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第二章第二節第4課時
《雜化軌道理論簡介》
人教版 選擇性必修2
H-Cl的s-p σ鍵形成
H
Cl
H－Cl
s-p σ鍵
1s
↑
1s
2s
2p
3s
3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
知識回顧
1s
H
1s
2s
2p
C
寫出碳原子的電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結合形成CH4，而不是CH2 ？
電子躍遷
電子躍遷
2s
2p
基態碳原子
激發態
能量相近的原子軌道
2s
2p
雜化軌道理論
甲烷的4個C—H單鍵都是σ鍵，然而，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
為解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論，用于解釋分子的空間結構
2s
2px
2py
2pz
X
雜化軌道理論
混雜
- CH4分子中心原子雜化軌道的形成過程
混雜前后軌道總數不變
雜化軌道能量相同、
方向不同
由1個s軌道和3個p軌道混雜并重新組合成4個能量相同的但方向不同的軌道。我們把這種軌道稱為 sp3雜化軌道
電子躍遷
2s
2p
基態碳原子
激發態
能量相近的原子軌道
2s
2p
sp3 雜化軌道
sp3雜化軌道特點：形狀為一頭大，一頭小， 含有 1/4 s 軌道和 3/4 p 軌道，每兩個軌道間的夾角為 ，空間構型為 。
思考：為了使4個雜化軌道在空間盡可能遠離，使軌道間的排斥最小，4個雜化軌道的伸展方向應成什么空間構型?
雜化軌道理論
—sp3雜化
正四面體形
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
4個能量相同、方向不同的sp3雜化軌道
109°28′
正四面體形
雜化軌道理論
重疊成鍵
碳原子sp3 雜化軌道
1s
1s
1s
1s
4個C-H σ鍵
基態氫原子
- CH4分子中心原子雜化軌道的形成過程
1s
1s
1s
1s
1s
C
sp3
↑
↑
↑
↑
2p
↑
↑
↑
2s
↓
↑
能量
混雜
激發態
雜化軌道
基態
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
雜化類型的判斷方法：
雜化軌道類型判斷
價層電子對數
= σ鍵電子對數 +
中心原子上的孤電子對數
3．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。
2s22p3
sp3雜化軌道用于 或用來 。
用雜化軌道理論解釋NH3的空間結構
N的價層電子排布：
2s
2p
基態氮原子
混雜
sp3雜化軌道
形成σ鍵
容納未參與成鍵的孤電子對
NH3的形成：3個H原子分別以3個s軌道與N原子上的3個sp3雜化軌道相互重疊后，形成了3個能量和鍵角都完全相同的 鍵，從而構成一個 分子。
s-sp3σ
三角錐形
2s22p4
H2O的形成：2個H原子分別以2個s軌道與O原子上的2個sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了2個能量和鍵角都完全相同的 鍵，從而構成一個 分子。
用雜化軌道理論解釋H2O的空間結構
O的價層電子排布：
2s
2p
基態氧原子
混雜
sp3雜化軌道
s-sp3σ
V形
sp3雜化軌道特征：
①1個ns 軌道與3個np 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 1/4 s 軌道和 3/4 p 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。
B的價層電子排布：
- BF3分子中心原子雜化軌道的形成過程Sp2 雜化
雜化軌道理論
電子躍遷
混雜
2s
2p
基態硼原子
2s
2p
激發態
sp2 雜化軌道
2p
120°
2s22p1
用雜化軌道理論解釋C2H4的空間結構Sp2 雜化
2s
2p
C的價層電子排布：
2s22p2
基態碳原子
混雜
2s
2p
電子躍遷
激發態
sp2 雜化軌道
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
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
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
180°
Cl
Cl
Be
雜化軌道理論
- BeCl2分子中心原子雜化軌道的形成過程—sp雜化
Be的價層電子排布：
2s2
電子躍遷
2s
2p
基態鈹原子
2s
2p
激發態
混雜
sp 雜化軌道
2p
用雜化軌道理論解釋C2H2的空間結構—sp雜化

C的價層電子排布：
2s22p2
2s
2p
基態碳原子
電子躍遷
激發態
2s
2p
混雜
sp雜化軌道
sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/2 s 軌道和1/2 p 軌道的成分兩個軌道間的夾角為180°，呈直線形。如 CO2 BeCl2。
sp 雜化：1個s 軌道與1個p 軌道進行的雜化， 形成2個sp雜化軌道。
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
s
p
p
p
sp
(3) sp雜化
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵
sp、sp2兩種雜化形式中還有未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵，而雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。
4．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)
(1)雜化前后軌道數不變。
(2)雜化過程中軌道的形狀發生變化。
(3)雜化后形成的化學鍵更穩定。
(4)雜化后的新軌道能量、形狀都相同。
(5)雜化后的軌道之間盡可能遠離。
(6)雜化軌道只用于形成σ鍵和容納孤電子對。
4.雜化軌道的特征
(1)觀察上述雜化過程,分析原子軌道雜化后,數量和能量有什么變化?
思考與討論
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。
雜化軌道與參與雜化的原子軌道數目相同,但能量不同。s軌道與p軌道的能量不同,雜化后,形成的一組雜化軌道的能量相同。
(2)2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道?
下圖是描述甲烷、乙烯和乙炔分子的成鍵情況：
C6H6平面形分子，鍵角120 。
C：sp2等性雜化 3條雜化軌道互成120°角 。未雜化的p軌道形成p-p大π鍵
石墨分子結構是層形結構，每層是由無限個碳六元環所形成的平面，碳原子取sp2雜化，每個碳原子尚余一個未參與雜化的p軌道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n個p軌道形成了一個p-p大π鍵。電子在這個大π鍵中可以自由移動，所以石墨能導電。
丁二烯
Π
4個p軌道
4個電子
4
4
PCl3中心原子的雜化類型為sp3，那么PCl5中心原子的雜化類型如何？
三角雙錐
sp3d雜化
↑
↑
↑
↓
3s
3p
↑
3d
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
3s
3p
↑
3d
↑
激發
雜化
5.其他典型的雜化類型
SF6中心原子的雜化
正八面體
sp3d2雜化
↑
↑
↑
↓
3s
3p
↑
3d
↓
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
激發
↑
↑
↑
3s
3p
↑
3d
↑
↑
雜化
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：
{2D5ABB26-0587-4C30-8999-92F81FD0307C}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
六、判斷中心原子的雜化類型
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
單鍵碳原子采取sp3雜化；
雙鍵碳原子采取sp2雜化；
三鍵碳原子采取sp雜化。
有機物中碳原子雜化類型判斷方法
5
1
2
3
4
CH2O分子有 個σ鍵，有 個π鍵，中心原子有 對孤對電子，價層電子對數為 ，對應 個雜化軌道，所以該中心原子的雜化類型為 。
3
3
3
0
1
sp2
總結
物質
價層電
子對數
中心原子雜化軌道類型
雜化軌道/電子對空間構型
軌道
夾角
分子空
間構型
鍵角
BeCl2
CO2
BF3
CH4
NH4+
H2O
NH3
PCl3
4+0
2+2
3+1
sp
sp2
sp3
直線形
平面三角形
正四面體
180°
120°
109.5°
直線形
平面三角形
正四
面體
V形
三角錐形
180°
120°
109.5°
105°
107°
3+1
4+0
3+0
2+0
2+0
sp2雜化一定為平面三角形嗎？
1.下列分子的空間結構可用sp2雜化軌道來解釋的是（ ）
①BF3　②CH2=CH2　③CH≡CH　④NH3　⑤CH4
A.①② B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥
A
2.下列說法中正確的是( )
A.PCl3分子呈三角錐形，是P原子采取sp2雜化的結果
B.sp3雜化軌道是由任意的1個s軌道和3個p軌道混合形成的四個sp3雜化軌道
C.凡中心原子采取sp3雜化的分子，其VSEPR模型都是四面體
D.AB3型的分子立體構型必為平面三角形
C
3.(1)[2021年全國甲卷]SiCl4是生產高純硅的前驅體，其中Si采取的雜化類型為 。
sp3
(2)[2021年全國乙卷]PH3中P采取的雜化類型為 。
sp3
(3)在硅酸鹽中，SiO42-四面體(如圖a)通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網狀四大類結構型式。圖b為一種無限長單鏈結構的多硅酸根，其中Si原子的雜化形式為____。
sp3
4.(1)【2021年山東省等級考】Xe 是第五周期的稀有氣體元素，與 F 形成的 XeF2室溫下易升華。XeF2中心原子的價層電子對數為 ，下列對 XeF2中心原子雜化方式推斷合理的是_______________（填標號）。
A.sp B.sp2 C.sp3 D.sp3d
5
D
(2)
【2022年全國甲卷】 CF2=CF2和ETFE(CH2=CH2與CF2=CF2)的共聚物)分子中C的雜化軌道類型分別為_______和_______
sp3
sp2
5.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
6.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
7.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
8.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
正誤判斷
(1)發生軌道雜化的原子一定是中心原子，原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發生，孤立的原子是不可能發生雜化的( )
(2)凡中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子空間結構都是正四面體形( )
(3)雜化軌道的空間結構與分子的空間結構不一定一致( )
(4)雜化軌道能量更集中，有利于牢固成鍵( )
(5)雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵( )
(6)凡AB3型的共價化合物,其中心原子A均采用sp2雜化軌道成鍵。(　　)　
×
×
√
√
√
√

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