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第3課時：雜化軌道理論
第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間結構
1. 認識分子結構以及雜化軌道理論。
2. 分析雜化類型與分子空間結構的關系
3.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
資料鏈接——甲烷的分子結構
分子式：CH4
空間構型：正四面體形
碳原子位于正四面體的中心；
4個氫原子完全相同，位于正四面體的4個頂點上；
4個C-H鍵的長度相同；
鍵角都為109°28'。
簡單又不簡單的分子：甲烷
問題來了：
碳原子有4個成單電子嗎？為何它可以與4個H原子形成4個C-H ɑ鍵呢？
請寫出碳原子的價層電子排布式和軌道表達式，并用價層電子對互斥理論預測甲烷的空間構型。
C : 2s22p2
正四面體構型
2s
2p
共價鍵的飽和性
鍵角
90°
CH2
為了解決這些矛盾，美國著名化學家鮑林提出了雜化軌道理論。
環節一：復習舊知，發現問題
一、雜化軌道理論
1、雜化的概念
雜化：在外界條件影響下，原子內部能量相近的原子軌道會重新組合形成新的原子軌道的過程。
萊納斯·卡爾·鮑林
（1901年2月28日－1994年8月19日）
美國著名化學家，兩獲諾貝爾獎
（解釋簡單分子的空間結構）
雜化原子軌道：重新組合形成的新的原子軌道，簡稱雜化軌道。
環節二：提出理論，解決問題
(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
2、雜化條件：
3. 雜化軌道的特征：
（1）雜化前后軌道的成分、能量、形狀、方向發生改變，原子軌道數目不變
(2) 雜化軌道只用于形成σ鍵和容納孤電子對
4. 常見雜化類型：
sp sp2 sp3
環節二：提出理論，解決問題
平衡應用
環節二：提出理論，解決問題
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 s 和 p的成分，sp3 雜化軌道間的夾角為109°28′，空間結構為正四面體形。
2s
2p
基態
激發
雜化
2s
2p
激發態
sp3雜化軌道
雜化態
CH4中 C : 2s22p2
1. sp3 雜化
思考：sp3雜化軌道在空間的分布？
x
y
z
s
px
x
y
z
x
y
z
py
x
y
z
pz
+
+
+
109°28’
混合雜化，形成4個sp3雜化軌道
4個sp3雜化軌道在空間的分布
1s
1s
1s
1s
形成4個s-sp3 σ鍵
環節二：提出理論，解決問題
CH4
知識回顧
環節三：結合實例，發現規律
價層電子對數 孤電子對數 VSEPR模型 空間結構
H2O
NH3
CH4
H2O和NH3、CH4的VSEPR模型相同，都是正四面體形，因此它們的中心原子也是采取sp3雜化。所不同的是，氨分子的氮原子的sp3雜化軌道中有1個被孤電子對占據，水分子的氧原子的sp3雜化軌道中有2個被孤電子對占據。
V形 105°
三角錐形 107°
正四面體形
109°28‘
4
2
四面體形
四面體形
四面體形
4
1
4
0
環節三：結合實例，發現規律
NH3 空間結構：三角錐形 鍵角：107°
氮原子的3個sp3雜化軌道與3個氫原子的1s原子軌道重疊形成3個N-H σ鍵，其中孤電子對占有1個sp3雜化軌道。
→孤電子對對成鍵電子對的排斥能力較強，故鍵角小于109°28′，為107°
模仿NH3的中心原子N的雜化和成鍵過程，嘗試用雜化軌道理論來解釋H2O的空間結構。
環節三：結合實例，發現規律
H2O 空間結構：V形 鍵角：105°
雜化
2s
2p
基態
sp3雜化軌道
sp3雜化態
O原子的2個sp3雜化軌道與2個氫原子的1s原子軌道重疊形成2個O-Hσ鍵，其中有2個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
環節三：結合實例，發現規律
常見雜化類型：sp3、sp2、sp
sp2：1個ns軌道和2個np軌道雜化
特征：3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，呈平面三角形
環節三：結合實例，發現規律
常見雜化類型：sp3、sp2、sp
sp：1個ns軌道和1個np軌道雜化
特征：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，呈直線形
戰
B原子的3個sp2雜化軌道分別與3個F原子的2p軌道形成3個p-sp2σ鍵.
BF3的空間結構為平面三角形，類似的還有SO3、NO3-等
2. sp2 雜化
分子 中心原子上的孤對電子數 價層電子對數 中心原子的雜化軌道類型 分子的空間結構
BF3
3
sp2雜化
平面三角形
環節三：結合實例，發現規律
① BF3中的B原子雜化
② CH2=CH2中的C原子sp2雜化
戰
C原子的2個sp2雜化軌道分別與2個H原子的1s 軌道形成2個s-sp2σ鍵，另一個sp2雜化軌道與另一個C原子的sp2雜化軌道頭碰頭形成1個σ鍵。兩個C剩余未參與雜化的2p軌道肩并肩形成π鍵
注意：有機物中形成雙鍵的碳原子均為sp2雜化
環節三：結合實例，發現規律
①BeCl2中Be原子的雜化
3. sp 雜化
Be原子的2個sp雜化軌道分別與Cl原子的3p軌道形成σ鍵
Cl
Cl
sp
px
px
環節三：結合實例，發現規律
分子 中心原子上的孤對電子數 價層電子對數 中心原子的雜化軌道類型 分子的空間結構
BeCl2
0
2
sp
直線形
②CH≡CH分子中碳原子的sp雜化
3. sp 雜化
兩個碳原子的1個sp雜化軌道相互重疊形成sp-sp σ 鍵，另外1個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個s-sp σ 鍵，未參與雜化的2個2P軌道相互重疊形成2個π鍵。
注意：有機物中形成三鍵的碳原子均為sp雜化
環節三：結合實例，發現規律
價層電子對數 雜化軌道數目 雜化軌道類型 雜化軌道構型 VSEPR模型
2 2 sp 直線形 直線形
3 3 sp2 平面三角形 平面三角形
4 4 sp3 四面體形 四面體形
[規律] 雜化軌道數目、價層電子對數、雜化軌道類型、雜化軌道構型、VSEPR模型之間的關系。
中心原子的價層電子對數＝雜化軌道數
化學式 中心原子 孤電子對數 中心原子結合的原子數 VSEPR 模型 中心原子雜化類型
HCN
SO2
NH2－
BF3
H3O+
SiCl4
CHCl3
NH4+
SO42－
0
1
2
0
1
0
0
0
2
2
2
3
3
4
4
4
sp
sp2
sp3
0
4
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
四面體形
正四面體形
正四面體形
sp2
sp3
sp3
sp3
sp3
sp3
【解決問題】
環節三：結合實例，發現規律
雜化軌道理論與VSEPR模型聯用
價層電子對數
雜化軌道數目
VSEPR模型
雜化軌道理論
分子的空間結構
預測
解釋
四、判斷中心原子雜化軌道類型的方法
中心原子的雜化軌道數=價層電子數=σ鍵電子對數 + 孤電子對數
①當中心原子的價層電子對數為4時，其雜化類型為sp3雜化；
②當中心原子的價層電子對數為3時，其雜化類型為sp2雜化；
③當中心原子的價層電子對數為2時，其雜化類型為sp雜化。
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。
1. 根據雜化軌道數目判斷
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
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. 根據雜化軌道之間的夾角判斷
③若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發生sp雜化
sp3
sp3
sp3
sp3
sp2
sp2
sp
sp
sp2
sp2
4. 有機物中根據結構判斷
(1)CH3CH2CH3 (2)CH3CH=CH2 (3)HC≡C-CH=CH2
平衡應用
雜化軌道理論
聯用
VSEPR模型
1、雜化軌道理論的要點2、常見的雜化類型
3、雜化軌道數、雜化軌道類型、雜化軌道構型之間的聯系
預測并解釋分子的空間結構
1、雜化軌道數目與價層電子對數間的聯系

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