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第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)
第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第3課時 雜化軌道理論簡介
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1、結(jié)合實(shí)例了解雜化軌道理論的要點(diǎn)和類型（sp3、sp2、sp）。
2、能運(yùn)用雜化軌道理認(rèn)解釋簡單共價(jià)分子和離子的空間結(jié)構(gòu)。
2.寫出基態(tài)C、H的價(jià)層電子排布圖
C
1s
H
1.CH4空間結(jié)構(gòu)為
鍵長相同，鍵角相同均為109°28′
2.CH4分子為什么能形成正四面體結(jié)構(gòu)？
思考:
1.為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2 ？
知識回顧:
正四面體形
問題與討論1：根據(jù)基態(tài)原子的價(jià)層電子軌道表示式，解釋為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2 ？
價(jià)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(jià)層有四個單電子，因此碳原子與氫原子結(jié)合生成CH4
1s
激發(fā)
1s
1s
1s
1s
問題與討論2：CH4分子為什么能形成正四面體結(jié)構(gòu)？
按照我們已經(jīng)學(xué)過的價(jià)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(jià)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(gòu)型的甲烷分子
C
C
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
形成CH4時，基態(tài)C原子有1個電子從2s軌道激發(fā)到2p的1個空軌道上去，形成激發(fā)態(tài)，這樣就有4個未成對電子，同時1個2s軌道和3個2p軌道進(jìn)行雜化，形成4個能量相同，方向不同的軌道，各指向正四面體的四個頂角，夾角為109°28 ′，稱為sp3雜化軌道，當(dāng)碳原子與四個氫原子結(jié)合時，四個sp3雜化軌道分別與4個H原子的1s軌道重疊，形成4個C-Hσ鍵。因此CH4分子呈正四面體形的空間結(jié)構(gòu)
激發(fā)
雜化
2s
2p
基態(tài)C
2s
2p
激發(fā)態(tài)
sp3 雜化
C價(jià)層電子排布
為了解釋分子的空間結(jié)構(gòu)，1931年鮑林提出了雜化軌道理論。
1．原子軌道的雜化
(1)雜化：在形成分子（化學(xué)鍵）時，由于原子的相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組能量相同、方向不同的新軌道的過程。
(2)雜化軌道：原子軌道組合雜化后形成的一組新的原子軌道叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。
美國化學(xué)家鮑林
四、雜化軌道理論簡介
2.雜化的條件：
(1)只有在形成化學(xué)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組的軌道,如2s、2p）
（1）雜化軌道數(shù)等于參與雜化的原子軌道數(shù)，雜化前后軌道數(shù)不變。
（2）雜化過程中軌道的形狀、方向發(fā)生變化，雜化后的新軌道能量、形狀都相同，方向不同。
（3）雜化后的軌道之間盡可能遠(yuǎn)離,使相互間排斥力最小。
3.雜化軌道的特點(diǎn)
（4）雜化軌道只用于形成σ鍵和容納孤電子對
雜化軌道數(shù)目=孤電子對數(shù)+σ鍵數(shù)=價(jià)層電子對數(shù)
s
（1）sp3雜化
109°28′
sp3雜化
4.雜化軌道的類型
sp3雜化軌道特征：
①1個ns 軌道與3個np 軌道進(jìn)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(gòu)型為正四面體形。
H原子
↑
s
1s1
3個N-H相互垂直
鍵角為90°
↑
s
3個N-H，鍵角為107°
N原子
↑↓
s
p
p
p
↑
↑
↑
2s22p3
基態(tài)
sp3
↑↓
↑
↑
↑
雜化軌道
例1、怎么用雜化軌道理論解釋NH3的空間結(jié)構(gòu)呢？
孤電子對
sp3雜化
形成σ鍵
H原子
↑
s
1s1
2個O-H相互垂直
鍵角為90°
sp3雜化
↑
s
2個O-H，鍵角為105°
O原子
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑
↑
2s22p4
基態(tài)
sp3
↑↓
↑↓
↑
↑
雜化軌道
例2、怎么用雜化軌道理論解釋H2O的空間結(jié)構(gòu)呢？
孤電子對
形成σ鍵
s
sp2雜化
120°
120°
120°
（2）sp2雜化
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(jìn)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。
例3、請同學(xué)們分析BF3的中心原子雜化方式。
1個B-F
3個B-F，鍵角為120°
B原子
↑↓
s
p
p
p
↑
2s22p1
基態(tài)
形成σ鍵
sp2雜化
sp2
↑
↑
↑
雜化軌道
p
F原子
2s22p5
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓
↑
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓
↑
未雜化軌道
180℃
s
sp雜化
（3）sp雜化
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(jìn)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。
例4、請同學(xué)們分析BeCl2的中心原子雜化方式。
不能形成Be-Cl
2個Be-Cl，鍵角為180°
Be原子
↑↓
s
p
p
p
2s2
基態(tài)
sp
↑
↑
雜化軌道
形成σ鍵
sp雜化
Cl原子
3s23p5
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓
↑
↑↓
s
p
p
p
↑↓
↑↓
↑
p
p
未雜化軌道
課堂練習(xí)1：多原子分子或離子的中心原子的雜化軌道類型的判斷方法，并完成下表中的空白。
粒子 中心原子的價(jià)層電子對數(shù) VSEPR模型名稱 中心原子的雜化軌道類型 分子或離子的空間結(jié)構(gòu)名稱
CO2
CH2O
SO2
BF3
CH4
NH3
H2O
H3O+
NH4+
2
直線形
直線形
sp
3
平面三角形
平面三角形
3
sp2
平面三角形
sp2
V形
3
平面三角形
sp2
平面三角形
4
正四面體形
sp3
正四面體形
4
四面體形
sp3
三角錐形
4
4
4
四面體形
四面體形
正四面體形
sp3
sp3
sp3
V形
三角錐形
正四面體形
戰(zhàn)
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(jī)物中形成雙鍵的碳原子均為sp2雜化
【思考與討論】如何用雜化軌道理論解釋CH2=CH2的空間結(jié)構(gòu)呢？
CH2=CH2中的C原子sp2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。
CH≡CH分子中碳原子為sp雜化
注意：有機(jī)物中形成三鍵的碳原子均為sp雜化
【思考與討論】如何用雜化軌道理論解釋CH≡CH的空間結(jié)構(gòu)呢？
雜化軌道類型 sp sp2 sp3
方法1 VSEPR模型
方法2 雜化軌道數(shù)目
方法3 鍵角
5.雜化軌道類型的判斷方法
（1）根據(jù)分子或離子的VSEPR模型確定。
直線形
平面三角形
四面體形
（2）根據(jù)雜化軌道數(shù)目確定。
2
3
4
（3）根據(jù)鍵角確定。
109°28′
120°
180°
（4）以C原子為中心原子的分子中碳原子的雜化類型
a.有四個單鍵，為sp3雜化，如CH4、CCl4；
b.有一個雙鍵，為sp2雜化，如CH2==CH2、HCHO；
c.有兩個雙鍵或一個三鍵，為sp雜化，如CH≡CH、O==C==O、S==C==S。
方法技巧
課堂練習(xí)2：推測下列有機(jī)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
大π鍵
C6H6：平面正六邊形
苯分子中碳原子sp2雜化
3條雜化軌道互成120°角
π
6
6個p軌道
6個電子
6
【思考與討論】如何用雜化軌道理論解釋苯的空間結(jié)構(gòu)呢？
價(jià)電子對數(shù) 中心原子的雜化軌道類型 VSEPR模型名稱 孤電子對數(shù) 分子的空間構(gòu)型 實(shí)例
2 sp 直線形 0 直線形 BeCl2、CO2
3 sp2 平面三角形 0 V形 SO2
3 1 平面三角形 SO3
4 sp3 正四面體形 0 V形 H2O
4 1 三角錐形 NH3
4 2 正四面體形 CH4、CCl4
課堂小結(jié)
課堂練習(xí)3：以下有關(guān)雜化軌道的說法中正確的是(　　)
A．sp3 雜化軌道中軌道數(shù)為 4，且 4 個雜化軌道能量相同
B．雜化軌道既能形成σ鍵，也能形成π鍵
C．雜化軌道不能容納孤電子對
D．sp2雜化軌道最多可形成 2 個σ鍵
A
課堂練習(xí)4：下列分子中的中心原子采取sp2雜化的是(　　)
①C2H2　②C2H4　③C3H8　④CO2 ⑤BeCl2　⑥SO3　⑦BF3
A．①⑥⑦　　 B．③⑤⑦ C． ② ⑥⑦ D．③⑤⑥
C
課堂練習(xí)5：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
B
課堂練習(xí)6：甲醛分子的結(jié)構(gòu)式為 ，下列描述正確的是(　　)
A．甲醛分子中有4個σ鍵
B．甲醛分子中的C原子為sp3雜化
C．甲醛分子中的O原子為sp雜化
D．甲醛分子為平面三角形，有一個π鍵垂直于三角形平面
D
課堂練習(xí)7：
(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(jià)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
5
D
(2)【2021年全國甲卷】SiCl4是生產(chǎn)高純硅的前驅(qū)體，其中Si采取的雜化類型為 。
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

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