高中化学竞赛之杂化轨道理论

SP杂化轨道类型
分子 电子式 结构式
中心原子孤 对电子数
BeCl2
CO2
CS2 S=C=S
HCN
H：C┇┇N ：
Cl-Be-Cl
O=C=O
H-C≡N
0
2 2 直线型 180°
0
2 2 直线型 180°
0
2 2 直线型 180°
0
2 2 直线型 180°
中心原子结 合原子数 杂化轨道数
空间构型 键角
sp 杂 化 轨 道
两个碳原子的sp杂化轨道沿各自对称轴形成sp-sp 键，另两个sp 杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道重叠形成两个sp-s键，两个py轨 道和两个pz轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的P-P键， 形成乙炔分子。
NH3
2p
2s
N
H H H
sp3杂化
H 2O
O
H H3
分子结构
直线形
平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 V形
CH4
SO2 NH3
H2O
练习： 用杂化轨道理论分析下列物质的杂化 类型、成键情况和分子的空间构型。 （1）CO2 （2）H2O （3）HCHO （4）HCN （5）SO3
课堂练习
写出下列分子的的杂化轨道类型及空间构型 NH3、BeCl2、PCl3、BF3、CS2 H2O、Cl2O 、SiCl4、CH3F、NI3
2．苯分子的空间结构
碳原子的p轨道
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。
c)处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如 PO4 3－ ：5+0 4+3=8 ， NH4＋ ： 5+1 4 -1= 8 。
代表物 杂化轨道数 CO2
（4+0）÷2=2
杂化轨道 类型
SP SP2 SP3 SP2
分子结构
直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形
CH2O （4+2+0）÷2=3
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。 由于每个轨道中都含有1/4的s轨道成分和 3/4的p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。
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。
sp型的三种杂化
杂化类型 参与杂化 的原子轨 道 杂化轨道 数 sp 1个s + 1个p 2个sp杂化轨 道 180o 直线 sp2 1个s + 2个p sp3 1个s + 3个p
3个sp2杂化轨 4个sp3杂化轨 道 道 120o 正三角形 BF3, BCl3 109.5o 正四面体
杂化轨道 间夹角 空间构型 实例
中心原子孤 对电子数 中心原子结 合原子数 杂化轨道数 1 3 4 2 2 4 V形 1 3 4 0 4 4 0 4 4
NH3
H2O
H3O+
NH4+
CBiblioteka Baidu4
空间构型 三角锥形
键角
107°3′
三角锥型 正四面体 正四面体 109 °5′ 109 °5 ′
104.5 ° 107°3′
3、中心原子杂化方式的判断
★杂化轨道数=中心原子总价电子数÷2 （不包括π键）
a )中心原子价层电子总数等于中心A的价电子数加上 配体 B 在成键过程中提供的电子数 。 如 CCl 4 4 + 1 4 = 8 b)氧族元素的原子做中心时，价电子数为 6 。如 H2O 或 H2S 。做配体时，提供电子数为 0 。如 CO2
练习3．下列分子的中心原子形成sp2杂化轨道的是 （ C ） A．H2O B．NH3 C．C2H4 D．CH4 练习4．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。
CH4
（4+4）÷2=4 （6+0）÷2=3
SO2
NH3 （5+3）÷2=4 H2O
（6+2）÷2=4
SP3
SP3
V形
★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
代表物 杂化轨道数 CO2 CH2O
0+2=2
0+3=3 0+4=4 1+2=3 1+3=4 2+2=4
杂化轨道 类型
SP
SP2 SP3 SP2 SP3 SP3
2个sp 杂化轨道 180ْ
1s + 2p
3个sp2 杂化轨道 120ْ
1s + 3p
4个sp3 杂化轨道 109ْ 28’
直 线
正三角形
正四面体
CH4 , CCl4
BeCl2 , C2H2 BF3 , C2H4
小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型
杂化轨道类型SP
杂化轨道数
SP2
SP3
不等性 SP3
共价键与分子的空间构型
杂化轨道
基本要点：在形成分子时，由于原子的相 互影响，若干不同类型能量相近的原子轨 道混合起来，重新组合成一组新轨道。这 种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成 的新轨道就称为杂化轨道。
杂化前后轨道数目不变。
杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。
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，
SP2杂化轨道类型
分子 电子式 结构式
中心原子孤 对电子数 中心原子结 合原子数 杂化轨道数 0 3 1 2 0 3 0 3 BCl3(BF3) SO2 HCHO C2H4（C6H6）
3
平面正三角 形 120°
3 V形
3
平面三角 形
3
平面
空间构型 键角
120°
SP3杂化轨道类型
分子 电子式 结构式
参加杂化的轨道 s+p s+(2)p s+(3)p
' ' 180 120 109 28 90 10928 成键轨道夹角
2
3
4
s+(3)p 4
分子空间构型
直线形 三角形 四面体 三角锥 V型
NH BF H O CH BeCl 3 3 2 4 2 实例 HgCl 2 BCl 3 SiCl 4 PH3 H 2S Be(ⅡA) B(ⅢA) C,Si N,P O,S 中心原子 Hg(ⅡB) (ⅣA) (ⅤA) (ⅥA)
石墨、苯中碳原子也是 2 以sp 杂化的：
根据杂化轨道理论，形成苯分子是每个碳原 子的原子轨道发生 SP2 杂化，由此形成的 三个SP2杂化轨道 在同一平面内。每个碳原子三 个 SP2杂化轨道 电子分别与相邻两个碳原子、一 个氢原子形成σ键。这样六个碳原子组成一 个正六边行的碳环。同时每个碳原子还有一 个未参加杂化的 2P轨道，他们均有一个未成 对电子,这些6个2P轨道 轨道垂直于 碳环平面相互 平行,以 肩并肩 方式相互重叠,形成一个多电子 的大π 键。在苯分子中,六个碳原子和六个 氢原子在同一平面内,整个分子呈平面正六 边行,六个碳碳键完全相同,键角均1200
sp 杂化
2p 2s
sp
3
O H
H
提示：
非中心原子：Cl、F、Br、I=H 中心原子：同主族的可以互换 （如N=P、S=O等） 通常双原子分子中没有发生杂化
2、杂化轨道的类型
杂 化 类 型 参与杂化的 原子轨道 杂 化 轨 道 数 杂化轨道 间夹角 空 间 构 型 实 例 sp sp2 sp3
1s + 1p
BeCl2，C2H2
CH4，CCl4
sp2 杂 化 轨 道
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°。