資源簡介

(共38張PPT)
第二章第二節 分子的空間結構
第三課時雜化軌道理論簡介
【討論】CH4分子為什么能形成正四面體結構？
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，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
為了解決這一矛盾，鮑林提出了雜化軌道理論，雜化軌道理論是一種價健理論模型。
雜化軌道理論
雜化類型
【思考】根據基態原子的價層電子軌道表示式，解釋為什么碳原子與氫原子結合形成CH4，而不是CH2 ？
價層電子軌道表示式（電子排布圖）
C
H
1s
解決方案：碳原子的一個2s電子受外界影響躍遷到2p的空軌道上，使碳原子價層有四個單電子，因此碳原子與氫原子結合生成CH4
1s
激發
1s
1s
1s
1s
雜化軌道理論
雜化類型
甲烷分子中C原子的1個2s軌道與3個2p軌道形成4個相同的sp3雜化軌道，夾角109°28′分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C-Hs-sp3σ鍵，呈正四面體形。
sp3雜化軌道
雜化軌道理論
雜化類型
四、雜化軌道理論簡介
價層電子
空軌道
激發
雜化軌道
軌道重新組合
成對電子中的一個
與激發電子臨近
吸收能量
軌道總數目不變，角度和形狀發生變化，成鍵時釋放能量較多，軌道重疊程度更大，生成的分子更穩定
對雜化過程的理解
雜化軌道理論
雜化類型
1、概念：
原子軌道雜化
雜化軌道
在外界條件影響下，中心原子能量相近的原子軌道發生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。
原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化軌道。
2、雜化的條件：
(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
（同一能級組或相近能級）
雜化軌道理論
雜化類型
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
①sp3雜化
雜化軌道理論
雜化類型
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。
雜化軌道理論
雜化類型
【思考】如何用雜化軌道理論解釋NH3和H2O的空間結構呢？
注：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。
VSEPR模型四面體形
中心原子采用sp3雜化。如SO42-、NH4+等）
結論：
2s
2p
sp3不等性雜化
sp3
N
NH3
H2O
sp3不等性雜化
sp3
2p
2s
O
雜化軌道理論
雜化類型
②sp2雜化
x
y
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
120°
雜化軌道理論
雜化類型
②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。
sp2雜化軌道特征：
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。
④ 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。
雜化軌道理論
雜化類型
【討論】如何用雜化軌道理論解釋CH2=CH2和BF3的空間結構呢？
↑
↑
↑
↓
2s
2p
↑
↑
↑
↑
sp2
sp2雜化
CH2=CH2分子中碳原子的3個sp2雜化軌道有一個相互重疊形成sp2-sp2σ鍵，另外2個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個s-sp2σ鍵，未參與雜化的2P軌道相互重疊形成π鍵。
CH2=CH2
C
雜化軌道理論
雜化類型
【討論】如何用雜化軌道理論解釋CH2=CH2和BF3的空間結構呢？
↑
↑
↓
2s
2p
↑
↑
↑
sp2
sp2雜化
120°
BF3分子中硼原子的3個sp2雜化軌道與氟原子p軌道重疊形成三個p-sp2σ鍵
VSEPR模型平面三角形
中心原子采用sp2雜化（CO32-、SO2等）
結論：
BF3
B
雜化軌道理論
雜化類型
③sp雜化
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
雜化軌道理論
雜化類型
②每個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。
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。
sp雜化軌道特征：
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。
雜化軌道理論
雜化類型
【思考】如何用雜化軌道理論解釋CH≡CH和BeCl2的空間結構呢？
CH≡CH分子中碳原子的2個sp雜化軌道有一個相互重疊形成sp-spσ鍵，另外1個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個s-spσ鍵，未參與雜化的2個2P軌道相互重疊形成2個π鍵。
CH≡CH
↑
↑
↑
↓
2s
2p
sp雜化
↑
↑
sp
↑
↑
C
雜化軌道理論
雜化類型
【思考】如何用雜化軌道理論解釋CH≡CH和BeCl2的空間結構呢？
BeCl2分子中鈹原子的2個sp雜化軌道與氟原子p軌道重疊形成三個sp-pσ鍵
VSEPR模型直線形
中心原子采用sp雜化（CO2等）
結論：
BeCl2
↑
↓
2s
2p
sp2雜化
↑
↑
sp
Be
雜化軌道理論
雜化類型
雜化軌道理論規律：
雜化軌道數等于參與雜化的原子軌道數，雜化前后軌道數不變
雜化過程中軌道的形狀、方向發生變化，雜化后的新軌道能量、形狀都相同
③ 雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。
④ 雜化前后原子軌道在空間取最大夾角分布，能使相互間排斥力最小。故形成的鍵較穩定，成鍵能力增強。不同類型的雜化軌道之間夾角不同，成鍵后所形成的分子就具有不同的空間構型。
雜化軌道理論
雜化類型
【隨堂練習】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。(　　)　
×
×
√
√
√
√
雜化軌道理論
雜化類型
【思考】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
第三步 確定VSEPR模型：
第四步 確定雜化軌道類型：
sp2
sp3
第三步 確定雜軌道數：
3
4
雜化軌道理論
雜化類型
5、VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型
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
分子空間結構
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
SO3
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
直線形
V形
平面三角形
三角錐形
正四面體
V形
雜化軌道理論
雜化類型
雜化軌道類型的判斷
①對于主族元素來說，
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
當中心原子的價層電子對數為4時，其雜化類型為 雜化，
當中心原子的價層電子對數為3時，其雜化類型為 雜化，
當中心原子的價層電子對數為2時，其雜化類型為 雜化。
sp3
sp2
sp
6、雜化軌道類型的判斷：
雜化軌道理論
雜化類型
化學式 H3O+ NH2- CO2 CHCl3 COCl2 PCl3
σ鍵電子對
孤電子對
雜化類型
【隨堂練習】推測下列微粒中心原子的雜化類型：
3
1
2
2
2
0
4
0
3
0
3
1
sp3
sp3
sp
sp3
sp2
sp3
雜化軌道理論
雜化類型
（2）方法二：根據分子的空間結構判斷
分子的空間結構 正四面體形 三角錐形 V形 平面三角形 V形 直線形
雜化類型
sp
sp2
sp3
【練習】已知P4、P4O6、S8和H2O2分子的空間結構如下，請判斷P、S、O原子的雜化類型。
②含碳化合物中碳原子的雜化類型判斷
如果碳原子形成1個三鍵或兩個雙鍵，則其中有2個π鍵，用去2個p軌道，形成的是sp雜化，如CO2、HC≡CH等；
如果碳原子形成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，如HCHO、CH2=CH2等；
如果全部是單鍵（即碳原子飽和），則形成sp3雜化，如CH4、CH3OH等。
雜化軌道理論
雜化類型
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。
雜化軌道理論
雜化類型
【隨堂練習】推測下列有機物中碳的雜化類型：
(1)CH3CH2CH3 (2)CH3CH=CH2 (3)CH≡CCH=CH2
sp3
sp3
sp3
sp3
sp2
sp2
sp
sp
sp2
sp2
雜化軌道理論
雜化類型
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
7、其他典型的雜化類型
雜化軌道理論
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
雜化軌道理論
雜化類型
物質 價電 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
氣態BeCl2
CO2
BF3
CH4
NH4+
H2O
NH3
PCl3
2
2
3
4
4
4
4
4
sp
sp
sp2
sp3
直線形
直線形
平面三角形
正四面體
180°
180°
120°
109.5°
直線形
直線形
平面三角形
正四面體
V形
三角錐形
180°
180°
120°
109.5°
109.5°
104.5°
107.3°
107.3°
常見共價粒子的雜化方式
6(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)【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
(3)【2021年全國乙卷】PH3中P采取的雜化類型為 。
sp3
(4)【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
典例4：(1)(2022全國甲) CF2=CF2和ETFE分子中C的雜化軌道類型分別為____和____；聚四氟乙烯的化學穩定性高于聚乙烯，從化學鍵的角度解釋原因____________________________________________________________。
C-F鍵的鍵能大于聚乙烯中C-H的鍵能，鍵能越大，化學性質越穩定
(2)(2022全國乙)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一個_______雜化軌道與Cl的3px軌道形成C-Cl_______鍵，并且Cl的3px軌道與C的2px軌道形成3中心4電子的大π鍵。（∏34）
σ
sp2 sp3
sp2
(3)(2020 新課標Ⅰ)磷酸根離子的空間構型為 ____　 　，其中P的價層電子對數為 　 　、雜化軌道類型為 　 　。
正四面體形
4
sp3
考點二　雜化軌道類型和分子的空間構型
(5)（2021 山東）O、F、Cl電負性由大到小的順序為 　 _________??；OF2分子的空間構型為 　 ______；
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
F＞O＞Cl
角(V)形
(4)(2022 山東)吡啶（ ）替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的大π鍵，則吡啶中N原子的價層孤電子對占據_____ 　 　（填標號）。A.2s軌道 B.2p軌道 C.sp雜化軌道 D.sp2雜化軌道
D
3.回答下列問題：
（1）[2019·全國卷Ⅰ]乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機化合物，分子中氮、碳的雜化類型分別是_____、_____。
（2）[2018·全國卷Ⅰ]LiAlH4是有機合成中常用的還原劑，LiAlH4中的陰離子空間結構是____________，中心原子的雜化形式為_____。
（3）[2021·山東卷] 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
(1)sp3 sp3
(2) 正四面體形 sp3
(3) 5 D
原子軌道雜化
雜化軌道
在外界條件影響下，中心原子能量相近的原子軌道發生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。
原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化軌道。
①雜化軌道數等于參與雜化的原子軌道數
②雜化改變了原子軌道的形狀和方向
③雜化使原子的成鍵能力增強
④雜化軌道用于構建分子的σ軌道和孤電子對軌道
雜化軌道理論要點
雜化軌道類型
sp3雜化、sp2雜化、sp雜化……
雜化軌道理論
雜化類型
2. 硼砂是含結晶水的四硼酸鈉。以硼砂為原料，可以得到BF3、BN和硼酸等重要化合物，請根據下列信息回答有關問題： 　　　　　
(1)硼砂中陰離子Xm－(含B、O、H三種元素)的球棍模型如圖1所示，則在Xm－中4號硼原子的雜化類型為_____；m＝____(填數字)。
(2)BN中B的化合價為_____，請解釋原因： 。
(3)BF3和過量NaF作用可生成NaBF4，BF4－的空間結構為___________；
(4)硼酸(如圖2)中硼原子雜化類型為________。
圖1　
圖2　
sp3
2
+3
電負性：N＞B
正四面體
sp2
對點訓練
2．下列分子中的中心原子采取sp2雜化的是(　　)
①C2H2?、贑2H4　③C3H8?、蹸O2 ⑤BeCl2?、轘O3　⑦BF3
A．①⑥⑦　　 B．③⑤⑦ C． ②⑥⑦ D．③⑤⑥
1．下列分子中，中心原子的雜化軌道類型相同的是( 　)
A．CO2與SO2 B．CH4與NH3
C．BeCl2與BF3 D．C2H4與C2H2
C
B

展開更多......

收起↑