資源簡介

第二節
分子的空間結構
第2課時　
雜化軌道理論
人教版（2019）化學選擇性必修二
第二章 分子結構與性質
1.通過雜化軌道理論的學習,能從微觀角度理解中心原子的雜化類型對分子空間結構的影響。
2.掌握中心原子雜化軌道類型判斷的方法,建立分子空間結構分析的思維模型。
寫出碳原子的核外電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結合形成CH4，而不是CH2 ？
C原子 電子排布圖
（軌道表示式）
1s2
2s2
2p2
H 電子排布圖
1s1
按照我們已經學過的價鍵理論，甲烷的4個C-H單鍵都應該是σ鍵，碳原子的4個價層原子軌道是3個相互垂直的2p軌道和1個球形的2s軌道，用它們跟4個氫原子的1s原子軌道重疊，不可能得到正四面體構型的甲烷分子。
C
C
如何解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論。
觀察如下可視化視頻，思考CH4的正四面體形是怎么形成的？
2s 2p
↑↓
↑
↑
C
↑
↑
↑
↑
C
sp3
↑
↑
↑
↑
C
s、px、py、pz雜化
激發
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
C
sp3
↑
↑
↑
↑
2p
↑
↑
↑
2s
↓
↑
甲烷分子中碳原子的4個sp3雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C-Hσ鍵，呈正四面體形。
基態
能量
混雜
激發態
雜化軌道
CH4分子采用sp3雜化
雜化軌道理論
1．概念
中心原子上若干不同類型(主要是s、p軌道)、能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成同等數目、能量完全相同的新軌道。
雜化軌道
2．雜化條件
①只有在形成化學鍵時才能雜化
②只有能量相近的軌道間才能雜化
要點：
①參與雜化的原子軌道能量相近。
同一能級組或相近能級組的軌道
②雜化前后原子軌道數目不變。
參加雜化的軌道數目等于形成的雜化軌道數目
3．雜化軌道特征
(1)雜化改變了原子軌道的能量、成分、形狀和伸展方向，遵循雜化軌道間斥力最小原理。
(2)雜化使原子的成鍵能力增強，有利于軌道間的重疊 。滿足最小排斥，最大夾角分布，從而形成穩定的化學鍵。
(3)雜化軌道用于形成σ鍵和容納未參與成鍵的孤電子對。
(π鍵是由未雜化的p軌道來形成的)
4．雜化類型及分子構型
（1）SP3雜化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
①1個s軌道與3個p軌道進行的雜化,形成4個sp3雜化軌道。
②每個sp3雜化軌道的形狀為一頭大,一頭小,含有14s軌道和34p軌道的成分。
?
③每兩個軌道間的夾角為109.28?,空間構型為正四面體形。
與CH4一樣，H2O和NH3的中心原子也是采用sp3雜化的，因此H2O和NH3的VSEPR模型也是四面體形的，但水分子氧原子的sp3雜化軌道有2個被孤電子對占據，而氨分子的氮原子的sp3雜化軌道有1個被孤電子對占據。
105°
107°
2s 2p
↑↓
↑↓
↑
↑
O
sp3
↑↓
↑↓
↑
↑
O
孤電子對
σ鍵單電子
2s 2p
↑↓
↑
↑
↑
N
sp3
↑↓
↑
↑
↑
N
孤電子對
σ鍵單電子
觀察如下可視化視頻，思考CH2=CH2平面結構怎么形成的？
2s 2p
↑↓
↑
↑
C
↑
↑
↑
↑
C
sp2
↑
↑
↑
↑
C
s、px、py雜化
激發
2pZ
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
120°
C
sp2 2pz
↑
↑
↑
↑
2p
↑
↑
↑
2s
↓
↑
基態
能量
混雜
激發態
雜化軌道
π鍵單電子
σ鍵單電子
：
：
：
：
：
：
碳原子的3個sp2雜化軌道有一個相互重疊形成σ鍵，另外2個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個σ鍵，未參與雜化的2P軌道相互重疊形成π鍵。
C2H4分子采用sp2雜化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
②每個sp2雜化軌道的形狀也為一頭大,一頭小,含有13s軌道和23p軌道的成分。
?
①1個s軌道與2個p軌道進行的雜化,形成3個sp2雜化軌道。
③每兩個軌道間的夾角為120?,呈平面三角形。
④3個sp2雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的p軌道用于形成π鍵。
(2) sp2雜化
120°
F
F
F
B
例如：BF3分子的形成—— Sp2 雜化
B： 1s22s22p1 沒有3個單電子
sp2
sp2雜化
激發
C2H2分子采用sp雜化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
C
sp 2py 2pz
↑
↑
↑
↑
2p
↑
↑
↑
2s
↓
↑
基態
能量
混雜
激發態
雜化軌道
π鍵單電子
σ鍵單電子
碳原子的2個sp雜化軌道有一個相互重疊形成σ鍵，另外1個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個σ鍵，未參與雜化的2個2P軌道相互重疊形成2個π鍵。
(3) sp雜化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
②每個sp雜化軌道形狀為一頭大,一頭小,含有12s軌道和12p軌道的成分。
?
①1個s軌道與1個p軌道進行的雜化,形成2個sp雜化軌道。
③兩個軌道間的夾角為180°，呈直線型。
④ 2個sp雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的2個p軌道用于形成2個π鍵。
180°
Cl
Cl
Be
例如： sp 雜化 —— BeCl2分子的形成
Be原子：1s22s2 沒有單個電子
Cl
Cl
sp
px
px
激發
2s
2p
Be基態
2s
2p
激發態
雜化
直線形
sp雜化態
雜化軌道類型及分子的空間結構
雜化類型
sp
sp2
sp3
參與雜化的原
子軌道及數目
1個s軌道和
1個p軌道
1個s軌道和
2個p軌道
1個s軌道和
3個p軌道
雜化軌道的數目
2
3
4
雜化軌道間的夾角
180°
120°
109°28'
空間結構名稱
直線形
平面三角形
正四面體形
實例
CO2、C2H2
BF3、CH2O
CH4、CCl4
課外拓展
5．雜化類型判斷
(1)根據雜化軌道數目判斷
雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對,而兩個原子之間只能形成一個 σ鍵,故有下列關系:
雜化軌道數目=價層電子對數目
=σ鍵電子對數目+中心原子的孤電子對數目
{2D5ABB26-0587-4C30-8999-92F81FD0307C}價層電子對數
中心原子的
雜化軌道類型
VSEPR
理想模型
2
sp
直線形
3
sp2
平面三角形
4
sp3
四面體形
VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}典型例子
價層電子對數
VSEPR模型
VSEPR模型
名稱
雜化軌道數
中心原子的雜化軌道類型
直線形
平面三角形
平面三角形
四面體
四面體
正四面體
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
CO2
SO2
H2O
NH3
CH4
2+0＝2
2+1＝3
3+0＝3
2+2＝4
3+1＝4
4+0＝4
2
3
3
4
4
4
SO3
VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型
(2)根據雜化軌道的空間分布判斷
①若雜化軌道在空間的分布為正四面體或三角錐形,則中心原子發生sp3雜化。
②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形,則中心原子發生sp2雜化。
③若雜化軌道在空間的分布呈直線形,則中心原子發生sp雜化。
(3)根據雜化軌道之間的夾角判斷
①若雜化軌道之間的夾角為109°28′,則中心原子發生sp3雜化
②若雜化軌道之間的夾角為120°,則中心原子發生sp2雜化
③若雜化軌道之間的夾角為180°,則中心原子發生sp雜化
(4)有機物分子中碳原子雜化類型的判斷方法
飽和碳原子均采取sp3雜化；連接雙鍵的碳原子均采取sp2雜化；連接三鍵的碳原子均采取sp雜化。
確定BF3和H3O+的中心原子的雜化軌道類型,并與同學討論。
第一步 計算中心原子孤電子對數：
BF3
H3O+
第二步 計算價層電子對數：
3+0＝3
3+1＝4
第四步 確定雜化軌道類型：
sp2
sp3
第三步 確定雜軌道數：
3
4
1.下列關于雜化軌道的敘述中,錯誤的是(　 　)
A.分子中中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時,該分子不一定為正四面體結構
B.中心原子能量相近的價電子軌道雜化,形成新的價電子軌道,能量相同
C.雜化前后的軌道數不變,但軌道的形狀發生了改變
D.雜化軌道可能形成π鍵
2.已知某XY2分子屬于V形分子,下列說法正確的是(　 　)
A.X原子一定是sp2雜化
B.X原子一定為sp3雜化
C.X原子上一定存在孤電子對
D.VSEPR模型一定是平面三角形
D
C
3.根據雜化軌道理論可以判斷分子的空間結構,試根據相關知識填空。
(1)AsCl3的空間結構為　　 　　,其中As的雜化軌道類型為　　　　。?
(2)CS2中C的雜化軌道類型為　　　　　　。?
(3)CH3COOH中C的軌道雜化類型為　 。?
三角錐形
sp3
sp3、sp2
sp
4.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
D

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