第二節(jié)分子的立體結(jié)構(gòu)雜化軌道理論

第二節(jié)分子的立體結(jié)構(gòu)雜化軌道理論第1頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三思考

寫(xiě)出碳原子的核外電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結(jié)合形成CH4，而不是CH2？

碳原子的一個(gè)2S電子受外界影響躍遷到2P空軌道上，使碳原子具有四個(gè)單電子，因此碳原子與氫原子結(jié)合生成CH4?！?s2s2p↑↓↑↑↑1s2s2p↑第2頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

為了解釋像甲烷等分子的立體結(jié)構(gòu)，鮑林提出了雜化軌道理論。

如果C原子就以1個(gè)2S軌道和3個(gè)2P軌道上的單電子，分別與四個(gè)Ｈ原子的1S軌道上的單電子重疊成鍵，所形成的四個(gè)共價(jià)鍵能否完全相同？這與CH4分子的實(shí)際情況是否吻合？思考第3頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

看看雜化軌道理論的解釋：

由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混雜并重新組合成4個(gè)能量與形狀完全相同的軌道。我們把這種軌道稱之為

sp3雜化軌道。第4頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

為了四個(gè)雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個(gè)雜化軌道的伸展方向分別指向正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)。第5頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

四個(gè)H原子分別以4個(gè)s軌道與C原子上的四個(gè)sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了四個(gè)性質(zhì)、能量和鍵角都完全相同的S-SP3σ鍵，從而構(gòu)成一個(gè)正四面體構(gòu)型的分子。

109°28’第6頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、

基本要點(diǎn)：在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，若干不同類(lèi)型能量相近的原子軌道混合起來(lái)，重新組合成一組新軌道。這種軌道重新組合的過(guò)程叫做雜化，所形成的新軌道就稱為雜化軌道。三、雜化軌道理論

主族元素的

ns、np軌道強(qiáng)調(diào)：雜化前后軌道數(shù)目不變。如：1個(gè)s，1個(gè)p形成2個(gè)完全相同的sp雜化軌道,1個(gè)s，2個(gè)p形成3個(gè)完全相同的sp2雜化軌道,1個(gè)s，3個(gè)p形成4個(gè)完全相同的sp3雜化軌道,雜化后軌道伸展方向、形狀發(fā)生改變。即雜化軌道數(shù)=參與雜化的軌道數(shù)目第7頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三sp3

雜化原子形成分子時(shí)，同一個(gè)原子中能量相近的一個(gè)

ns

軌道與三個(gè)np

軌道進(jìn)行混合組成四個(gè)新的原子軌道稱為sp3雜化軌道。sp3雜化軌道特點(diǎn)：四個(gè)sp3軌道在空間均勻分布，軌道間夾角109°28′2、雜化軌道類(lèi)型：第8頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

BF3是平面三角形構(gòu)型，分子中鍵角均為120o；氣態(tài)BeCl2是直線型分子構(gòu)型，分子中鍵角為180o

。試用雜化軌道理論加以說(shuō)明。思考第9頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三BF3分子的空間構(gòu)型

BF3分子的中心原子是B，其價(jià)層電子排布為2s22px1

。在形成BF3分子的過(guò)程中，B原子的2s軌道上的1個(gè)電子被激發(fā)到2p空軌道，價(jià)層電子排布為2s12px12py1

，1個(gè)2s軌道和2個(gè)2p軌道進(jìn)行sp2雜化，形成夾角均為1200的3個(gè)完全等同的SP2雜化軌道。其形成過(guò)程可表示為：第10頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三理論分析:B原子的三個(gè)SP2雜化軌道分別與3個(gè)F原子含有單電子的2p軌道重疊，形成3個(gè)sp2-p的σ鍵。故BF3

分子的空間構(gòu)型是平面正三角形。實(shí)驗(yàn)測(cè)定:BF3分子中有3個(gè)完全等同的B-F鍵，鍵角為1200

，分子的空間構(gòu)型為平面正三角形。

第11頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三sp2雜化軌道特點(diǎn)：3個(gè)sp2雜化軌道在一個(gè)平面內(nèi)均勻分布，軌道間夾角120°空間構(gòu)型：平面三角形sp2雜化第12頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三BeCl2分子的形成和空間構(gòu)型

Be原子的價(jià)層電子排布為2s2

。在形成BeCl2

分子的過(guò)程中，Be原子的1個(gè)2s電子被激發(fā)到2p空軌道，價(jià)層電子排布變?yōu)闉?s12px1

。這2個(gè)含有單電子的2s軌道和2px軌道進(jìn)行sp雜化，組成夾角為1800

的2個(gè)能量相同的sp雜化軌道，其形成過(guò)程可表示為：第13頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三理論分析：Be原子上的兩個(gè)SP雜化軌道分別與2個(gè)Cl原子中含有單電子的3p軌道重疊，形成2個(gè)sp-p的σ鍵，所以BeCl2分子的空間構(gòu)型為直線形。實(shí)驗(yàn)測(cè)定：BeCl2分子中有2個(gè)完全等同的Be-Cl鍵，鍵角為1800

，分子的空間構(gòu)型為直線形。第14頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三sp雜化

sp雜化軌道特點(diǎn)：2個(gè)sp雜化軌道在一條直線上，軌道間夾角180°空間構(gòu)型：直線形注：（1）雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤對(duì)電子；（2）未參與雜化的P軌道，可用于形成∏鍵第15頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三思考題：根據(jù)以下事實(shí)總結(jié)：如何判斷一個(gè)化合物的中心原子的雜化類(lèi)型？第16頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、判斷分子或離子中心原子的雜化類(lèi)型的一般方法：（1）.對(duì)于主族元素來(lái)說(shuō)，中心原子的雜化軌道數(shù)=價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵電子對(duì)數(shù)（中心原子結(jié)合的電子數(shù)）+孤電子對(duì)數(shù)規(guī)律：當(dāng)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4時(shí)，其雜化類(lèi)型為SP3雜化，當(dāng)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3時(shí)，其雜化類(lèi)型為SP2雜化，當(dāng)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2時(shí)，其雜化類(lèi)型為SP雜化。第17頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三已知：雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來(lái)容納孤電子對(duì)★雜化軌道數(shù)0+2=2SP直線形0+3=3SP2平面三角形0+4=4SP3

正四面體1+2=3SP2V形1+3=4SP3

三角錐形2+2=4SP3V形代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道類(lèi)型分子結(jié)構(gòu)CO2CH2OCH4SO2NH3H2O結(jié)合上述信息完成下表：中心原子孤對(duì)電子對(duì)數(shù)＋中心原子結(jié)合的原子數(shù)第18頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三試用雜化軌道理論分析乙烯和乙炔分子的成鍵情況交流討論第19頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

C原子在形成乙烯分子時(shí)，碳原子的2s軌道與2個(gè)2p軌道發(fā)生雜化，形成3個(gè)sp2雜化軌道，伸向平面正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。每個(gè)C原子的2個(gè)sp2雜化軌道分別與2個(gè)H原子的1s軌道形成2個(gè)相同的σ鍵，各自剩余的1個(gè)sp2雜化軌道相互形成一個(gè)σ鍵，各自沒(méi)有雜化的l個(gè)2p軌道則垂直于雜化軌道所在的平面，彼此肩并肩重疊形成π鍵。所以，在乙烯分子中雙鍵由一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵構(gòu)成。第20頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

C原子在形成乙炔分子時(shí)發(fā)生sp雜化，兩個(gè)碳原子以sp雜化軌道與氫原子的1s軌道結(jié)合形成σ鍵。各自剩余的1個(gè)sp雜化軌道相互形成1個(gè)σ鍵，兩個(gè)碳原子的未雜化2p軌道分別在Y軸和Z軸方向重疊形成π鍵。所以乙炔分子中碳原子間以叁鍵相結(jié)合。第21頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）.通過(guò)看中心原子有沒(méi)有形成雙鍵或三鍵來(lái)判斷中心原子的雜化類(lèi)型。規(guī)律：如果有1個(gè)三鍵或兩個(gè)雙鍵，則其中有2個(gè)π鍵，用去2個(gè)P軌道，形成的是SP雜化；如果有1個(gè)雙鍵則其中必有1個(gè)π鍵，用去1個(gè)P軌道，形成的是SP2雜化；如果全部是單鍵，則形成SP3雜化。第22頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2直線形sp直線形2直線形sp直線形2直線形sp直線形2直線形sp直線形3平面三角形sp2平面三角形3平面結(jié)構(gòu)sp2

平面結(jié)構(gòu)3平面三角形sp2平面三角形3V形平面三角形sp24正四面體sp3正四面體4四面體sp3三角錐形4四面體sp3V形4正四面體sp3正四面體4四面體sp3三角錐形第23頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三小結(jié):222210301304直線形直線形CO2、BeCl2平面三角形V形SO2四面體三角錐形V形H2O、H2S平面三角形平面三角形BF3、SO3、CO32-、NO3-

四面體NH3、H3O+正四面體正四面體CH4、NH4+、SO42-spsp2sp3sp2sp3sp3第24頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.下列分子中心原子是sp2雜化的是（）A.PBr3B.CH4

C.BF3D.H2O2.下列分子中的中心原子雜化軌道的類(lèi)型相同的是（）A.CO2與SO2B.CH4與NH3

C.BeCl2與BF3D.C2H2與C2H4CB第25頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.先推斷雜化軌道類(lèi)型，并寫(xiě)出下列分子或離子的幾何構(gòu)型：CO2___________，______________CO32-__________；_____________H2S_____________，_______________PH3____________。_______________sp直線形sp2平面三角形sp3V形sp3三角錐形第26頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.下列對(duì)sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角的比較，得出結(jié)論正確的是（）A.sp雜化軌道的夾角最大B.sp2雜化軌道的夾角最大C.sp3雜化軌道的夾角最大D.sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角相等A第27頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.對(duì)SO2與CO2說(shuō)法正確的是（）A.都是直線形結(jié)構(gòu)B.中心原子都采取sp雜化軌道C.S原子和C原子上都沒(méi)有孤對(duì)電子D.SO2為V形結(jié)構(gòu)，CO2為直線形結(jié)構(gòu)D第28頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三7.有關(guān)乙炔分子中的化學(xué)鍵描述不正確的是（）A．兩個(gè)碳原子采用sp雜化方式B．兩個(gè)碳原子采用sp2雜化方式C．每個(gè)碳原子都有兩個(gè)未雜化的2p軌道形成π鍵D．兩個(gè)碳原子形成兩個(gè)π鍵B第29頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期三8.用Pauling的雜化