人教版化学选修三第二章第二节分子的立体构型杂化轨道理论精讲

气态 BeCl2
CO2 BF3 CH4 NH4+ H2 O
NH3
PCl3
2 2 3 4 4 4 4 4
直线形 sp 直线形 180° sp 直线形 180° 直线形 sp2 平面三角形 120°平面三 角形
180° 180°
3 sp
四面 体
120° ′ 109.28 正四 面体 109.28′ 109.5° V形 105°
D． SO2为V形结构， CO2为直线形结构
试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子 的成键情况
C原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与2个 2p轨道发生杂化，形成3个sp2杂化轨道，伸向平面正 三角形的三个顶点。每个C原子的2个sp2杂化轨道分 别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩 余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键，各自没有杂 化的l个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此 肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一 个σ键和一个π键构成。
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
6．氨气分子空间构型是三角锥形，而
甲烷是正四面体形，这是因为 （ C ） A．两种分子的中心原子的杂化轨道类型不 同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化 B．NH3分子中N原子形成三个杂化轨道， CH4 分子中C原子形成4个杂化轨道。 C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它 对成键电子的排斥作用较强。 D. NH3为sp3型杂化，而CH4是sp2型杂化。
4 四面体形 sp3 SO4 2CCl4 H2O NH3
SO3
杂化轨道数=中心原子孤电子对数＋配位原子数 代表物 CO2 CH2O CH4 0＋ 3＝ 3 杂化轨道数 杂化轨道类型
SO2 NH3
H2O
杂化轨道数=中心原子孤电子对数＋配位原子数 代表物 CO2 CH2O CH4 杂化轨道数 0＋ 2＝ 2 0＋ 3＝ 3 0＋ 4＝ 4 杂化轨道类型 sp sp2 sp3
2s
排斥力：孤电子对-孤电子对>孤电子对成键电子对>成键电子对-成键电子对
三、杂化理论简介
4.杂化类型判断：
因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容
纳孤电子对，故有
杂化轨道数=中心原子价层电子对数
=中心原子孤电子对数＋σ键电子对数（配位原子数） 杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中 心原子价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂 化轨道类型。
中心原子杂化方式判断
价层电子 对数 VSEPR 模型名称
中心原子 杂化类型 典型例子
2
3 平面三角形 四面体形
sp SO4 2CCl4 H2O NH3
SO3
中心原子杂化方式判断
价层电子 对数 VSEPR 模型名称
中心原子 杂化类型 典型例子
2 直线形 sp
BeCl2 CO2
3 平面三角形 sp2
sp杂化轨道的形成过程
z z 180° z z
y x x
y x
y x
y
sp 杂化：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
例如：
Sp 杂化 —— BeCl2分子的形成
Cl
Be
180° sp
Cl
px px 2 2 没有单个电子， Be原子： Cl 1s 2s Cl
2s
2p
激发 2s
sp杂化
2p
sp
sp2杂化轨道的形成过程
120° z z z z
y x x
y x
y x
y
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。 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
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
1200 正三角形
1090 28’ 正四面体
BF3 , C2H4 CH4 , CCl4
2、杂化轨道的特性:
（1）只有能量相近的轨道才能互相杂化。 常见的有:非过渡元素 ns np （sp型杂化） 过渡元素(n-1)d ns np (dsp型杂化) （2）杂化轨道的成键能力大于未杂化轨道。 （3）参加杂化的原子轨道的数目与形成的杂化轨 道数目相同。 （4）不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同
′ 107.18 三角 锥形 107.18′
例题2：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
例题3：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
SO2 NH3
H2O
1＋ 2＝ 3 1＋ 3＝ 4
2＋ 2＝ 4
sp2 sp3
sp3
对于ABm型分子或离子，其中心原子A的杂化轨 道数恰好与A的价层电子对数相等。
A的价层电子对数 A的杂化轨道数 杂化轨道类型
A的价电子空间构型 （VSEPR模型）
2 2 sp 直线型 直线型 直线型
3 3 sp2
4 4 sp3
每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形
例如：
Sp2 杂化 —— BF3分子的形成
F
B
B： 1s22s22p1没有3个单电子
F
F
2s
2p
激发
2s
sp2
2p
sp2杂化
sp3杂化轨道的形成过程
z z z 109°28′
y x x y x
z
y x
y
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109.5°， 空间构型为正四面体型
3、指出下列各化合物中碳原子杂化类型。
SP2
2 1 3
SP3
4
3
SP2
1
2
丁二烯
丙烯
4．在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，
它们分别是 （ A ）：
A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p
轨道形成π键
B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p
轨道形成σ键
C．C-H之间是sp2形成的σ键，C-C之间 是未参加杂化的2p轨道形成的π键 D．C-C之间是sp2形成的σ键，C-H之间 是未参加杂化的2p轨道形成的π键
例如：
Sp3 杂化 —— CH4分子的形成
2s
2p
C：2s22p2
激发
2s
sp3
2psp 杂化3来自三、杂化理论简介3.杂化轨道分类：
CH4原子 轨道杂化
2s
2p
激发
2s
sp3
2p
sp 杂化
3
等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。
杂化轨道
sp sp2 sp3
每个轨道的成分
1/2 s，1/2 p 1/3 s，2/3 p 1/4 s，3/4p
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，从而构成一 个正四面体构型的分子。
三、杂化理论简介
1.概念：在形成分子时，由于原子的相互影响,若干 个不同类型但能量相近的原子轨道混合起来，重新组 合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成 的新轨道就称为杂化轨道。 2.要点：
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 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
杂化轨道的类型与空间结构的关系
杂化类型
用于杂化的 原子轨道数 杂化轨道数 空间构型 实例
sp
2 2 直线型 CH≡CH
sp2
3 3 平面三角形 CH2=CH2
sp3
4 4 四面体 CH4
CO2 CS2
BF3
CCl4
小结：杂化轨道理论
（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
1.苯环中的碳均是以sp2杂化成夹角为1200三 个sp2杂化轨道. 2.苯环中六个碳之间形成6个σ 键,每个碳与氢 形成1个σ 键. 3.苯环中六个碳中未杂化的P轨道彼此形成一 个大π 键.
4.形成大π 键比一般的π 键更稳定,因此苯环
体现特殊的稳定性
小结杂化轨道理论
• sp3 杂化：正四面体型杂化，四个杂化轨道， 能形成四个σ键， σ键稳定，可自由旋转。 • sp2 杂化：三个杂化轨道共平面，能形成三个 σ键，未杂化p轨道可形成π键，形成π键后， 双键均不能自由旋转； • sp 杂化：两个杂化轨道共直线，能形成两个σ 键，未杂化p轨道可形成π键，形成π键后，三 键均不能自由旋转。
轨道间夹角( 键角)
180° 120° 109°28′
三、杂化理论简介
3.杂化轨道分类：
H2O原子 轨道杂化
O原子：2s22p4 有2个 不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的 单电子，可形成2个共价键， 键角应当是90°， Why? 不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对
2 对孤对电子
杂化
2p
平面三角形 四面体 平面三角形 四面体
A的杂化轨道空间构型
ABm型分子或离子 空间构型
平面三角 正四面体或三 形或V形 角锥形或V形
课堂练习
例1：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表
物质 价电 子对 数 中心原 子杂化 轨道类型 杂化轨道/ 电子对空 间构型 轨道 夹角 分子空 间构型 键角
第二节
分子的立体构型
杂化轨道理论
活动：请根据价层电子对互斥理论分析CH4 的立体构型
1.写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么 碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？
C原子轨道排布图
2p2 2s2
1s2
H原子轨道排布图
1s1
C
C
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
（1）参与杂化的各原子轨道能量要相近（同一能级 组或相近能级组的轨道）；
（2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数 目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子 轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；
三、杂化理论简介
2.要点：
（1）参与参加杂化的各原子轨道能量要相近（同一 能级组或相近能级组的轨道）；
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论
C：2s22p2
2s
2p
激发 2s
sp 杂化
3
2p
sp3
由1个s轨道和3个p轨道混杂并重新组合成4个能量与 形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化 轨道。
为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥 最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型?
（2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数 目等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子 轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠； （3）为使相互间排斥力最小，杂化轨道在空间取最 大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同； ★对于非过渡元素，由于ns和np能级接近，往往采 用“sp”型杂化（分为sp杂化、sp2杂化、sp3杂化）
混杂
4个相同的 SP3杂化轨道
（2）sp2杂化
杂化
1个 S 轨道
2个 P 轨道
3个相同的 SP2杂化轨道
（3）sp杂化
杂化
1个 S 轨道
1个 P 轨道
2个相同的 SP杂化轨道
（4）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
C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化，两个 碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成 σ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ 键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴 方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以 叁键相结合。
苯环的结构
平面正六边形，离域大π键。
C6H6的大π键（离域键）