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第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間結構 課時3
自然科學的研究在許多時候產生于人們對于一些既定科學事實的解釋。雖然VSEPR理論很好的解釋了分子具有一定的空間構型的原因，但是科學家卻發現用傳統的價鍵理論無法解釋。
萊納斯·卡爾·鮑林
↑
1s1
為什么能在CH4分子中與4個H原子的1s軌道會形成4個完全相同的σ鍵呢？
雜化軌道的理論
H
2s2
2p2
↑↓
↑
↑
C
1.了解雜化軌道理論的要點和類型；
2.能運用雜化軌道理論解釋簡單共價分子和離子的空間結構。
2s
2p
↑↓
↑
↑
基態
激發
2s
2p
↑
↑
↑
↑
激發態
sp3雜化軌道
雜化
↑
↑
↑
↑
視頻
1.定義：外界條件下，能量相近的原子軌道混雜起來，重新組合新軌道的過程叫做原子軌道的雜化，雜化后的新軌道就稱為雜化軌道。
一、雜化軌道理論
只有能量相近的原子軌道才能雜化
解釋：當碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時，碳原子的2s軌道和3個2p軌道會發生混雜，得到4個新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個頂角，夾角109°28'，稱為sp3雜化軌道，表示這4個軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的。當碳原子跟4個氫原子結合時，碳原子以4個sp雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C-H σ鍵，因此呈正四面體形的空間結構。
雜化改變了原子軌道的形狀、方向。雜化使原子的成鍵能力增加。
重疊程度增大
只有在形成分子時才能雜化，孤立的原子不可能發生雜化
2.雜化軌道的形成及其特點
價層電子
空軌道
雜化軌道
軌道總數不變，角度和形狀發生變化，成鍵時釋放能量較多，軌道重疊程度增大，生成的分子更穩定。
激發
軌道重新組合
成對電子中的一個
與激發電子鄰近
能量相近、類型不同的原子軌道
3.雜化軌道的類型
(1) sp3雜化軌道——CH4分子的形成
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
sp3雜化軌道是由1個ns軌道和3個np軌道雜化而得。sp3雜化軌道的夾角為109°28′，呈空間正四面體形(如CH4、CF4、CCl4)。
[思考]BF3分子是平面正三角形， F原子位于正三角形的三個頂點，B原子位于分子中心，分子中鍵角均為120°，雜化軌道理論如何解釋？
2s
2p
↑↓
↑
基態
激發
2s
2p
↑
↑
激發態
↑
sp2雜化軌道
雜化
↑
↑
↑
未雜化軌道
σ
σ
σ
120°
F原子的2p軌道
(2) sp2雜化軌道——BF3分子的形成
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
120°
sp2雜化軌道是由1個ns軌道和2個np軌道雜化而得。sp2雜化軌道間的夾角為120°，呈平面三角形(如BF3)。
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。
[思考]氣態BeCl2分子是直線形，Cl原子位于Be原子的兩側， BeCl2分子中鍵角為180o 。雜化軌道理論如何解釋？
2s
2p
↑↓
基態
激發
2s
2p
↑
↑
激發態
雜化
sp雜化軌道
↑
↑
未雜化軌道
氯原子的3p軌道
σ
σ
（3） sp雜化軌道——BeCl2分子的形成
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
sp雜化軌道是由1個ns軌道和1個np軌道雜化而得。sp雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形(如BeCl2)。分子的空間結構主要取決于原子軌道的雜化類型。
180°
Ⅰ.2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道
思考與交流
Ⅱ.用雜化軌道理論解釋NH3、H2O的空間結構。
①當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，由于孤電子對參與互相排斥，使分子的空間結構與雜化軌道的形態發生變化。
②如水分子的氧原子的sp3雜化軌道中有2個被孤電子對占據，其分子不呈正四面體形，而呈V形；
③氨分子的氮原子的sp3雜化軌道中有1個被孤電子對占據，氨分子不呈正四面體形，而呈三角錐形。
不能。只有能量相近的原子軌道才能形成雜化軌道。2s軌道與3p軌道不在同一能層,能量相差較大。
（4）雜化類型的判斷
①因為雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來容納孤電子對，而兩個原子之間只能形成一個σ鍵，故有下列關系:中心原子的雜化軌道數=價層電子數=σ鍵電子對數（中心原子結合的電子數）+孤電子對數，再由雜化軌道數判斷雜化類型。
中心原子的
價層電子對數
規律：
代表物 雜化軌道數 雜化軌道類型
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
②通過看中心原子有沒有形成雙鍵或三鍵來判斷
若有1個三鍵或2個雙鍵，則其中有2個π鍵，用去2個p軌道，形成的是sp雜化；
若有1個雙鍵則其中必有1個π鍵，用去1個p軌道，形成的是sp2雜化；
若全部是單鍵，則形成sp3雜化。
③根據雜化軌道之間的夾角判斷
④根據雜化軌道的立體構型判斷
雜化軌道
之間的夾角
180°
120°
109°28′
sp
sp2
sp3
雜化軌道
的立體構型
直線形
平面三角形
正四面體形或三角錐形
sp
sp2
sp3
5.雜化軌道與分子空間構型
價電子對數 VSEPR模型 VSEPR模型名稱 雜化軌道數 中心原子的雜化軌道類型 分子的空間構型 實例
BeCl2
SO2
H2O
SO3
NH3
CH4
直線形
平面三角形
四面體形
平面三角形
四面體形
正四面體形
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
直線形
V形
V形
平面三角形
三角錐形
正四面體形
2
3
4
3
4
4
2
3
4
3
4
4
1.判斷正誤
(1)價電子對之間的夾角越小,排斥力越小。 (　　)
(2)NH3分子的VSEPR模型與分子空間結構不一致。(　　)
(3)五原子分子的空間結構都是正四面體形。(　　)
(4)雜化軌道與參與雜化的原子軌道的數目相同,但能量不同。(　　)
(5)凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子,其空間結構都是正四面體形。(　　)
(6)凡AB3型的共價化合物,其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵。(　　)
[練一練]
D
2．根據價層電子對互斥模型及原子雜化軌道理論判斷NF3分子的空間結構和中心原子的雜化方式為(　　)
A.直線形　sp雜化
B.平面三角形　sp2雜化
C.三角錐形　sp2雜化
D.三角錐形　sp3雜化
3.在乙烯(CH2＝CH2)分子中有5個σ鍵、一個π鍵，它們分別是（ ）
A．sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵
B．sp2雜化軌道形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵
C．C—H之間是sp2形成的σ鍵，C—C之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵
D．C—C之間是sp2形成的σ鍵，C—H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵
A
4.下列分子的空間構型可用sp2雜化軌道來解釋的是(　　)
①BF3?、贑H2=CH2?、?苯　④CH≡CH　⑤BeCl2　⑥CH4
A．①②③
B．①⑤⑥
C．②③④
D．③⑤⑥
A
5.指出下列原子的雜化軌道類型、分子的結構式及空間結構。
(1)CS2分子中的C為　　　雜化, 空間結構為　　　;
(2)CH2O中的C為　　　雜化, 空間結構為　　　　　　;
(3)CCl4分子中的C為　　　雜化, 空間結構為　　　　　;
(4)H2S分子中的S為　　　雜化, 空間結構為　　　。
sp
直線形
sp2
平面三角形
sp3
正四面體
sp3
V形
分
子
的
空
間
結
構
多樣的分子空間結構
價層電子對互斥模型
雜化軌道理論
分子結構的測定
紅外光譜儀
質譜法
化學鍵或官能團
相對分子質量
直線形、V形
三角錐形、平面三角形
四面體形
內容概述
中心原子價層電子對數的計算
根據VSEPR模型判斷分子的空間結構
雜化軌道類型
雜化軌道與分子空間結構

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