化轨道的类型
(2)sp2杂化轨道
120°
1个s和2个p
参与杂化的轨道：
夹角：
空间结构：
平面三角形
二、杂化轨道理论
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
3.杂化轨道的类型
(3)sp杂化轨道
180°
1个s和1个p
参与杂化的轨道：
夹角：
空间结构：
直线形
二、杂化轨道理论
二、杂化轨道理论
4.分子的空间结构与杂化类型的关系(备注：本部分根据篇幅决定是否添加)
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的立体构型与杂化轨道的立体构型相同。
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道组成 一个ns轨道和一个np轨道 一个ns轨道和两个np轨道 一个ns轨道和三个np轨道
轨道夹角 180° 120° 109°28'
二、杂化轨道理论
杂化轨道示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子结构示意图
分子构型 直线形 平面三角形 正四面体形
二、杂化轨道理论
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。在杂化轨道的基础上，略去孤电子对，即为分子的立体构型(实例如下表)。
分子 杂化轨道构型 中心原子杂化轨道类型 分子的立体构型(略去孤电子对)
SO2 sp2
(V形)
二、杂化轨道理论
H2O sp3
(V形)
NH3 sp3
(三角锥形)
思考交流
二、杂化轨道理论
1.正误判断
(1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子
(2)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
(3)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键
(4)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
√
√
√
√
思考交流
二、杂化轨道理论
2.杂化轨道理论是一种价键理论，是化学家为解释分子的空间结构提出的。在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。
(1)任意轨道之间都可以杂化吗？2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？
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轨道能量相差较大，不可杂化。
(2)原子轨道杂化后，轨道的数量和能量有什么变化？
形成的杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。如1个s轨道与3个p轨道杂化成4个能量相同的 sp3杂化轨道。
应用体验
3.氯化硼(BCl3)的熔点为-107 ℃，沸点为12.5 ℃，其分子中键与键之间的夹角为120°，下列有关叙述不正确的是
A.硼原子采用sp2杂化
B.BCl3中的B—Cl键键长C.氯化硼分子呈正三角形
D.氯化硼分子只含极性键
√
二、杂化轨道理论
归纳总结
中心原子杂化类型的判断方法
(1)根据杂化轨道之间的夹角判断：
夹角为109°28'，则中心原子发生sp3杂化；夹角为120°，则发生sp2杂化；夹角为180°，则发生sp杂化。
(2)常见物质中心原子的杂化方式
①中心原子采用sp3杂化的有：
有机物中饱和碳原子、NH3、H2O、金刚石中的碳原子、晶体硅中的硅原子、SiO2、N等。
·
·
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·
归纳总结
②中心原子采用sp2杂化的有：
有机物中的双键碳原子、BF3、石墨中的碳原子、苯环中的碳原子、SO2、SO3等。
③中心原子采用sp杂化的有：
有机物中的三键碳原子、CO2、BeCl2等。
说明：注意相似结构的物质，如CO2与CS2、BF3与BBr3等，其中心原子杂化方式相同。
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·
自我测试
1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是
A.原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新
轨道
B.轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等
C.杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原理
D.CH4分子中任意两个C—H键的夹角均为109°28'
√
自我测试
2.有机物CH3CH==CH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为
A.sp、sp2、sp3 B.sp3、sp2、sp
C.sp2、sp、sp3 D.sp3、sp、sp2
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·
√
本课结束

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