高中化学选修三第二章第二节

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）； （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）杂化前后原子轨道为使相互间排斥力最小，故 在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向 不同；
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。
大π 键
C6 H6
sp2杂化
四、配合物理论简介
CuSO4•5H2O
思考与 交流
[Cu(H2O)4]2+
Cu2+与H2O是如何结合的呢？
X
•
O ••
••
• + 2H
• H H• O ••
X X
••
• H H• O •• H
X X
••
1、配位键
（1）定义：提供孤电子对的原子与接受孤电 子对的原子之间形成的共价键。 注意： 配位键与共价键性质完全相同 （2）配位键的形成条件 一方提供孤电子对(配位体)
(H为1，其他原子为“8-该原子的最外层电子数）
孤电子对的计算
分子或 中心原 离子 子
H2O SO2 NH4+ CO32O S N
=½ （a-xb) x b
中心原子 上的孤电 子对数
a
6
2
1
2
6
2
2
1
5-1=4
4
1
0
C
4+2=6 3 2 0
A
4.价电子对的空间构型即VSEPR模型
电子对数目：2 VSEPR模型： 直线
不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的 不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对。
H2O原子轨道杂化
O原子：2s22p4 有2个 单电子，可形成2个共价键， 键角应当是90°。为什么？
2 对孤对电子
杂化
2p
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
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
正四 面体
120° 正四 109.5° 面体 109.5° 109.5° V形 104.5°
3
平面三角形
4
正四面体
5. VSEPR模型应用——预测分子立体构型
分子或 离子
中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间，并与成键电子对互相排斥。 推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对。
σ键电子对
数
孤电子对 数
VSEPR模 分子的立体 型及名称 构型及名称
O C O
CO2
CO3 SO2
0 AB2 0 AB3
直线形
CO2
平面三角形 V形
BF3
2 1 AB2
SO2
价 VSEPR 层 模型 电 子 对 数
成键 电子 对数
孤对 电子 对数
分 子 类 型
实 例
电子对的排布 模型 分子构型
4
4
正四 面 体
0 1
AB4 AB3
正四面体
CH4
3
三角锥形
NH3
2
2
AB2
V形
H2O
1.若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形 成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模 型，下列说法正确的（C ） A.若n=2，则分子的立体构型为V形 B.若n=3，则分子的立体构型为三角锥形 C.若n=4，则分子的立体构型为正四面体形 D.以上说法都不正确 D 2.用价层电子对互斥模型判断SO3的分子构型 ＿＿ ＿ A、正四面体形 B、V形 C、三角锥形 D、平面 三角形
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，在外界条件影响下若干不同类 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。
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
=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数
杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的 VSEPR模型，然后就可以比较方便地确定中心 原子的杂化轨道类型。
4.杂化类型判断：
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的价电子对数相等。
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
为什么CuSO4 •5H2O晶体是蓝色而无水 CuSO4 是白色？
固体
CuSO4 CuCl2•2H2O CuBr2 NaCl K2SO4 KBr
白色
绿色
深褐色 白色 白色 白色
溶液 天蓝色 天蓝色 天蓝色 无色 无色 无色 颜色 Na+ Cl- K + SO42 – Br - K + 无色离子： 什么离子 2+ [Cu(H O) ] 四水合铜离子 2 4 呈天蓝色：
代表 物 H2O 电子式 H :O:H : : : : 中心原子结合 σ键电子 孤对电 价层电 原子数 对 子对 子对数
2
2
2
4
H : N :H H H CH4 H : C : H H CO2 :O::C::O:
NH3
3
4
3
4
1
0
4
4
价层电子对数 =δ键个数+中心原子上的孤对电子对个数 δ键电子对数 = 与中心原子结合的原子数
第二节
分子的立体构型
第一课时 ——价层互斥理论
一、形形色色的分子
1、三原子分子立体结构
CO2
直线形
H2O
V形 105°
180°
一、形形色色的分子
2、四原子分子立体结构
HCHO
平面三角形
NH3
三角锥形
120°
107°
一、形形色色的分子
3、五原子分子立体结构
正四面体
CH4
一、形形色色的分子
4、其它
三角 107.3° 锥形 107.3°
例题：对SO2与CO2说法正确的是( A．都是直线形结构 B．中心原子都采取sp杂化轨道
D
)
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
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。
A的价电子对数 A的杂化轨道数 杂化类型 A的价电子空间构型 A的杂化轨道空间构型 2 2 sp 直线型 直线型 直线型 3 3 sp2 平面三角形 平面三角形 平面三角 形或V形 4 4 sp3 正四面体 正四面体
正四面体、 三角锥形 或V形
ABm型分子或离子空 间构型
例：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
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
sp3
2p
sp 杂化
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。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-
2
0
直线形
直线形
O
3
0
O
平面三角形 平面三角形 O
O S O
C
2
1
平面三角形
V形
分子或 离子
σ键电子对
数
孤电子对 数
VSEPR模 分子的立体 型及名称 构型及名称
H
CH4
NH3 H2O
4
0
正四面体
正四面体
H H
C
H
3
1 正四面体
N H H H三角锥形 O
2
2 正四面体
H H
V形
化学式
中心原子 σ键电子 孤对电子 对数 数
1、多原子分子的立体结构有多种，三原子分子的立体结构有＿＿ ＿直线 形和 V 形，大多数四原子分子采取 平面三角 形和 ＿ 三角锥 形两种立体结构，五原子分子的立体结构中最常见的是 ＿＿ 正四面体 形。 D 2 、下列分子或离子中，不含有孤对电子的是 ＿＿＿ A、H2O、B、H3O+、C、NH3、D、NH4+ 3 、下列分子①BCl3、②CCl4、③H2S、④CS2中,其键角由小到大 ③②①④ 的顺序为＿＿＿ 4、以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为109°28′ 的是＿ C ＿＿＿ ①CH4 ②NH4+ ③CH3Cl ④P4 ⑤SO42A、①②③ B、①②④ C、①②⑤ D、①④⑤
例如：
Sp3 杂化 —— CH4分子的形成
2s
2p
激发
C：2s22p2
2s
sp3
2p
sp 杂化
3
3.杂化轨道分类： 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 轨道间夹角( 键角) 180° 120° 109°28′
第二节
分子的立体构型
第二课时——杂化理论
请根据价层电子对互斥理论分析CH4的立 体构型.（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
H原子轨道排布图
1s2
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。
: : :
中心原子上的孤电子对数 =½ （a-xb)
a:
对于原子：为中心原子的最外层电子数
(对于阳离子：a为中心原子的 最外层电子数减去离子的 电荷数；对于阴离子： a为中心原子 的最外层电子数加 上离子的电荷数）
x 为与中心原子结合的原子数 b 为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数
1.内容
对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对 （包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对）之 间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取 电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥 力最小，分子体系能量最低,最稳定。
σ键电子对和 孤对电子对
排斥力最小
2.价层电子对（σ键电子对和未成键的孤对电子对）
Cl
Be
180° sp
Cl
px 2 2 Be原子： Cl 1s 2s
px 没有单个电子， Cl
2s
2p
激发
sp杂化
2s
sp
2p
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。 每两个轨道间的夹角为120°，呈平 面三角形。
P4
正四面体
C2H2
直线形 180°
60°
同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结构却不 同，什么原因？
同为四原子分子，CH2O与 NH3 分子的的空 间结构也不同，什么原因？
资料卡片： 形形色色的分子
C60
C20
C40
C70
测分子立体结构：红外光谱仪 → 吸收峰 →分析。
二、价层互斥理论
VSEPR模型
空间构型
H 2S
BF3
2
2
四面体
V形
0
3
平面三角形
平面三角形
NH2
-
2
2
四面体
V形
ABn 型分子的VSEPR模型和立体结构
价 σ 孤 层 VSEPR 键 对 分子 电子对的排 电 电 电 类型 布模型 立体结构 子 模型 子 子 对 对 对 数 数 数
2 直线 2 形 平面 3 3 三角 形 实 例
例如：
Sp2 杂化 —— BF3分子的形成
F
B
B： 1s22s22p1没有3个成单电子
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。