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分子空间结构的理论分析
课时1
第2章
第
2
节
1.了解常见分子的空间结构。
2.理解杂化轨道理论的主要内容，并能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构(重点)。
学
习
目
标
联想质疑
通常，不同的分子具有不同的空间结构。例如，甲烷分子呈正四面体形，氨分子呈三角锥形，乙烯分子呈平面结构。那么，这些分子为什么具有不同的空间结构呢？分子的空间结构对物质的性质会带来怎样的影响？
甲烷
氨
乙烯
交流研讨
C原子
1s2
2s2
2p2
H原子
1s1
思考：为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？
↑
↑
↑
↑
跃迁
思考：为何分子空间结构是正四面体形？
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论
画出基态碳原子、氢原子的轨道表示式
内
容
索
引
目标一　杂化轨道理论
目标二　典型分子的空间结构
杂化轨道理论
< 目标一 >
1.甲烷分子的组成和结构
分子式 空间结构 空间填充模型 球棍模型

CH4
(1)基态碳原子中只有2个未成对电子，碳原子要与氢原子形成CH4，需要4个未成对电子。 基态碳原子中的电子如何激发，才能满足这一条件？
1个2s电子激发到能量相近的2p轨道，形成4个未成对电子。
C：2s22p2
2s
2p
激发
2s
2p
sp3
sp3杂化
(2)碳原子轨道的杂化可作如下想象。
sp3杂化
参加杂化的原子轨道是 ，形成 个杂化轨道，杂化轨道间的夹角为 。每个杂化轨道中有 个电子，自旋状态 。
(3)CH4分子中的4个C—H键属于 ，4个C—H键的键长、键角与键能都相等。
1个2s、3个2p
4
109°28′
1
相同
σ键
2.杂化轨道的形成及其特点
形成
轨道的杂化
杂化轨道
特点
原子内部能量相近的原子轨道重新组合
杂化后重新形成一组能量相同的原子轨道
①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道
②改变原子轨道的空间取向
③使原子的成键能力增强
sp3
sp3
sp3
sp3
109°28′
3.杂化轨道的类型
杂化类型 sp sp2 sp3
用于杂化的原子轨道及数目 ns
np
杂化轨道的数目
杂化轨道间的夹角
1
2
180°
1
3
120°
1
4
109°28′
1
2
3
1.正误判断
(1)任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道
(2)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道
(3)杂化轨道能量相同
(4)sp2杂化后轨道数目是2
(5)sp杂化轨道是直线形，夹角为180°
√
×
√
×
√
2.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.轨道杂化前后轨道数目可以相等，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、最小排斥原理
D.杂化轨道可分为sp、sp2、sp3杂化等
√
典型分子的空间结构
< 目标二 >
1.乙烯、乙炔分子的空间结构
空间结构 杂化类型 杂化轨道数 夹角(θ) σ键总数 π键总数
乙烯
乙炔
平面形
sp2
3
120°
5
1
直线形
sp
2
180°
3
2
σ
σ
σ
σ
σ
π
σ
σ
σ
π
π
乙烯
乙炔
2.苯分子的空间结构与大π键
杂化形式：
C为sp2杂化
成键方式：
C—C
sp2-sp2 σ键
C—H
sp2-s σ键
“肩并肩”
重叠
大π键
多原子间形成多电子的π键
空间结构：
所有原子(12个)处于同一平面
3.NH3分子的空间结构
杂化轨道：
sp3杂化
轨道夹角应为109°28′
成键类型：
σ
σ
σ
空间结构：
孤电子对
三角锥形
107.3°
1.NH3、CH4两分子中，N、C原子都采取sp3杂化，为什么NH3分子的空间结构是三角锥形，CH4分子是正四面体形？
形成的四个sp3杂化轨道中，NH3分子中只有三个杂化轨道与H原子的1s轨道重叠成键，另一个杂化轨道中有一对孤电子对不参与成键，但对成键电子对有较强的排斥作用，使三个N—H键的键角变小，成为三角锥形，而CH4分子中四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠形成共价键，轨道间夹角=共价键键角=109°28'，故CH4为正四面体形。
2.下列关于NH3和CO2的说法正确的是
A.都是直线形结构
B.中心原子都采取sp杂化
C.NH3为三角锥形结构，CO2为直线形结构
D.N原子和C原子上都没有孤电子对
√
3.判断下列中心原子的杂化轨道类型(标“·”的原子为中心原子)。
4
sp3
3
sp2
4
sp3
4
sp3
4
sp3
方法规律
1.杂化轨道类型的判断方法
(1)根据轨道夹角判断
(2)根据分子(或离子)的空间结构判断
空间结构 中心原子杂化类型
正四面体形 sp3杂化
三角锥形 sp3杂化
平面三角形 sp2杂化
直线形 sp杂化
方法规律
(3)对于ABm型分子，中心原子A的杂化方式判断方法：n=
说明：①n为中心原子杂化轨道数目，n=2时，为sp杂化，n=3时，为sp2杂化，n=4时，为sp3杂化。
②配位原子B为氧原子或硫原子时，成键电子数为0；配位原子为氢原子或ⅦA族元素原子时，每个配位原子有一个成键电子。
方法规律
2.有机物中碳原子的杂化类型
(1)根据碳原子形成的σ键数目判断
有机物中，碳原子杂化轨道形成σ键，未杂化轨道形成π键。
(2)由碳原子的饱和程度判断
①饱和碳原子采取sp3杂化；
②双键上的碳原子或苯环上的碳原子采取sp2杂化；
③三键上的碳原子采取sp杂化。
返回
1.在 中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采取的杂化方式是
A.sp2　sp2 B.sp3　sp3
C.sp2　sp3 D.sp　sp3
√
2.下列说法正确的是
A.CHCl3是正四面体形结构，中心原子为sp3杂化
B.H2O分子中氧原子为sp2杂化，其分子空间结构为角形
C.二氧化碳中碳原子为sp杂化，为直线形分子结构
D.N中N原子为sp3杂化，是四边形结构
√
3.(1)已知BF3为平面三角形结构，则BCl3的空间结构为____________，NCl3的空间结构与BCl3的是否相同______(填“是”或“否”)，理由是
_______________________________________________________。
(2)乙烷和甲烷分子中碳原子杂化方式_______(填“相同”或“不相同”)，采用的杂化轨道类型为________。
平面三角形
否
NCl3分子中的N有一对孤电子对，而BCl3中的B没有孤电子对
相同
sp3杂化
本课结束
第2章
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2
节

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