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第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)
第3課時
第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
考點
雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
雜化軌道
理論簡介
01
02
甲烷分子呈正四面體形，它的4個C－H的鍵長相同，H－C－H的鍵角為109°28′。根據(jù)價鍵理論，甲烷的4個C－H單鍵都應(yīng)該是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形的甲烷分子。
這是為什么呢？
為了解決這一矛盾，1931年由鮑林等人在價鍵理論的基礎(chǔ)上提出雜化軌道理論，它實質(zhì)上仍屬于現(xiàn)代價鍵理論，但是它在成鍵能力、分子的空間構(gòu)型等方面豐富和發(fā)展了現(xiàn)代價鍵理論。
萊納斯·卡爾·鮑林
雜化軌道理論簡介
雜化軌道的含義：
在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合形成新的原子軌道的過程叫做原子軌道的雜化。重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。
雜化軌道理論四要點
※ 能量相近
※ 數(shù)目不變
在成鍵時，同一原子中能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道。
形成的雜化軌道數(shù)與參與雜化的原子軌道數(shù)相等且雜化軌道的能量相同。
(變：軌道的成分、能量、形狀、方向，使原子的成鍵能力增加)
雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，成鍵時根據(jù)最大重疊原理，重疊程度越大，形成的共價鍵越牢固。
雜化軌道理論四要點
※ 能量相近
※ 數(shù)目不變
形成的雜化軌道數(shù)與參與雜化的原子軌道數(shù)相等且雜化軌道的能量相同。
※ 成鍵能力增強
雜化改變原有軌道的形狀和伸展方向，使原子形成的共價鍵更牢固。
※ 排斥力最小
雜化軌道為使相互間的排斥力最小，故在空間取最大夾角分布，不同的雜化軌道伸展方向不同但形狀完全相同。
回顧所學(xué)內(nèi)容，判斷下列語句正誤
問題1
發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子(　　)
問題2
原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的(　　)
只有能量相近的軌道才能雜化(　　)
問題3
雜化軌道能量更集中，有利于牢固成鍵(　　)
問題4
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(　　)
問題5
雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
雜化軌道的類型
sp3雜化軌道——正四面體形
※ sp3雜化軌道是由1個ns軌道和3個np軌道雜化而成，每個sp3雜化軌道都含有1/4s和3/4p的成分，sp3雜化軌道間的夾角為109°28′，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。如右圖所示。
s
p
p
p
s
sp3雜化
sp3
雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
雜化軌道的類型
sp2雜化軌道——平面三角形
※ sp2雜化軌道是由1個ns軌道和2個np軌道雜化而成，每個sp2雜化軌道都含有1/3s和2/3p的成分，sp2雜化軌道間的夾角為 120°，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。如右圖所示。
s
p
p
p
s
sp2雜化
sp2
120°
120°
p
120°
雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
雜化軌道的類型
sp雜化軌道——直線形
※ sp雜化軌道是由1個ns軌道和1個np軌道雜化而成，每個sp雜化軌道都含有1/2s和1/2p的成分，sp雜化軌道間的夾角為 180°，空間結(jié)構(gòu)為直線形。如右圖所示。
s
p
p
p
sp雜化
sp
p
p
180°
雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
當(dāng)雜化軌道全部用于形成σ鍵時，
雜化類型 sp sp2 sp3
軌道夾角 180° 120° 109°28′
雜化軌道 示意圖
實例 BeCl2 BF3 CH4
分子結(jié) 構(gòu)示意圖
分子空 間結(jié)構(gòu)
直線形
平面三角形
正四面體形
分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同
雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，
※ 孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，會使分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的形狀有所不同。
ABn型分子 中心原子 雜化類型 中心原子 孤電子對數(shù) 空間結(jié)構(gòu) 實例
AB2 sp2 1 SO2
AB3 sp3 1 NH3、PCl3、H3O＋
AB2或(B2A) 2 H2S、NH2－
V形
三角錐形
V形
判斷中心原子雜化軌道類型的三種方法
方法一：根據(jù)雜化軌道數(shù)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
雜化軌道數(shù)目＝價層電子對數(shù)目＝孤電子對數(shù)目＋σ鍵電子對數(shù)目
雜化軌道數(shù)目 2 3 4
雜化類型 sp sp2 sp3
判斷中心原子雜化軌道類型的三種方法
方法二：根據(jù)雜化軌道空間分布判斷
※若雜化軌道在空間的分布為正四面體，則中心原子發(fā)生sp3雜化。
※若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則中心原子發(fā)生sp2雜化
※若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則中心原子發(fā)生sp雜化
方法三：根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷
若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發(fā)生sp3雜化
若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化
若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化
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。
物質(zhì) 價層電子對數(shù) 雜化軌道數(shù) 雜化軌道類型
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
例、回顧所學(xué)內(nèi)容，認(rèn)真填寫下表：
2 2 sp
3 3 sp2
4 4 sp3
3 3 sp2
4 4 sp3
4 4 sp3
總結(jié)——分子的空間結(jié)構(gòu)
預(yù)測
解釋
測定
VSEPR
模型
雜化軌
道理論
分子的空間結(jié)構(gòu)
光譜
現(xiàn)代共價鍵理論之一——分子軌道理論
分子軌道理論又稱分子軌道法或MO法，1932年由美國化學(xué)家馬利肯及德國物理學(xué)家洪特提出，是一種描述多原子分子中電子所處狀態(tài)的方法。要點是：從分子的整體性來討論分子的結(jié)構(gòu)，認(rèn)為原子形成分子后，電子不再屬于個別的原子軌道，而是屬于整個分子的分子軌道，分子軌道是多中心的；分子軌道由原子軌道組合而成，形成分子軌道時遵從能量近似原則、對稱性一致(匹配)原則、最大重疊原則，即通常說的“成鍵三原則”；在分子中電子填充分子軌道的原則也服從能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則。
F.Hund
R.S.Mulliken
電子躍遷
混雜
2p
sp2雜化軌道
2s
2p
基態(tài)
2s
2p
激發(fā)態(tài)
2p
sp2雜化軌道
1s
氫原子
1s
2px
氧原子
2py
2pz
sp2-1s
sp2-2p
2p-2p
σ鍵
π鍵
CH2O
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵
試用雜化軌道理論分析苯的雜化類型及空間結(jié)構(gòu)
sp2雜化
(1) 相鄰碳原子sp2雜化軌道成鍵，以及碳的sp2雜化軌道和氫的1s軌道成鍵，六個碳原子、六個氫原子在同一平面上
(2) 六個碳原子的2pz雜化軌道側(cè)面重疊形成大π鍵
1、下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是( )
A. CO2與SO2 B. CH4與NH3
C. BeCl2與BF3 D. C2H2與C2H4
B
2、下列分子中的中心原子的雜化方式為sp雜化，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形且分子中沒有形成π鍵的是( )
A. CH≡CH B. CO2
C. BeCl2 D. BF3
C
3、回答下列問題
(1)圖(a)為S8的結(jié)構(gòu)，其硫原子的雜化軌道類型為______。
(2) 氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在，其分子的空間結(jié)構(gòu)為___________；固體三氧化硫中存在如圖(b)所示的三聚分子，該分子中S原子的雜化軌道類型為_____。
(3) COCl2分子中所有原子均滿足8電子構(gòu)型，COCl2分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比為______，中心原子的雜化方式為_____。
sp3
平面三角形
sp3
3∶1
sp2
(4) As4O6的分子結(jié)構(gòu)如圖所示，其中As原子的雜化方式為_______。
(5) AlH4-中，Al原子的軌道雜化方式為______。
sp3
sp3
[2020全國Ⅰ卷] 磷酸根離子的空間構(gòu)型為_____________，其中P的價層電子對數(shù)為______，雜化軌道類型為______。
正四面體形
4
sp3
[2020江蘇卷] 抗壞血酸的分子結(jié)構(gòu)如圖所示，分子中碳原子的雜化軌道類型為____________。
sp2、sp3
[2021湖南卷] 氣態(tài)SiX4分子的空間構(gòu)型是____________；N-甲基咪唑
分子中碳原子的雜化軌道類型為 _____________。
正四面體形
sp2、sp3
[2021山東卷] OF2分子的空間構(gòu)型為________；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(shù)為______，下列對XeF2中心原子雜化方式推斷合理的是_____(填標(biāo)號)。A. sp B. sp2 C. sp3 D. sp3d
V形
5
D
[2021全國乙卷] PH3中P的雜化類型是__________。
sp3
[2021河北卷] 已知KH2PO2是次磷酸的正鹽，H3PO2的結(jié)構(gòu)式為______，其中P采取______雜化方式。
sp3
H O P＝O
H

H

[2021全國甲卷] SiCl4是生產(chǎn)高純硅的前驅(qū)體，其中Si采取的雜化類型為_______。SiCl4可發(fā)生水解反應(yīng)，機理如下：
含s、p、d軌道的雜化類型有：① dsp2、② sp3d、③ sp3d2，中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜化類型為________（填標(biāo)號）。
sp3
②
[2021全國乙卷] H2O 的鍵角小于NH3的，分析原因_______________。
H2O和NH3均為sp3雜化，H2O有兩個孤電子對，NH3有1個孤電子對，孤電子對多，斥力大，鍵角小。
雜化軌道
理論四要點
雜化軌道
的類型
能量相近
數(shù)目不變
sp3雜化軌道——正四面體形
sp2雜化軌道——平面三角形
sp雜化——直線形
成鍵能力增強
排斥力最小
雜化軌道
的含義
在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合形成新的原子軌道的過程叫做原子軌道的雜化。重新組合后的新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。
雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
情況一：當(dāng)雜化軌道全部用于形成σ鍵時，分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同
情況二：當(dāng)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，會使分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的形狀有所不同
第二節(jié)　
分子的空間結(jié)構(gòu)
第3課時
THANKS
謝 謝 聆 聽

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