共价键与分子的空间构型

高二化学统一教学案

第二章第二节 一些典型分子的空间构型（第一课时）

【学习目标】 1、了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型（sp ，sp2，sp3）；

2、能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或者离子的空间结构。

【知识回顾】

①共价键的特性： 。其中决定分子空间构型的是 。

②常见分子的构型是：

CH 4 CCl 4 NH 3 H 2O

C 2H 4(乙烯) C 2H 2（乙炔） C 6H 6（苯）

【课前预习】

一、杂化与杂化轨道

1、杂化轨道理论：

（1）杂化轨道

①定义：在外界条件影响下， 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杂化轨道理论要点：

a 、原 子 在 成 键 时，同一 原 子 中 能 量 的 原 子 轨 道 可 重 新 组 合 成 杂 化 轨道。

b 、参与杂化的原子轨道数 形成的杂化轨道数。

c 、杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力 。

d 、杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。影响了分子的空间构型。

甲烷分子是规则的正四面体结构，分子中四个键角均为 。

【分析】甲烷分子中心原子碳原子的杂化：

CH 4分子形成时,分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s 轨道和三个2P 轨道重新组合而成的,这种杂化称为SP 3杂化,生成的个四杂化轨道则称为sp 3杂化轨道,每两个sp 3杂化轨道之间的夹角为 。由于这四个杂化轨道的能量相同，根据 ，碳原子的价电子以自旋方向 的方式分占每个轨道。因此，当碳原子与氢原子成键时，碳原子中的每个杂化轨道的一个未成对的电子与氢原子的一个1s 电子配对形成一个共价键，具体是 键（填写“σ”或“π”），这样所形成的四个共价键是等同的，从而使甲烷分子具有正四面体构型。

如图示杂化过程：（请填充电子）

【课堂探究】

2s 2p 2s 2p sp 3

激发 杂化

杂化的过程：激发→ 杂化→ 轨道重叠程度大，形成的共价键牢固.

（2）杂化轨道的类型和立体构型

①sp杂化——直线形：

sp型杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道组合而成的，共有____个杂化轨道，每个sp

杂化轨道含有1

2

p和

1

2

s的成分,轨道间的夹角为分子呈直线型如：BeCl2分子。

②sp2杂化——平面三角形：

sp2杂化轨道是由一个ns轨道和二个np轨道组合而成的，共有______个杂化轨道，每个

sp2杂化轨道含有1

3

s和

2

3

p成分，杂化轨道间的夹角都是，分子呈平面三角形

如：BF3分子。

③sp3杂化——四面体型：

sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道组合而成，共有______个杂化轨道，每个sp3

杂化轨道都含有1

4

s和

3

4

p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为。

二、典型分子中心原子的杂化及分子的空间构型

用杂化轨道理论解析BF3、BeCl2、乙烯、乙炔、NH3、苯等分子的空间构型。

1、气态的BeCl2分子的结构：

Be原子的电子结构，从表面上看Be原子似乎不能形成共价键，但是在激发状态下，Be的一个2s电子可以进入2p轨道，经过杂化形成个sp杂化轨道，与氯原子中的3p轨道重叠形成个键（填写“σ”或“π”）。由于杂化轨道间的夹角为，所以形成的BeCl2分子的空间结构是。杂化过程如下图（请填充上电子）：

2、BF3分子的结构：

硼原子的电子层结构为，当硼与氟反应时，硼原子的一个2s电子激发到一个空的2P轨道中，使硼原子的电子层结构变为。硼原子的轨道和

个2p轨道杂化组合成杂化轨道，个sp2杂化轨道分别与三个F原子的各一个2P轨道重叠形成三个sp2-p的键（填写“σ”或“π”），由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为，所以BF3分子具有平面三角形结构。杂化过程如下图（请填充上电子）：

3、乙烯、乙炔、苯分子的结构：

乙烯分子中碳原子的原子轨道采用SP2杂化。形成乙烯分子时，两个碳原子各用一个

杂化轨道上的电子相互配对，形成一个键（填写“σ”或“π”）；每个碳原子的另外两个sp2杂化轨道上的电子分别与两个氢原子的1s轨道的电子配对形成两个键（填写“σ”或“π”）；每个碳原子的一个未参与杂化的2P轨道（均含有一个未成对电子）能够以“肩并肩”的方式重叠，该轨道上的电子配对形成一个键（填写“σ”或“π”）。三个sp2杂化轨道的对称轴在同一平面上,对称轴夹角为120°，这样，在乙烯分子中的碳原子间，存在一个σ键和一个π键。

类似地，乙炔分子中的碳原子采取sp1杂化，两个sp杂化轨道的对称轴在同一直线上，夹角为，两个碳原子间存在一个键和两个键（填写“σ”或“π”）。

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杂化，由此形成的三个在同一平面内。三个分别与两个碳原子、一个氢原子形成

键（填写“σ”或“π”）。同时每个碳原子还有一个未参加杂化的，他们均有一个未成对电子。这些轨道垂直于，相互平行，以方式相互重叠，形成一个多电子的大键（填写“σ”或“π”）。

4、氨分子的结构：

在形成氨分子时，氮原子中的原子轨道也发生了杂化，生成个SP3杂化轨道，但所生成的sp3杂化轨道中，只有三个轨道各含有一个未成对电子，可分别与一个氢

原子的1s电子形成一个键（填写“σ”或“π”），另一个sp3杂化轨道中已有两个电子，属于孤对电子

．．．．，不能再与氢原子形成σ键了。所以，氮原子与三个氢原子结合形成氨分子的空间构型为，键角。

5、H2O分子的结构：

在形成水分子时，氧原子中的原子轨道也发生了杂化，生成个SP3杂化轨道，但所生成的sp3杂化轨道中，只有两个轨道各含有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个键（填写“σ”或“π”），另两个sp3杂化轨道中已各有两个

电子，属于孤对

．．，不能再与氢原子形成σ键了。所以，氧原子与两个氢原子结合形成．．电子

水分子的空间构型为，键角。

【概括整合】