第二章 第二节 第2课时 杂化轨道理论(教师版)

第2课时 杂化轨道理论

一、杂化轨道理论简介

1．杂化轨道及其特点

2．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成

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 键是等同的。 碳原子的sp 3杂化可表示如下：

3．杂化轨道类型

杂化类型 sp sp 2 sp 3 参与杂化的原 子轨道及数目 1个s 轨道 1个p 轨道

1个s 轨道 2个p 轨道

1个s 轨道 3个p 轨道

杂化轨道的数目

2

3

4

判断正误

(1)所有的原子轨道都参与杂化( ) (2)杂化轨道能量集中，有利于牢固成键( ) (3)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同( )

(4)第ⅠA 族元素成键时不可能有杂化轨道( ) (5)杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键( ) (6)孤电子对不可能参加杂化( ) (7)s

轨道和

p 轨道杂化可能有sp 4出现( ) 答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)×

应用体验

下列有关sp 2杂化轨道的说法正确的是______(填序号)。

①由同一能层上的s 轨道与p 轨道杂化而成 ②共有3个能量相同的杂化轨道 ③每个sp 2杂化轨道中s 能级成分占三分之二 ④sp 2杂化轨道最多可形成2个σ键

答案 ①② 解析 同一能层上s 轨道与p 轨道的能量差异不是很大，相互杂化的轨道的能量差异也不能过大，①正确；同种类型的杂化轨道能量相同，②正确；sp 2杂化轨道是由一个s 轨道与2个p 轨道杂化而成的，③不正确；sp 2杂化轨道最多可形成3个σ键，④不正确。

归纳总结

杂化轨道理论的要点

(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。 (2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。 (3)只有能量相近的轨道才能杂化(如2s 、2p)。

(4)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)，且杂化轨道的能量相同。 (5)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理，使轨道在空间取得最大夹角分布。故杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但杂化轨道的形状完全相同。

(6)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p 轨道可用于形成π键。

二、杂化轨道理论的应用

1．杂化轨道类型的判断

因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对，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。例如：

代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型

CO 2 0＋2＝2 sp CH 2O 0＋3＝3 sp 2 CH 4 0＋4＝4 sp 3 SO 2 1＋2＝3 sp 2 NH 3 1＋3＝4 sp 3 H 2O

2＋2＝4

sp 3

2.分子的构型与杂化类型的关系

(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的立体构型与杂化轨道的立体构型相同。

杂化类型 sp sp 2 sp 3 轨道夹角 180°

120°

109°28′

杂化轨道示意图

实例

BeCl 2

BF 3

CH 4

分子结构示意图

分子立体构型

直线形

平面三角形

正四面体形

(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的立体构型与杂

AB n 型分子

中心原子杂化类型 中心原子孤电子对数

立体构型 实例 AB 2 sp 2 1 V 形 SO 2

AB 3 sp 3

1 三角锥形 NH 3、PCl 3、NF 3、H 3O ＋

AB 2或(B 2A)

2

V 形

H 2S 、NH －

2

(1)杂化轨道的键角与分子内的键角不一定相同( )

(2)只要分子的立体构型为平面三角形，中心原子均为sp 2杂化( ) (3)杂化方式相同的分子，立体构型一定相同( ) 答案 (1)√ (2)√ (3)×

应用体验

1．有机物

中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为______、_______、______。

答案 sp 3 sp 2 sp 解析 根据价层电子对互斥理论可判断C 原子的杂化方式，价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。若价层电子对数是4，则C 原子采取sp 3杂化；若价层电子对数是3，则C 原子采取sp 2杂化；若价层电子对数是2，则C 原子采取sp 杂化。甲基上C 原子有4对σ键电子对，没有孤电子对，则C 原子采取sp 3杂化；碳碳双键两端的2个C 原子均有3对σ键电子对，没有孤电子对，则C 原子采取sp 2杂化；碳碳三键两端的2个C 原子均有2对σ键电子对，没有孤电子对，则C 原子采取sp 杂化。

2．(1)BCl 3中心原子的杂化方式为______。 (2)在S 的氢化物(H 2S)分子中，S 原子轨道的杂化类型是______。 (3)H 2O 的分子构型为__________，中心原子的杂化轨道类型为______

。

COCl 2中心原子的杂化轨道类型为____。 (4)在硅酸盐中，SiO 4－

4四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si 原子的杂化形式为______。

答案 (1)sp 2 (2)sp 3 (3)V 形(或角形) sp 3 sp 2 (4)sp 3

解析 (1)BCl 3中价层电子对数为3＋3－1×32

＝3，硼原子为sp 2杂化。

(2)在S 的氢化物(H 2S)分子中，S 原子价层电子对数＝2＋6－2×1

2＝4且含有2对孤电子对，根据价层电子对互斥理

论判断S 原子轨道的杂化类型为sp 3。

(3)水分子中O 原子形成2个σ键、含有2对孤电子对，杂化轨道数目为4，为sp 3杂化，所以分子构型为V 形；COCl 2中C 原子形成3个σ键、1个π键，没有孤电子对，C 原子采取sp 2杂化。

(4)硅酸盐中的硅酸根(SiO 4－

4)为正四面体结构，所以中心原子Si 原子采取了sp 3杂化方式。