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第一節 分子的空間結構
課時1 雜化軌道理論與分子的空間結構
第四章 分子空間結構與物質性質
授課人：
學習目標
1．了解雜化軌道理論的基本內容。
2．能運用相關的理論來解釋或預測簡單分子的空間結構，理解分子的空間結構與原子軌道重疊的方向性有關，
3．了解碳原子的雜化軌道。
4．能運用雜化軌道理論來解釋或預測簡單分子的空間結構。培養證據推理與模型認知核心素養。
常見分子的空間結構
為什么甲烷分子的空間結構是正四面體形？
C 電子排布圖
（軌道表示式）
1s2
2s2
2p2
H 電子排布圖
1s1
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。
為了解釋CH4等分子的空間結構，美國化學家鮑林于1931年提出了雜化軌道理論。
美國化學家鮑林
在形成多原子分子的過程中，中心原子的若干能量相近的原子軌道重新組合，形成一組能量相等、成分相同的新軌道，這種軌道重新組合的過程叫做雜化，所形成的新軌道就稱為雜化軌道。
一、雜化軌道理論
一、雜化軌道理論
2p
2s
2s
2p
sp3
4個 sp3 雜化軌道
躍遷
sp3雜化
基態
激發態
一、雜化軌道理論
在形成CH4分子的過程中，碳原子2s軌道上的1個電子進入2p空軌道。這樣，1個2s軌道和3個2p軌道“混合”起來，形成能量相等、成分相同的4個sp3雜化軌道。
一、雜化軌道理論
碳原子的4個sp3雜化軌道指向正四面體的4個頂點，每個軌道上都有一個未成對電子。
一、雜化軌道理論
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個相同的C-H σ鍵，呈正四面體形。
甲烷分子中C—H鍵之間的夾角——鍵角
都是109°28＇。
一、雜化軌道理論
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；
雜化軌道是不同于原來的軌道的一組新的軌道，新的軌道能量相等、
成分相同，且有一定的空間取向。成鍵時更有利于軌道間的重疊。
（3）雜化后的軌道之間盡可能遠離，在空間取最大夾角分布，能使相
互間排斥力最小。
(4)雜化軌道與其他原子軌道形成σ鍵。
一、雜化軌道理論
雜化前后的不變與變
不變：原子軌道的數目
變
軌道的成分
軌道的能量
軌道的形狀
軌道的方向
更有利于成鍵：
軌道成鍵時更有利于軌道間的重疊
滿足最小排斥，最大夾角分布
雜化后形成的化學鍵更穩定
雜化軌道只用于形成σ鍵和容納孤電子對
一、雜化軌道理論
金剛石中的碳原子、晶體硅和石英（SiO2）晶體中的硅原子也是采用sp3雜化軌道形成共價鍵的。
正四面體結構的分子或離子的中心原子，一般采用sp3雜化軌道形成共價鍵，如CCl4、NH4+等。
一、雜化軌道理論
2s2p軌道
2s
2p
2s
2p
sp2
3個sp2雜化軌道
躍遷
sp2雜化
BF3分子的結構示意圖
在形成BF3分子的過程中，碳原子2s軌道上的1個電子進入2p空軌道。這樣，1個2s軌道和2個2p軌道“混合”起來，形成能量相等、成分相同的3個sp2雜化軌道。
一、雜化軌道理論
sp2雜化軌道的形成過程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
每個sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有 1/3 s 軌道和 2/3 p 軌道的成分每兩個軌道間的夾角為120°，呈平面三角形。
sp2雜化：1個s 軌道與2個p 軌道進行的雜化, 形成3個sp2 雜化軌道。
一、雜化軌道理論
BF3是平面正三角形分子，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°。
與F成鍵
一、雜化軌道理論
BeCl2分子的結構示意圖
2s
2p
2s
2p
sp
2個 sp 雜化軌道
躍遷
sp雜化
在形成BeCl2分子的過程中，碳原子2s軌道上的1個電子進入2p空軌道。這樣，1個2s軌道和1個2p軌道“混合”起來，形成能量相等、成分相同的2個sp雜化軌道。
一、雜化軌道理論
sp雜化軌道的形成過程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
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。
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。
一、雜化軌道理論
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。
典例解析
例1 下列關于雜化軌道的說法正確的是(　　)A．凡是中心原子采用sp3雜化軌道成鍵的分子，其空間結構都是正四面體形B．CH4中的sp3雜化軌道是由4個氫原子的1s軌道和碳原子的2p軌道混合起來形成的C．sp3雜化軌道是由同一個原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來形成的一組能量相同的新軌道D．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
C
二、幾種碳原子的雜化軌道
已知:乙烯是平面分子，鍵角為120o，分子中含有碳碳雙鍵。
如何來確定中心原子C的雜化類型呢？
二、幾種碳原子的雜化軌道
2s
2p
2s
2p
sp2
3個 sp2 雜化軌道
躍遷
sp2雜化
乙烯 中心原子C的sp2雜化
二、幾種碳原子的雜化軌道
乙烯 中心原子C的sp2雜化過程
C原子以sp2雜化，形成3個sp2雜化軌道，分別與C原子和H原子鍵合。2個碳原子上未雜化的2p軌道形成1個 π鍵。乙烯分子中含有4個C—H σ鍵(sp2 s)、1個C—C σ鍵(sp2 sp2)、1個π鍵(p p)。
二、幾種碳原子的雜化軌道
乙烯分子的空間結構為平面結構。
二、幾種碳原子的雜化軌道
乙炔是直線形分子，鍵角為180°，分子中含有碳碳三鍵。
乙炔分子的碳原子采用什么雜化？它的雜化軌道用于形成什么化學鍵？怎么理解它存在碳碳三鍵？
二、幾種碳原子的雜化軌道
2s
2p
2s
2p
sp
2個 sp 雜化軌道
躍遷
sp雜化
乙炔 中心原子C的sp雜化
二、幾種碳原子的雜化軌道
乙炔 中心原子C的sp雜化過程
二、幾種碳原子的雜化軌道
C原子以sp雜化，形成2個sp雜化軌道，分別與C原子和H原子鍵合。2個碳原子上未雜化的2p軌道形成2個 π鍵。乙炔分子中含有2個C—H σ鍵(sp2 s)、1個C—C σ鍵(sp2 sp2)、2個π鍵(p p)。
乙炔分子的空間結構為直線形。
總結
1．分子的空間結構與雜化軌道類型的關系
(1)雜化軌道全部用于形成σ鍵時
雜化軌道類型 sp sp2 sp3
參與雜化的 原子軌道 一個ns和 一個np軌道 一個ns和 兩個np軌道 一個ns和
三個np軌道
軌道夾角 180° 120° 109°28′
雜化軌道 示意圖
實例 BeCl2 BF3 CH4
分子結構 示意圖
分子的空間 結構名稱 直線形 平面正三角形 正四面體形
總結
總結
(2)雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，由于孤電子對占據部分雜化軌道，會使分子的空間結構與雜化軌道的空間結構不同，
水分子中氧原子的sp3雜化軌道中有2個被孤電子對占據，其分子結構不呈正四面體形，而呈V形；
氨分子中氮原子的sp3雜化軌道中有1個被孤電子對占據，其分子結構不呈正四面體形，而呈三角錐形。
總結
(1)根據雜化軌道的空間分布判斷
“三方法”判斷分子的中心原子的雜化類型
若呈直線形，則分子的中心原子發生sp雜化。
若為正四面體形，則分子的中心原子發生sp3雜化；
若呈平面三角形，則分子的中心原子發生sp2雜化；
總結
(2)根據雜化軌道之間的夾角判斷
若為180°，則分子的中心原子發生sp雜化。
若夾角為109°28′，則分子的中心原子發生sp3雜化；
若夾角為120°，則分子的中心原子發生sp2雜化；
典例解析
時所采取的雜化方式分別為(　　)
A．sp2雜化；sp2雜化
B．sp3雜化；sp3雜化
C．sp2雜化；sp3雜化
D．sp雜化；sp3雜化
C
課堂小結
雜化軌道理論
幾種碳原子的雜化軌道
不良反應
雜化軌道理論
用sp3雜化解釋CH4分子空間結構
用sp2雜化解釋BF3分子空間結構
用sp雜化解釋BeCl2分子空間結構
乙烯
乙炔
隨堂練習
1．下列有關雜化軌道的說法不正確的是(　　)
A．原子中能量相近的某些軌道，在成鍵時，能重新組合成能量相等的新軌道
B．軌道數目雜化前后可以相等，也可以不等
C．雜化軌道成鍵時，要滿足原子軌道最大重疊原理、能量最低原理
D．CH4分子中任意兩個C—H鍵的夾角均為109°28′
B
隨堂練習
2．氨氣分子空間結構是三角錐形，而銨根離子是正四面體形，這是因為(　　)
C
謝謝觀看
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