高中化学物质结构杂化轨道理论

第2课时 杂化轨道理论

[学习目标定位] 知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。

一 杂化轨道理论

1.杂化轨道及其理论要点

(1)阅读教材内容，并讨论甲烷分子中四个C—H 键的键能、键长，为什么都完全相同？ 答案 在形成CH 4分子时，碳原子的一个2s 轨道和三个2p 轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp 3杂化轨道。四个sp 3杂化轨道分别与四个H 原子的1s 轨道重叠成键形成CH 4分子，所以四个C—H 是等同的。可表示为

(2)由以上分析可知

①在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 ②轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。 (3)杂化轨道理论要点

①原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 ②参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。

③杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。 2.杂化轨道类型和立体构型 (1)sp 杂化——BeCl 2分子的形成 ①BeCl 2分子的形成

杂化后的2个sp 杂化轨道分别与氯原子的3p 轨道发生重叠，形成2个σ键，构成直线形的BeCl 2分子。

②sp 杂化：sp 杂化轨道是由一个n s 轨道和一个n p 轨道杂化而得，每个sp 杂化轨道含有12

s

和1

2

p 轨道的成分。sp 杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形(如BeCl 2)。 ③sp 杂化后，未参与杂化的两个n p 轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C ≡C 键的形成。

(2)sp 2杂化——BF 3分子的形成 ①BF 3分子的形成

②sp 2杂化：sp 2杂化轨道是由一个n s 轨道和两个n p 轨道杂化而得，每个sp 2杂化轨道含有

1

3s 和2

3

p 的成分。sp 2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形(如BF 3)。

③sp 2杂化后，未参与杂化的一个n p 轨道可以用于形成π键，如乙烯分子中的C===C 键的形成。

(3)sp 3杂化——CH 4分子的形成 ①CH 4分子的立体构型

②sp 3杂化：sp 3杂化轨道是由一个n s 轨道和三个n p 轨道杂化而得，每个sp 3杂化轨道含有

1

4s 和3

4p 的成分。sp 3杂化轨道的夹角为109°28′，呈空间正四面体形(如CH 4、CF 4、CCl 4)。

[归纳总结]

杂化类型与分子间的空间构型

[

1.有关杂化轨道的说法不正确的是()

A.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变

B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°

C.四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释

D.杂化轨道全部参与形成化学键

答案D

解析杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。

2.下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是()

①BF3②CH2===CH2③④CH≡CH

⑤NH3⑥CH4

A.①②③

B.①⑤⑥

C.②③④

D.③⑤⑥

答案A

解析sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成π键；③同②相似；④乙炔中

的碳原子为sp 杂化；⑤NH 3中的氮原子为sp 3杂化；⑥CH 4中的碳原子为sp 3杂化。

二 杂化类型及分子构型的判断

1.杂化类型的判断方法

杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：

杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。 2.杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型

VSEPR 模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去VSEPR 模型中的孤电子对，就是分子(或离子)的立体构型。

杂化类型的判断方法

(1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路： 价层电子对――→判断

杂化轨道数――→判断

杂化类型――→判断

杂化轨道构型。

(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp 3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp 2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp 杂化。

(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp 3杂化，连接双键的碳原子采取sp 2杂化，连接三键的碳原子采取sp 杂化。 [活学活用]

3.计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，判断中心原子的杂化轨道类型，写出VSEPR 模型名称。

(1)C ．

S 2 、 、 。

(2)N．H＋4、、。

(3)H2O．、、。

(4)P．Cl3、、。

(5)B．Cl3、、。

答案(1)2sp直线形(2)4sp3正四面体形(3)4sp3四面体形(4)4sp3四面体形(5)3sp2平面三角形

4.碳原子有4个价电子，在有机化合物中价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲醛分子中，碳原子采取sp杂化的分子是(写结构简式，下同) ，采取sp2杂化的分子是，采取sp3杂化的分子是。

答案CH≡CH CH2==CH2、、HCHO CH3CH3

解析采取sp杂化的分子呈直线形，采取sp2杂化的呈平面形，采取sp3杂化的呈四面体形。

杂化轨道类型VSEPR模型典型分子立体构型

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1.关于原子轨道的说法正确的是()

A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体

B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的

C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道

D.凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键

答案C

解析中心原子采取sp3杂化，轨道形状是正四面体，但如果中心原子还有孤电子对，分子