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第二節 分子的空間結構
第2課時 雜化軌道理論簡介
鮑林1954年因在化學鍵方面的工作取得諾貝爾化學獎，1962年因反對核彈在地面測試的行動獲得諾貝爾和平獎，成為獲得不同諾貝爾獎項的兩人之一。鮑林被認為是20世紀對化學科學影響最大的人之一，他所撰寫的《化學鍵的本質》被認為是化學史上最重要的著作之一。他所提出的許多概念：電負度、共振理論、價鍵理論、雜化軌道理論、蛋白質二級結構等概念和理論，如今已成為化學領域最基礎和最廣泛使用的觀念。
1.了解雜化軌道理論的基本內容。
2.在理解雜化軌道理論的基礎上，對分子的空間構型進行解釋和預測。
1.通過雜化軌道理論的學習,能從微觀角度理解中心原子的雜化類型對分子空間結構的影響。(宏觀辨識與微觀探析)
2.通過雜化軌道理論的學習,掌握中心原子雜化軌道類型判斷的方法,建立分子空間結構分析的思維模型。(證據推理與模型認知)
寫出碳原子的核外電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結合形成CH4，而不是CH2 ？
C原子 電子排布圖
（軌道表示式）
1s2
2s2
2p2
H 電子排布圖
1s1
【思考與討論】
C：2s22p2
　 由1個s軌道和3個p軌道混雜并重新組合成4個能量與形狀完全相同的軌道。我們把這種軌道稱之為 sp3雜化軌道。
CH4中的C原子雜化軌道
原子軌道的雜化：原子形成分子的過程中，中心原子若干能量相近的原子軌道重新組合，形成一組新軌道的過程叫做原子軌道的雜化。
雜化軌道：雜化后形成的一組新的軌道，稱為雜化軌道。
1、概念
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
四、雜化軌道
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. 常見雜化類型及形成過程：
sp sp2 sp3
sp雜化軌道的形成過程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
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
兩個軌道間的夾角為180°，呈直線型
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。
180°
Cl
Cl
Be
例如： sp 雜化 —— BeCl2分子的形成
Be原子：1s22s2 沒有單個電子，
sp
sp雜化
Cl
Cl
sp
px
px
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。
120°
F
F
F
B
例如： Sp2 雜化 —— BF3分子的形成
B：1s22s22p1沒有3個成單電子
sp2
sp2雜化
【學以致用】分析C2H4的雜化方式
C
2s2
基態原子：
H
1s1
激發態原子：
C
2p3
2s1
雜化后：
H
H
H
H
2p2
sp3雜化軌道的形成過程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
sp3雜化：1個s 軌道與3個p 軌道進行的雜化,形成4個sp3 雜化軌道。
每個sp3雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，
含有 1/4 s 軌道和 3/4 p 軌道的成分
每兩個軌道間的夾角為109.5°，空間構型為正四面體形
例如： Sp3 雜化 —— CH4分子的形成
sp3
C：2s22p2
雜化軌道類型及分子的空間結構
雜化類型 sp sp2 sp3
參與雜化的原 子軌道及數目 1個s軌道和 1個p軌道 1個s軌道和 2個p軌道 1個s軌道和
3個p軌道
雜化軌道的數目 2 3 4
雜化軌道間的夾角 180° 120° 109°28'
空間結構名稱 直線形 平面三角形 正四面體形
實例 CO2、C2H2 BF3、CH2O CH4、CCl4
提示:雜化軌道與參與雜化的原子軌道數目相同,但能量不同。s軌道與p軌道的能量不同,雜化后,形成的一組雜化軌道的能量相同。
【思考與討論】
提示:不能。只有能量相近的原子軌道才能形成雜化軌道。2s軌道與3p軌道不在同一能層,能量相差較大。
(1)觀察上述雜化過程,分析原子軌道雜化后,數量和能量有什么變化
(2)2s軌道與3p軌道能否形成sp2雜化軌道
提示:N原子的價電子排布式為2s22p3,在形成NH3分子的過程中,N原子的1個2s軌道和3個2p軌道經雜化后形成4個sp3雜化軌道,其中3個雜化軌道中各有1個未成對電子,分別與H原子的1s軌道形成共價鍵,另1個雜化軌道中是成對電子,未與H原子形成共價鍵,4個sp3雜化軌道在空間構成正四面體形;NH3分子中,由于N原子上的孤電子對的排斥作用,使3個N—H鍵的鍵角變小,成為三角錐形的空間結構。
O原子的價電子排布式為2s22p4,在形成H2O分子的過程中,O原子的1個2s軌道和3個2p軌道經雜化后形成4個sp3雜化軌道,其中2個雜化軌道中各有1個未成對電子,分別與H原子的1s軌道形成共價鍵,另2個雜化軌道中是成對電子,未與H原子形成共價鍵;4個sp3雜化軌道在空間構成正四面體形,但由于2對孤電子對的排斥作用,使2個O—H鍵的鍵角變得更小,使H2O分子成為V形的空間結構。
(3)用雜化軌道理論解釋NH3、H2O的空間結構。
提示:CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3雜化,中心原子上的孤電子對數依次為0、1、2。由于孤電子對對共用電子對的排斥作用使鍵角變小,孤電子對數越多排斥作用越大,鍵角越小。比較鍵角時,先看中心原子雜化類型,雜化類型不同時:鍵角一般按sp、sp2、sp3順序依次減小;雜化類型相同時,中心原子孤電子對數越多,鍵角越小。
(4)CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都是sp3,鍵角為什么依次減小 從雜化軌道理論的角度比較鍵角大小時有什么方法
5.雜化類型判斷：
A的價電子對數 2 3 4
A的雜化軌道數
雜化類型
A的價電子空間結構（VSEPR模型）
A的雜化軌道空間結構
ABm型分子或離子空間結構
對于ABm型分子或離子，其中心原子A的雜化軌道數恰好與A的價電子對數相等。
2
3
4
sp
sp2
sp3
直線形
平面三角形
正四面體
直線形
平面三角形
正四面體
直線形
平面三角形或V形
正四面體或三角錐形或V形
分子的空間結構
形形色色的分子
價層電子對互斥理論
雜化軌道理論
直線形、V形
三角錐形、平面三角形
四面體形
理論概述
中心原子價層電子對數的計算
根據VSEPR模型判斷分子的空間結構
中心原子價層電子對數的計算
根據VSEPR模型判斷分子的空間結構
模型觀
微粒觀
1.在BrCH=CHBr分子中,C—Br鍵采用的成鍵軌道是( 　)
A.sp-p B.sp2-s
C.sp2-p D.sp3-p
C
2.在乙烯(CH2＝CH2)分子中有5個σ鍵、一個π鍵，它們分別是（ ）
A．sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵
B．sp2雜化軌道形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵
C．C—H之間是sp2形成的σ鍵，C—C之間是未參加雜化的2p軌道形成 的π鍵
D．C—C之間是sp2形成的σ鍵，C—H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵
A
3．(雙選)下列說法中正確的是(　 　)
A．NCl3分子中各原子的最外層均滿足8電子穩定結構
B．P4和CH4都是正四面體形分子且鍵角都為109°28′
C．NH4+的電子式為 ，離子呈平面正方形結構
D．NCl3分子中有一個未成鍵的孤電子對，它對σ鍵電子對的排斥作用較強
AD
4.指出下列原子的雜化軌道類型、分子的結構式及空間結構。
(1)CS2分子中的C為　　　雜化,分子的結構式為　 　　,空間結構為　 　　;
(2)CH2O中的C為　　　雜化,分子的結構式為　　　 ,空間結構為　 　　;
(3)CCl4分子中的C為　　　雜化,分子的結構式為　　 　,空間結構為　 　　 ;

(4)H2S分子中的S為　　　雜化,分子的結構式為　　　 ,空間結構為　　 　。
sp
S=C=S
直線形
sp2
平面三角形
sp3
正四面體形
sp3
V形

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