杂化轨道理论-(公开课)

2.写出基态C原子价电子的电子排布图,并推测： CH４分子的C原子怎样才能形成四个共价键？
3.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？
2s
2px
2py
2pz
键长、键能相同，键角相同为109°28′
3：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
4、下列微粒中心元素以sp3杂化的是（ B）
A．ICl4-
B．ClO4-
C．BrF4+ D．SF4
5．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
sp杂化轨道的形成和空间取向示意图
为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为180° 。
BeCl2分子的形成 1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化, 形成2个sp 杂化轨道。
每个sp杂化轨道的形状为 一头大，一头小； 含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分； 两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。
乙炔分子中各个键的形成过程及键的类型。
两个碳原子的sp１杂化轨道沿各自对称轴形成sp１-sp１ 键，另2个sp１杂化轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2 个sp１-s键，两个p轨道分别从侧面相互重叠，形成２个 P-P键，形成乙炔分子。
CO2分子怎样形成的?
（2）sp2杂化
探究2：BF3 分子的形成
BeCl2分子结构
sp
px
px
Cl
Cl
Cl
Be
Cl
乙炔(C2H2)分子形成
2p 2s
C的基态
2p 激发 2s
激发态
杂化 sp 2p 2p
↑↑ ↑ ↑
乙炔分子中碳原子的杂化,描述各轨道空间位置关系 乙炔中的Ｃ在轨道杂化时,有两个Ｐ轨道未参与杂化, 只是Ｃ的２s与１个２p轨道发生杂化,形成２个相同 的sp１杂化轨道,２个sp１杂化轨道夹角为1８0°.未 杂化２个p轨道彼此垂直于sp1杂化轨道.
(5)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。
(6)杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤电子对，不
能用于形成键。
3 杂化类型 （1）sp杂化
探究1：BeCl2分子的形成
实验测得: 两个共价键，直线形分子（键角180°）
Cl—Be—Cl
Cl
Be
Cl
180°
Be原子价电子排布式：2s2 没有未成对电子
一个2s 和一个2 p 轨道杂化,形成sp杂化轨道
1090 28’ 正四面体
4个s-sp3 σ键
4.中心原子杂化类型判断的一般方法
杂化轨道数 = 中心原子价层电子对数= 中心原子 孤对电子对数＋中心原子结合的原子数
代表物
CO2 CH2O SO2 CH4 NH3 H2O
价层电子对 杂化轨道类型 分子结构
数
0+2=2
sp
直线形
0+3=3 1+2=3 0+4=4 1+3=4 2+2=4
知识小结
三、杂化轨道理论简介
1. 杂化轨道概念 2.杂化轨道理论的要点 3.三种sp杂化轨道类型的比较
sp杂化轨道—直线形，夹角180° 2个 sp2杂化轨道—平面三角形，夹角120°3个 sp3杂化轨道—正四面体形，夹角109°28′4个
4.中心原子杂化类型判断的一般方法
杂化轨道数 = 中心原子价层电子对数= 中心原子孤对电子对 数＋中心原子结合的原子数
每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头
小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分,每
两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形
乙烯（C2H4）分子的形成
2s
2p
2s 激发
2p
杂化 s p 2
2p
↑↑↑ ↑
C的基态
激发态
乙烯分子中碳原子的杂化,描述各个轨道空间位置关系.
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，杂化轨道间夹角为120°。未 杂化p轨道垂直于sp2杂化轨道所在的平面。
sp2
平面三角形
sp2
V形
sp3
正四体
形
sp3
三角锥形
sp3
V形
有机物含多中心C原子杂化方式判断方法：
C－C
sp3杂化
C＝C C=O C=N sp2杂化
C≡C C≡N
SP杂化
练习：CH3CH=CHC≡CCOCOOH NO2 N2H4 NO2- SO42- CO32- CNO F2 H3O+ AlCl3 CS2 NH4 +
杂化轨道 180° 间夹角
空间 构型
直线形
实
例 BeCl2
sp2
1个s + 2个p 3个sp2 杂化轨道 120°
平面三角形
BF3
sp3
1个s + 3个p 4个sp3 杂化轨道
109°28′
正四面体形
CH4
sp型杂化总结：
杂化类型 问1：杂s化p1 类型与杂化轨sp道2
的数量之间的关系。 参与轨杂道化的问21：个杂s 化+ 1轨个道p 的数1量个与s +轨2个p 未 价参电与子杂层化轨的道问3：２道个杂构ｐ化型轨类及道型夹与角轨的１道关个构系ｐ型。轨道
1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是
A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4
( B)
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
“五方法”判断分子中心原子的杂化类型
(3)根据等电子原理进行判断 如CO2是直线形分子，CNS－、N与CO2是等电子体，所 以分子构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化。 (4)根据中心原子的电子对数判断 如中心原子的电子对数为4，是sp3杂化，为3是sp2杂化， 为2是sp杂化。 (5)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断 如没有π键为sp3杂化，含一个π键为sp2杂化，含二个π 键为sp杂化。
思考与交流
通过以上的学习，以CH4为例，谈谈你对“杂化” 及“杂化轨道”的理解。
1.C原子为什么要进行“杂化”？
为了使所成化学键强度更大，更有利于体系能量的降低，总趋向于 将原来的原子轨道进一步线性组合，以形成新的原子轨道。
2.什么是杂化？C原子是如何进行“杂化”的？
3.“杂化轨道”有哪些特点？
杂化轨道理论简介
苯（C6H6）的形成
杂化轨道理论解释苯分子的结构：
C为SP2杂化 C-C (sp2-sp2 ) ; C-H (sp2-s 所) 有原子（12个）处于同一平面
分子中6个碳原子未杂化的2P轨道 上的未成对电子重叠结果形成了 一个闭合的、环状的大π键 形成的π电子云像两个连续的面包圈，一个位于平面上面， 一个位于平面下面，经能量计算，这是一个很稳定的体系。
“五方法”判断分子中心原子的杂化类型
(1)根据杂化轨道的空间分布构型判断 ①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形，则分子的中 心原子发生sp3杂化。 ②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中 心原子发生sp2杂化。 ③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原 子发生sp杂化。 (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109.5°，则分子的中心原子发 生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中 心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则 分子的中心原子发生sp杂化。
杂化后的轨 道及数目
2个及sp夹杂角化轨的道关系3。个sp2杂化轨道
杂化轨道间 夹角
空间构型
1800 直线
1200 正三角形
共价键类型 与数量
2个s-sp１σ键 1个sp1-sp1σ键 ２个ｐ-ｐ键
4个s-sp2σ键 1个sp2-sp2σ键 1个ｐ-ｐ键
sp3 1个s + 3个p
无 4个sp3杂化轨道
问2：键角为107.30而非109.50的原因。
价层中的成σ键电子对与孤对电子都 要占有杂化轨道，且相互排斥，其中孤 对电子对其他电子的排斥能力较强，故 偏离109.50，而成为107.30。
3.三种sp杂化轨道类型的比较
杂化 类型
sp
参与杂化的 原子轨道
1个 s + 1个p
杂 化 2个sp杂化 轨 道 数 轨道
总结：sp1、 sp2杂化要点
杂化类型
参与杂化的 原子轨道
未参与杂化的价 电子层轨道
杂化后的轨 道及数目
杂化轨道间 夹角
空间构型
共价键类型 与数量
sp1 1个s + 1个p
2个p轨道 2个sp杂化轨道
1800
直线 3个σ键 ２个ｐ-ｐ键
sp2
1个s + 2个p
1个p轨道 3个sp2杂化轨道
1200 正三角形 4个s-sp2σ键 1个sp2-sp2σ键 1个ｐ-ｐ键
(2) 杂化轨道的能量、形状、大小完全相同,都不同 原来，杂化后原子轨道方向改变，杂化轨道在成键时 更有利于轨道间的重叠。
(3) 杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数 目 =形成的杂化轨道数目=中心原子价层电子对数 （4) 杂化轨道在空间构型上都具有一定的对称性（以 减小化学键之间的排斥力）。
三、杂化轨道理论简介
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理 论
2p 2s
C的基态
激发 2s
2p
激发态
杂化 正四面体形 sp3 杂化态
【问题探究一】
sp3
3、杂化后轨道的空间构型为什么是正四面体，杂 化
夹角是109.50？
轨
道
的
空
间
取
向
示
意
图
一、甲烷分子的空间构型与杂化轨道理论
四个H原子分别以1s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。
1. 杂化轨道概念
在形成分子时，由于原子的相互影响，同 一原子中的若干不同类型、能量相近的原子 轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方 向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道
这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的 “杂化”（混合平均化）
2.杂化轨道理论的要点
(1) 杂化的中心各原子轨道能量要相近〖同一能级组 或相近能级组的轨道nsnp或nsnpnd或(n-1)dnsnp〗。
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
分子 类型
中心原子 结合的原子数
代表物
空间构型
AB2
2
CO2
直线形
无孤对电子 AB3
3
CH2O 平面三角形
AB4
4
CH4 正四面体
有孤对电子 AB2
2
AB3
3
H2O
V形
NH3 三角锥形
sp3 杂化
Fra Baidu bibliotek
NH3
2p
2s
N
HH
sp3杂化
H
不等性杂化
H2O 的空间构型
问1：各个键的形成过程
3个H原子分别以3个s轨道与C原子上的3个含有单电子的sp3杂 化轨道相互重叠后，就形成了3个性质、能量和键角都完全相同的 s-sp3的σ键，同时剩余一个sp3轨道，其中含有一对孤对电子，形 成一个四面体构型的分子。
乙烯分子中各个键的形成过程及键的类型。 注意：在形成共价键时，优先形成“头碰头”式的 键，在此
基础上才能形成“肩并肩”式的键。
两个碳原子的sp2杂化轨道沿各自对称轴形成 sp2-sp2 键，另两个sp2杂化轨道分别与两个氢原 子的1s轨道重叠形成两个sp2-s键，两个pz轨道分 别从侧面相互重叠，形成P-P键，形成乙烯分子。
大π 键 （离域键）C6H6
（3）sp3杂化
CH4分子的形成
sp3杂化：1个s 轨道与3个p 轨道进行的杂化,
形成4个sp3 杂化轨道。
每个sp3杂化轨道的形状
也为一头大，一头小，
含有 1/4 s 轨道和 3/4 p
轨道的成分 每两个轨道间的夹角为
109°28′，正四面体形
NH3 的空间构型
F
120°
实验测得，三个共价键，
B
平面三角形分子（键角
F
F 120°）。
B原子价电子排布式：2s22p1，有一 个未成对电子
1个2s 轨道与2个2p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂 化轨道。
sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图
sp2杂化：1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化, 形成3个sp2 杂化轨道。
第二节 共价键与分子的
空间构型
（杂化轨道理论）
学习目标： 1．了解典型的分子空间构型，能够制作典型分子 的空间模型。 2．了解杂化轨道理论，掌握常见的杂化轨道类型 。 (重点) 3．能够应用杂化轨道理论解释典型分子的空间构 型。(难点)
思考与交流
1.回忆： CH４分子中C原子形成几个共价键？分 子空间构型怎样？