第二节 分子的立体结构(第2课时)

2
3
H2O
NH3
杂化轨道理论简介
分析思考：
１、写出C原子电子排布的轨道表示式，并由此推 测：CH４分子的C原子有没有可能形成四个共价 键？怎样才能形成四个共价键？ ２、如果C原子就以１个２Ｓ轨道和３个２Ｐ轨道 上的单电子，分别与四个Ｈ原子的１Ｓ轨道上的 单电子重叠成键，所形成的四个共价键能否完全 相同？这与CH４分子的实际情况是否吻合？
S、P型的三种杂化
杂 化 类 型 参与杂化的 原子轨道 sp 1个 s + 1 个p sp2 sp3 1个s + 2个 1个s + 3个 p p 3个sp2杂化 4个sp3杂化 轨道 轨道 1200 正三角形 1090 28’ 正四面体
杂 化 轨 道 2个sp杂化 数 轨道 杂化轨道间 夹角 1800
1、写出HCN分子和CH2O分子的路易斯结构式。 2．用VSEPR模型对HCN分子和CH2O分子的立 体结构进行预测。 3．写出HCN分子和CH2O分子的中心原子的杂 直线形 平面三角形 化类型。
sp杂化O分子中的π键。 sp2杂化 4．分析HCN分子和CH2
2个π键
1个π键
例1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( B ) A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4 例2：对SO2与CO2说法正确的是( D ) A．都是直线形结构 B．中心原子都采取sp杂化轨道 C． S原子和C原子上都没有孤对电子 D． SO2为V形结构， CO2为直线形结构 例3：写出下列分子的路易斯结构式并指出中心原子可能采 用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。 (1)PCl3 (2)BCl3 (3)CS2 (4) C12O
120°，分子的几何构型为平面正三角形。
BF3分子形成
2s 2p 激发
2s
2p
正三角形
B的基态
F
激发态
sp2 杂化态
B
F F
120°
理论分析：B原子的三个SP2杂化轨道分别与3个F 原子含有单电子的2p轨道重叠，形成3个sp2-p的σ 键。故BF3 分子的空间构型是平面三角形。
实验测定：BF3分子中有3个完全等同的B-F键， 键角为1200 ，分子的空间构型为平面三角形。
通过分析CH2=CH2分子的结构，你认 为分子中的C原子是否也需要“杂化”？ 它又应该进行怎样的“杂化”？
由1个s轨道和2个p轨道混杂并重新组合成3个 能量与形状完全相同的轨道。未参与杂化的P轨 道，可用于形成π键
sp2 杂 化 ： 三 个 夹 角 为 120° 的 平 面 三角形杂化轨道
。
碳的sp2杂化轨道
第二节 分子的立体结构
（第二课时）
复习回顾
一、形形色色的分子 二、价层电子对互斥模型(VSEPR模型)
中心原子 中心原子 分子 代表物 类型 结合的原子数 AB2 无孤对电子 AB3 AB4 有孤对电子 2 3 4 CO2 空间构型 直线形
CH2O 平面三角形 CH4
正四面体
V形 三角锥形
AB2
AB3
3 、 杂化理论与价层电子对互斥理论的关系
例 判断下列分子和离子的几何构型，并指出中心原子的轨
道杂化方式。( 总数，对数，电子对构型 ，分子构型，杂化方式 ) CS2 解： 总数 对数 电子对构型 直线形 分子构型 杂化方式 直线形 sp 正四面体 sp3 正四面体 4 2 SO42－ 8 4
路易斯结构式
★注意：杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子
杂化轨道数= 中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数 结合上述信息完成下表： 代表物 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 杂化轨道数 杂化轨道类型 分子结构 0+2=2 0+3=3 0+4=4 1+2=3 1+3=4 2+2=4 sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3 直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 V形
sp2杂化轨道的形成和特点：
由1个s轨道与2个p轨道组合成3个sp2 杂化轨道的过程称为sp2 杂化。每个sp2 杂 化轨道中含有1/3的s轨道成分和2/3的p轨 道成分。
为使轨道间的排斥能最小，3个sp2杂化 轨道呈正三角形分布，夹角为1200。当3个 sp2杂化轨道分别与其他3个相同原子的轨道 重叠成键后，就会形成平面三角形构型的分 子。
理论分析：C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个Cl 原子含有单电子的2p轨道重叠，形成4个sp3-p的σ 键。故CCl4 分子的空间构型是正四面体. 实验测定：CCl4分子中有四个完全等同的C-Cl键， 其分子的空间构型为正四面体。
sp2 杂化
同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行 杂化组合为 sp2 杂化轨道。sp2 杂化轨道间的夹角是
2s 2p 激发 2s 2p 正四面体形
C的基态
激发态
sp3 杂化态
H
109°28’
C
H
H
H
原子形成分子时，同一个原子 中能量相近的一个 ns 轨道与 三个 np 轨道进行混合组成四 个新的原子轨道称为 sp3 杂化 轨道。
方使 向轨 分道为 别间了 指的四 向排个 正斥杂 四最化 面小轨 体，道 的 4 在 四个空 个杂间 顶化尽 点轨可 。道能 的远 伸离 展，
四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个 sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、 能量和键角都完全相同的S-SP3σ键，形成一个正 四面体构型的分子。
实例分析： 试解释CCl4分子的空间构型。
CCl4 分子的中心原子是C，其价层电子组态为 2s22px12py1。在形成CCl4分子的过程中，C原子的 2s轨道上的1个电子被激发到2p空轨道，价层电子 组态为2s12px12py12pz1，1个2s轨道和3个2p轨道进 行sp3 杂化，形成夹角均为109028′的4个完全等同 的sp3杂化轨道。其形成过程可表示为
空 间 构 型 直 线
实
例
BeCl2 , C 2H 2
BF3 , C2H4 CH4 , CCl4
根据以下事实总结：如何判断一个化合物 的中心原子的杂化类型？
sp3
C－C
sp2
C＝C
sp
C≡C
2、一般方法
1、看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1个 叁键，则其中有2个π键，用去了2个p轨道，形成的 是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，形成的 是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。 2、没有填充电子的空轨道一般不参与杂化，1对孤 对电子占据1个杂化轨道。
分子有用于形成共价键的键合电子(成键电子)和 未用于形成共价键的非键合电子，又称“孤对电子”， 用短横线表示键合电子，用小黑点来表示孤对电子。 例如，水、氨、乙酸、氮分子的路易斯结构式可以表 示为： ..
H C H H .. O. . H H .. N H O .. C .O . .. H . .N . N . H H
3、下列微粒中心元素以sp3杂化的是（B） A．ICl4- B．ClO4C．BrF4+ D．SF4 4．有关乙炔分子中的化学键描述不正确 的是（B ） A．两个碳原子采用sp杂化方式 B．两个碳原子采用sp2杂化方式 C．每个碳原子都有两个未杂化的2p轨 道形成π键 D．两个碳原子形成两个π键
2s 2p 激发 激发直线形
180
Cl
Be
Cl
键合 化合态
sp 杂 化 ： 夹 角 为 180° 的 直 线 形 杂 化轨道。 请解释已炔的杂化类型 碳的sp杂化轨道
sp 杂 化 轨 道
•
根据以上对SP杂化过程的分析，自己 尝试推测一下乙炔分子中C原子的成键情况， 尤其是C、C三键的形成情况？ • 现在你能否解释乙炔分子的结构和性 质特点了？
如何才能使CH４分子中的 C原子与四个H原子形成完 全等同的四个共价键呢？
原子轨道？
伸展方向？
三、杂化轨道理论简介
sp3 杂化
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，它的 要点是：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的 2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变， 得到4个相同的sp3杂化轨道，夹角109 28 ′，表示这4个轨 道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示：
练习： 1、分析BeF2中的Be和NF3中N的杂化轨道类型及用杂化 轨道理论分析它们的空间构型。
2、指出下列分子或离子中的分子的路易斯结构式及杂化 轨道的类型 A、CO2中的C_____ ________ B、BF3中的B_____ ________ C、CCl4中的C_____ _______ D、NH3中的N______ ________
sp2 杂 化 轨 道
根据以上对SP2杂化过程的分析，自己 尝试推测一下乙烯分子中C原子的成键情况， 尤其是C=C的形成情况？ 现在你能否解释乙烯分子的结构和性质 特点了？
sp 杂化
同一原子中 ns-np 杂化成新轨道：一个 s 轨道 和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。
BeCl2分子形成