杂化轨道理论课件

小结
孤对电子对对分子立体结构影响较大。
代表物
CO2 中心原子 结合的原子 数 2 3 4 2
中心原子
分子 类型
AB2 AB3 AB4
空间构型
直线形 平面三角形 正四面体 V形
无孤对电 子
CH2O CH4
有孤对电 子
H2O
AB2
三角锥形
NH3
3
AB3
原因： 中心原子上的孤对电子也要占据中心原子 周围的空间，并参与互相排斥。例如，H2O和 NH3的中心原子分别有2对和l对孤对电子，跟 中心原子周围的σ键加起来都是4，它们相互排 斥，形成四面体，因而H2O分子呈V形，NH3分 子呈三角锥形。
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。
2. sp杂化：同一原子中1个s轨道与1个p轨道 杂化形成2个sp杂化轨道。每个杂化轨道的s 成分为1/2，p成分为1/2，杂化轨道之间的夹 角为180度。
例：4Be 2p
2s
sp杂化
sp 两个sp杂化轨道
2p
其他例子： CO2、HC≡CH
实例分析2： 试分析BeCl2分子的形成和空间构型。
Be原子的价层电子排布为2s2 。在形成BeCl2 分子的过程中，Be原子的1个2s电子被激发到2p空 轨道，价层电子排布变为为2s1 2px1 。这2个含有 单电子的2s轨道和2px轨道进行sp杂化，组成夹角 为180 0 的2个能量相同的sp杂化轨道，其形成过 程可表示为：
H2 O
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
直线形 V形 V形
平面三角形 三角锥形 正四面体 四面体 正四面体
SiCl4
CHCl3 NH4+
1 0
0 0
3 4 4
4
课堂练习：
1、多原子分子的立体结构有多种，三原子分子的立体结构有＿＿ ＿直线 形和 V 形，大多数四原子分子采取 平面三角 形和 ＿ 三角锥 形两种立体结构，五原子分子的立体结构中最常见的是 ＿＿ 正四面体 形。 D 2 、下列分子或离子中，不含有孤对电子的是 ＿＿＿ A、H2O、B、H3O+、C、NH3、D、NH4+ 3 、下列分子①BCl3、②CCl4、③H2S、④CS2中,其键角由小到大 ③②① 的顺序为＿＿＿ ④ 4、以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为109°28′ 的是＿ C ＿＿＿ ①CH4 ②NH4+ ③CH3Cl ④P4 ⑤SO42A、①②③ B、①②④ C、①②⑤ D、①④⑤
1200
正三角形
1090 28’
正四面体
BF3 , C2H4 CH4 , CCl4
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 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
第二节 分子的立体结构
（第二课时）
思考：
价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构 形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲 烷中四个C-H的键长、键能相同及H-C-H的键角为 10928′。因为按照我们已经学过的价键理论，甲 烷的4个C-H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4 个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形 的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠， 不可能得到四面体构型的甲烷分子。
实例分析1： 试解释CCl4分子的空间构型。
CCl 4 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

三、杂化轨道理论简介
CH4分子（sp3杂化）
2p
2s
激发
2p
2s
sp3
sp3杂化
三、杂化轨道理论简介
（1）sp3杂化
（2）要点：
基态 原子
激发态 原子 1个S轨 道和3个 P轨道
混杂
4个相同的 SP3杂化轨道
除sp3杂化轨道外，还有sp杂化轨道和sp2杂化轨道。sp 杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得；sp2杂化轨道 由1个s轨道和2个p轨道杂化而得。
项目
分子式
ABn 型分 子( n 值)
中心 原子 所含 孤对 电子
VSEPR模型
对数
价层电 子对的 空间构 型
分子的立体 结构模型
分子 的空 间构 型 直线形 Ｖ形
三角锥形
CO2
2 2 3 3
0 2 1
直线形
四面体
H2O
NH3 CH2O CH4
四面体
平面三角 形 正四面体
0 0
平面三角形
4
正四面 体
这是为什么呢？
为了补充了价键理论的不足，鲍林(Pauling)在价键理 论基础上提出了“杂化”假设。 三、杂化理论： 1.在形成分子时，每一原子中能量相近的“轨道”会 发生重组，形成新的原子轨道，这个过程称“杂化”， 新的原子轨道称“杂化轨道”。 2.杂化前后原子“轨道”总数不变，但能量趋于平均 化，“杂化轨道”的对称性更高，杂化后轨道伸展方 向，形状发生改变，更有利于成键。 3.原子可用“杂化轨道”与其它原子的轨道（或“杂 化轨道”）重叠形成共价键。
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。
BCl3、CO32–、NO3–、H2C=O、SO3、烯烃>C=C<结构
中的中心原子都是以sp2杂化的。
以sp2杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一
个垂直于sp2-骨架的未参与杂化的p轨道，如果这个
轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，
就会形成π键。如，乙烯H2C=CH2、甲醛H2C=O。
石墨、苯中碳原子也是以sp2杂化的：
Ｃ的sp2杂化
2p 2s
2p 2s
p
0.120nm
3.sp2杂化：一个s轨道与两个p轨道杂化，得三个sp2 杂化轨道，每个杂化轨道的s成分为1/3，p成分为2/3， 三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成120º
例：BF3中B的电子构型:1s22s22p1
sp2杂化
+
BF3分子的形成：
F 3F + B F B F 120°（平面三角形）
二、价层电子对互斥理论
内容
对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对 （包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对）之 间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取 电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥 力最小，分子体系能量最低,最稳定。
σ键电子对和 孤对电子对
排斥力最小
中心原子上无孤对电子的分子：VSEPR模 型就是其分子的立体结构。 中心原子上存在孤对电子的分子：先由价 层电子对数得出含有孤对电子的价层电子 对互斥模型，然后略去孤对电子在价层电 子对互斥模型占有的空间，剩下的就是分 子的立体结构。
键
H C O H
小结：s-p型的三种杂化比较
杂 化 类 型 sp Sp2 sp3
参与杂化的 1个 s + 1个p 1个s + 2个p 1个s + 3个p 原子轨道
杂 化 轨 道 数
杂化轨道 间夹角 空 间 构 型 实 例
2个sp杂化轨道
3个sp2杂化轨 4个sp3杂化轨 道 道
1800
直 线 BeCl2 , C2H2
理论分析：Be原子上的两个SP杂化轨道分别与2个 Cl原子中含有单电子的3p轨道重叠，形成2个spp 的σ键，所以BeCl2分子的空间构型为直线。
实验测定：BeCl2分子中有2个完全等同的BeCl键， 键角为1800 ，分子的空间构型为直线。
乙炔中的碳原子为sp杂化，分子呈直线构型。 1）sp杂化
sp
杂 化
2
激 发
乙烯中的Ｃ在轨道杂化时，有一个Ｐ轨道未参 与杂化，只是Ｃ的２s与两个２p轨道发生杂化， 形成三个相同的sp2杂化轨道，三个sp2杂化轨 道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化p 轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道 间夹角为120°。
键
H C C H H H = H H C H CH H C O = H
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
分子或离子
结构式
VSEPR模型
分子或离子的立体结 构
HCN
+ NH4
H N
C
H + H N H H H +
H O H