1、第第2 2课时课时 杂化轨道理论简介杂化轨道理论简介 学习目标 1. 知道杂化轨道理论的基本内容。知道杂化轨道理论的基本内容。 2.能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构。能根据杂化轨道理论确定简单分子的空间结构。 1用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 在形成在形成 CH4分子时，碳原子的一个分子时，碳原子的一个 轨道和三个轨道和三个 轨道发生混轨道发生混 杂，形成杂，形成 4 个能量相等的个能量相等的 杂化轨道。杂化轨道。4 个个 杂化轨道分别与杂化轨道分别与 4 个个 H 原子的原子的 1s 轨道重叠形成轨道重叠形成 4 个个 CH 键，所以键，所以 4 个
2、个 CH 键是等键是等 同的。同的。 sp3 2s 2p sp3 基础梳理 2杂化轨道的形成及其特点杂化轨道的形成及其特点 3杂化轨道类型及其空间结构杂化轨道类型及其空间结构 (1)sp3杂化轨道杂化轨道 sp3杂化轨道是由杂化轨道是由 个个 s 轨道和轨道和 个个 p 轨道杂化形成的。轨道杂化形成的。 sp3杂化杂化 轨道间的夹角是轨道间的夹角是 109 28，空间结构为，空间结构为 (如下图所示如下图所示)。 1 正四面体形正四面体形 3 (2)sp2杂化轨道杂化轨道 sp2杂化轨道是由杂化轨道是由 个个 s 轨道和轨道和 个个 p 轨道杂化而成的。轨道杂化而成的。 sp2杂化杂化 轨道间
3、的夹角是轨道间的夹角是 ，呈，呈 (如下图所示如下图所示)。 平面三角形平面三角形 1 2 120 (3)sp 杂化轨道杂化轨道 sp 杂化轨道是由杂化轨道是由 个个 s 轨道和轨道和 个个 p 轨道杂化而成的。轨道杂化而成的。sp 杂化杂化 轨道间的夹角是轨道间的夹角是 ，呈，呈 (如下图所示如下图所示)。 180 1 1 直线形直线形 微点拨：微点拨：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的两种杂化形式中还有未参与杂化的 p 轨道，可轨道，可 用于形成用于形成 键，而杂化轨道只用于形成键，而杂化轨道只用于形成 键或者用来容纳未参与成键或者用来容纳未参与成 键的孤电子对。键的孤电子对。 (
4、4)VSEPR 模型与中心原子的杂化轨道类型模型与中心原子的杂化轨道类型 杂化轨道类型杂化轨道类型 VSEPR 模型模型 典型分子典型分子 空间结构空间结构 sp CO2 直线形直线形 sp2 SO2 V 形形 sp3 H2O V 形形 sp2 SO3 平面三角形平面三角形 sp3 NH3 三角锥形三角锥形 sp3 CH4 正四面体形正四面体形 1 判断正误判断正误(对的在括号内打对的在括号内打“”“”， 错的在括号内打， 错的在括号内打“”“”。 ) (1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。 ( ) (2)杂化轨道间的夹角
5、与分子内的键角不一定相同。杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。 ( ) (3)凡是中心原子采取凡是中心原子采取 sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是杂化轨道成键的分子其空间结构都是 正四面体形。正四面体形。 ( ) (4)凡凡 AB3型的共价化合物，其中心原子型的共价化合物，其中心原子 A 均采用均采用 sp3杂化轨道杂化轨道 成键。成键。 ( ) 效果验收效果验收 2能正确表示能正确表示 CH4中碳原子的成键方式的示意图为中碳原子的成键方式的示意图为( ) D 碳碳原子的原子的 2s 轨道与轨道与 2p 轨道形成轨道形成 4 个等性的杂化轨道，因个等性的杂化轨道，因 此碳原子此碳原子
6、 4 个价电子分占在个价电子分占在 4 个个 sp3杂化轨道上， 且自旋状态相同。杂化轨道上， 且自旋状态相同。 3ClO 、 、ClO 2、 、ClO 3、 、ClO 4中，中心原子 中，中心原子 Cl 都是以都是以 sp3杂化杂化 轨道方式与轨道方式与 O 原子成键，则原子成键，则 ClO 的空间结构是 的空间结构是_；ClO 2的 的 空间结构是空间结构是_；ClO 3的空间结构是 的空间结构是_；ClO 4的空间结 的空间结 构是构是_。 解析解析 ClO 的组成决定其空间结构为直线形。其他 的组成决定其空间结构为直线形。其他 3 种离子种离子 的中心原子的杂化方式都为的中心原子的杂化
7、方式都为 sp3杂化，从离子的组成上看其空间结构杂化，从离子的组成上看其空间结构 依次类似于依次类似于 H2O、NH3、CH4(或或 NH 4)。 。 答案答案 直线形直线形 V 形形 三角锥形三角锥形 正四面体形正四面体形 重难点重难点 杂化类型及分子空间结构的判断杂化类型及分子空间结构的判断 在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的 原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的 杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。例如杂化。双原子分子中，不存在杂化过程
8、。例如 sp 杂化、杂化、sp2杂化的过杂化的过 程如下：程如下： 难点突破 (1)观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，数量和能量有什 么变化？么变化？ 提示：提示：杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。 s 轨道与轨道与 p 轨道的能量不同， 杂化后， 形成的一组杂化轨道能量相同。轨道的能量不同， 杂化后， 形成的一组杂化轨道能量相同。 (2)2s 轨道与轨道与 3p 轨道能否形成轨道能否形成 sp2杂化轨道？杂化轨道？ 提示：提示：不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道
9、。不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s 与与 3p 不在同一能级，能量相差较大。不在同一能级，能量相差较大。 (3)用杂化轨道理论解释用杂化轨道理论解释 NH3、H2O 的空间结构？的空间结构？ 提示：提示：NH3分子中分子中 N 原子的价电子排布式为原子的价电子排布式为 2s22p3。1 个个 2s 轨轨 道和道和 3 个个 2p 经杂化后形成经杂化后形成 4 个个 sp3杂化轨道，其中杂化轨道，其中 3 个杂化轨道中个杂化轨道中 各有各有 1 个未成对电子，分别与个未成对电子，分别与 H 原子的原子的 1s 轨道形成共价键，另轨道形成共价键，另 1 个个 杂化轨道中是成对电子
10、，不与杂化轨道中是成对电子，不与 H 原子形成共价键，原子形成共价键，sp3杂化轨道为正杂化轨道为正 四面体形，但由于孤电子对的排斥作用，使四面体形，但由于孤电子对的排斥作用，使 3 个个 NH 的键角变小，的键角变小， 成为三角锥形的空间结构。成为三角锥形的空间结构。H2O 分子中分子中 O 原子的价电子排布式原子的价电子排布式 为为 2s22p4。1 个个 2s 轨道和轨道和 3 个个 2p 轨道经杂化后形成轨道经杂化后形成 4 个个 sp3杂化轨杂化轨 道，其中道，其中 2 个杂化轨道中各有个杂化轨道中各有 1 个未成对电子，分别与个未成对电子，分别与 H 原子的原子的 1s 轨道形成共
11、价键，另轨道形成共价键，另 2 个杂化轨道是成对电子，不与个杂化轨道是成对电子，不与 H 原子形成共原子形成共 价键，价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于杂化轨道为正四面体形，但由于 2 对孤电子对的排斥作用，对孤电子对的排斥作用， 使使 2 个个 OH 的键角变得更小，成为的键角变得更小，成为 V 形的空间结构。形的空间结构。 (4)CH4、NH3、H2O 中心原子的杂化类型都为中心原子的杂化类型都为 sp3，键角为什么，键角为什么 依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？ 提示：提示：CH4、NH3、H2O 中心原
12、子都采取中心原子都采取 sp3杂化，中心原子的杂化，中心原子的 孤电子对数依次为孤电子对数依次为 0 个、个、1 个、个、2 个。由于孤电子对对共用电子对的个。由于孤电子对对共用电子对的 排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比 较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按 sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数 越多，键角越小。越多，键角越小。 1杂化轨道理论要点杂
13、化轨道理论要点 (1)只有能量相近的原子轨道才能杂化。只有能量相近的原子轨道才能杂化。 (2)杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能 量相同。量相同。 (3)杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键 更牢固。更牢固。 核心突破核心突破 (4)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，不布，不同的杂化轨道伸展方向不同。同的杂化轨道伸展方向不同。 (5)杂化轨道只用于形成杂化轨道只用于形成 键或用于容纳
14、未参与成键的孤电子键或用于容纳未参与成键的孤电子 对。对。 (6)未参与杂化的未参与杂化的 p 轨道可用于形成轨道可用于形成 键。键。 2中心原子轨道杂化类型的判断中心原子轨道杂化类型的判断 (1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路：利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路： 价层电子对价层电子对 判断判断 杂化轨道数杂化轨道数 判断判断 杂化类型杂化类型 判断判断 杂化轨道构型。杂化轨道构型。 (2)根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为根据杂化轨道之间的夹角判断：若杂化轨道之间的夹角为 109 28，则中心原子发生，则中心原子发生 sp3杂化杂
15、化；若杂化轨道之间的夹角为；若杂化轨道之间的夹角为 120 ，则，则 中心原子发生中心原子发生 sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为杂化；若杂化轨道之间的夹角为 180 ，则中心原子发生，则中心原子发生 sp 杂化。杂化。 (3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取 sp3杂化，杂化， 连接双键的碳原子采取连接双键的碳原子采取 sp2杂化，连接三键的碳原子采取杂化，连接三键的碳原子采取 sp 杂化。杂化。 1下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的 是是( ) AC2H2：sp2、
16、直线形、直线形 BSO2 4：sp3、三角锥形、三角锥形 CH3O ： ：sp3、V 形形 DBF3：sp2、平面三角形、平面三角形 对对点训练点训练 D 乙炔的结构式为乙炔的结构式为 HCCH，每个碳原子价层电子对个，每个碳原子价层电子对个 数是数是 2 且不含孤电子对，所以且不含孤电子对，所以 C 原子采用原子采用 sp 杂化，为直线形结构；杂化，为直线形结构； SO2 4 中中硫原子的硫原子的价层电子对数价层电子对数4，孤电子对数为，孤电子对数为 0，采取，采取 sp3杂化，杂化， 为正四面体形；为正四面体形；H3O 中 中氧原子的氧原子的价层电子对价层电子对数数314，所以中心，所以中
17、心 原子原子轨道为原子原子轨道为 sp3杂化，该离子中含有一个孤电子对，所以其空间杂化，该离子中含有一个孤电子对，所以其空间 结构为三角锥形；结构为三角锥形；BF3分子中硼原子价层电子对数分子中硼原子价层电子对数303，杂化，杂化 轨道数为轨道数为 3，孤电子对数为，孤电子对数为 0，所以其空间结构为平面三角形。，所以其空间结构为平面三角形。 2下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ) ANCl3分子分子呈三角锥形，这是氮原子采取呈三角锥形，这是氮原子采取 sp2杂化的结果杂化的结果 Bsp3杂化轨道是由任意的杂化轨道是由任意的 1 个个 s 轨道和轨道和 3 个个 p 轨道混合形成轨道混合
18、形成 的的 4 个个 sp3杂化轨道杂化轨道 C中心原子采取中心原子采取 sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形杂化的分子，其空间结构可能是四面体形 或三角锥形或或三角锥形或 V 形形 DAB3型的分子空间结构必为平面三角形型的分子空间结构必为平面三角形 C NCl3分子中心氮原子上的价层电子对数分子中心氮原子上的价层电子对数 键电子对数键电子对数 孤电子对数孤电子对数35 31 2 4，因此，因此 NCl3分子中氮原子以分子中氮原子以 sp3杂化，杂化， 选项选项 A 错误；错误；sp3杂化轨道是原子最外电子层上的杂化轨道是原子最外电子层上的 s 轨道和轨道和 3 个个 p 轨轨 道道“
19、混杂混杂”起来，形成能量相等、成分相同的起来，形成能量相等、成分相同的 4 个轨道，选项个轨道，选项 B 错错 误； 一般中心原子采取误； 一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的空间结构为四面体形，杂化的分子所得到的空间结构为四面体形， 如甲烷分子， 但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据， 则如甲烷分子， 但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据， 则空空 间结构间结构发生变化，如发生变化，如 NH3、PCl3分子是三角锥形，选项分子是三角锥形，选项 D 错误，选错误，选 项项 C 正确。正确。 3计算下列各粒子中心原子的杂化轨道数、判断中心原子的杂计算下列各粒子中心原子的杂化轨道数
20、、判断中心原子的杂 化轨道类型、写出化轨道类型、写出 VSEPR 模型名称。模型名称。 答案答案 (1)2 sp 直线形直线形 (2)4 sp3 正四面体形正四面体形 (3)4 sp3 四面体形四面体形 (4)4 sp3 四面四面体形体形 (5)3 sp2 平面三角形平面三角形 1下列关于杂化轨道的说法错误的是下列关于杂化轨道的说法错误的是( ) A并不是所有的原子轨道都参与杂化并不是所有的原子轨道都参与杂化 B同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C杂化轨道能量集中，有利于牢固成键杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D杂化轨道都用来成键杂化轨道都用来成键 随
21、堂检测 D 参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如 1s 与与 2s、 2p 的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨 道才能参与杂化，故道才能参与杂化，故 A、B 正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，正确；杂化轨道的电子云一头大一头小， 成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化，形成牢固的化 学键，故学键，故 C 项正确；并不是所有的杂化轨道中都成键，也可以容纳项正确；并不是所有的杂化轨道中都成键，也可以容纳 孤电
22、子对孤电子对(如如 NH3、H2O 的形成的形成)，故，故 D 项错误。项错误。 2三氯化磷分子中的中心原子以三氯化磷分子中的中心原子以 sp3杂化，下列有关叙述正确杂化，下列有关叙述正确 的是的是( ) 3 个个 PCl 键长、键角均相等键长、键角均相等 空间结构为平面三角形空间结构为平面三角形 空间结构为正四面体形空间结构为正四面体形 空间结构为三角锥形空间结构为三角锥形 A B C D D PCl3中中 P 原子采取原子采取 sp3杂化， 有一对孤电子对， 结构类似于杂化， 有一对孤电子对， 结构类似于 NH3分子，分子，3 个个 PCl 键长、键角均相等，空间结构为三角锥形。键长、键角
23、均相等，空间结构为三角锥形。 3有关乙炔分子中的化学键描述不正有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是确的是( ) A两个碳原子采用两个碳原子采用 sp 杂化方式杂化方式 B两个碳原子采用两个碳原子采用 sp2杂化方式杂化方式 C每个碳原子都有两个未杂化的每个碳原子都有两个未杂化的 2p 轨道形成轨道形成 键键 D两个碳原子形成两个两个碳原子形成两个 键键 B 乙炔中每个碳原子价层电子对数是乙炔中每个碳原子价层电子对数是 2 且不含孤电子对，所且不含孤电子对，所 以碳原子采用以碳原子采用 sp 杂化，杂化，A 正确，正确，B 错误；每个碳原子中两个未杂化错误；每个碳原子中两个未杂化 的的 2p 轨
24、道肩并肩重叠形成轨道肩并肩重叠形成 键，键，C 正确；两个碳原子之间形成正确；两个碳原子之间形成 1 个个 键键 2 个个 键，键，D 正确。正确。 4下列关于原子轨道的说法正确的是下列关于原子轨道的说法正确的是( ) A杂化轨道形成共价键时，只能形成杂化轨道形成共价键时，只能形成 键不能形成键不能形成 键键 B凡凡 AB3型的共价化合物，其中心原子型的共价化合物，其中心原子 A 均采用均采用 sp3杂化杂化轨道轨道 成键成键 C凡是中心原子采取凡是中心原子采取 sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都杂化轨道成键的分子，其空间结构都 是正四面体形是正四面体形 DCH4分子中的分子中的 sp3杂
25、化轨道是由杂化轨道是由 4 个个 H 原子的原子的 1s 轨道和轨道和 C 原子的原子的 2p 轨道混合起来而形成的轨道混合起来而形成的 A AB3型的共价化合物，型的共价化合物，A 原子可能采取原子可能采取 sp2杂化或杂化或 sp3杂化杂化 B,错误错误;中心原子采取中心原子采取 sp3杂化， 轨道形状是正四面体， 但如果中心原杂化， 轨道形状是正四面体， 但如果中心原 子还有孤电子对，分子的空间结构则不是正四面体子还有孤电子对，分子的空间结构则不是正四面体，C 错误错误；CH4 分子中的分子中的 sp3杂化轨道是杂化轨道是 C 原子的一个原子的一个 2s 轨道与三个轨道与三个 2p 轨道
26、杂化而轨道杂化而 成的成的，D 错误错误。 5根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构，试根据相关知 识填空：识填空： (1)AsCl3分子的空分子的空间结构为间结构为_，其中，其中 As 的杂化轨道类型的杂化轨道类型 为为_。 (2)CS2分子中分子中 C 原子的杂化轨道类型是原子的杂化轨道类型是_。 (3)CH3COOH 中中 C 原子轨道杂化类型为原子轨道杂化类型为_。 解析解析 (1)AsCl3中中 As 元素价电子对数为元素价电子对数为 4， ，As 的杂化方式的杂化方式 为为 sp3杂化，杂化，AsCl3分子的空间结构为三角锥形。分子的空间结构为三角锥形。(2)CS2的结构式为的结构式为 S=C=S，C 原子形成原子形成 2 个双键，无孤电子对，所以为个双键，无孤电子对，所以为 sp 杂化。杂化。 (3)CH3COOH 的结构式为的结构式为，分子中甲基上的碳原子，分子中甲基上的碳原子 采用采用 sp3杂化，羧基中碳原子采用杂化，羧基中碳原子采用 sp2杂化。杂化。 答案答案 (1)三角锥形三角锥形 sp3 (2)sp (3)sp 3、 、sp2