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1、第二节第二节分子的立体结构分子的立体结构（杂化轨道理论）（杂化轨道理论）2013.2中心原子中心原子分子分子类型类型中心原子中心原子结合的原子数结合的原子数代表物代表物空间构型空间构型无孤对电子无孤对电子AB22CO2AB33CH2OAB44CH4有孤对电子有孤对电子AB22H2OAB33NH3直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体正四面体V形形三角锥形三角锥形二、价层电子对互斥模型二、价层电子对互斥模型(VSEPR(VSEPR模型模型) )一、形形色色的分子一、形形色色的分子复 习 回 顾3.3.如果如果C C原子就以个原子就以个s s轨道和个轨道和个p p轨道上的轨道上的单电子，分别与四
2、个原子的单电子，分别与四个原子的s s轨道上的单电子轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这与与CHCH分子的实际情况是否吻合？分子的实际情况是否吻合？思考与交流思考与交流1.1.回忆：回忆： CHCH分子中分子中C C原子形成几个共价键？分子原子形成几个共价键？分子空间构型怎样？空间构型怎样？ 2. 2.写出基态写出基态C C原子价电子的电子排布图原子价电子的电子排布图, ,并推测：并推测：CHCH分子的分子的C C原子怎样才能形成四个共价键？原子怎样才能形成四个共价键？键长、键能相同，键角相同为键长、键能相同，键角相同为1092
3、82s 2px 2py 2pz 为为了了解解决决这这一一矛矛盾盾，鲍鲍林林提提出出了了杂杂化化轨轨道道理理论论，它它的的要要点点是是：当当碳碳原原子子与与4个个氢氢原原子子形形成成甲甲烷烷分分子子时时，碳碳原原子子的的2s轨轨道道和和3个个2p轨轨道道会会发发生生混混杂杂，混混杂杂时时保保持持轨轨道道总总数数不不变变，得得到到4个个相相同同的的sp3杂化轨道，夹角杂化轨道，夹角109 28 ,正四面体形。正四面体形。三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介2s2pC的基态的基态2s2p激发态激发态正四面体形正四面体形sp3 杂化态杂化态激发激发杂化杂化sp3 杂化杂化 C C原子由原子由1 1
4、个个2s2s轨道和轨道和3 3个个2p2p轨道混杂并重新组合成轨道混杂并重新组合成4 4个能量与个能量与形状完全相同的轨道。形状完全相同的轨道。由于每个轨道中都含有由于每个轨道中都含有1/41/4的的s s轨道成分和轨道成分和3/43/4的的p p轨道成分，因此我们把这种轨道称之为轨道成分，因此我们把这种轨道称之为 spsp3 3杂化轨道。杂化轨道。为了四个杂化轨道为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最使轨道间的排斥最小，小，4 4个杂化轨道的个杂化轨道的伸展方向分别指向伸展方向分别指向正四面体的四个顶正四面体的四个顶点。点。 四个四个H原子分别以原子分别以1s轨
5、道与轨道与C原子上的四个原子上的四个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量和键角都完全相同的s-sp3键，形成一个正四键，形成一个正四面体构型的分子。面体构型的分子。 10928 通过以上的学习，以CH4为例，谈谈你对“杂化”及“杂化轨道”的理解。1.C1.C原子为什么要进行原子为什么要进行“杂化杂化”？ 2.2.什么是杂化？什么是杂化？C C原子是如何进行原子是如何进行“杂化杂化”的？的？ 3.3.“杂化轨道杂化轨道”有哪些特点？有哪些特点？思考与交流思考与交流 在形成分子时，由于原子的相互影响，在形成分子时，由于原子的相
6、互影响，同同一原子中的若干不同类型、能量相近的原子一原子中的若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道 这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的这种轨道重新组合的过程称为原子轨道的“杂化杂化”（混合平均化混合平均化） 1. 1. 杂化轨道概念杂化轨道概念三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介2.2.杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点(1) 发生轨道杂化的原子一定是发生轨道杂化的原子一定是中心原子中心原子。(2) 参加杂化的各原子轨道参加杂化的各原子轨道能量要
7、相近能量要相近（同一能级组或（同一能级组或 相近能级组的轨道）。相近能级组的轨道）。(3)杂化轨道的能量、形状完全相同。杂化轨道的能量、形状完全相同。(4) 杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目 等于等于形成的杂化轨道数目；形成的杂化轨道数目；杂化后原子轨道方向杂化后原子轨道方向 改变改变，杂化轨道在成键时更，杂化轨道在成键时更有利于轨道间的重叠有利于轨道间的重叠(5) 杂化轨道在杂化轨道在空间构型空间构型上都具有一定的上都具有一定的对称性对称性（以（以 减小化学键之间的排斥力）。减小化学键之间的排斥力）。(6)分子的构型主要取决于原子轨道的
8、杂化类型。分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。(7)杂化轨道只能用于形成杂化轨道只能用于形成键，键，不能用于形成不能用于形成键键。180实验测得实验测得: 两个共价键，直线形分子（键角两个共价键，直线形分子（键角180） ClBeCl 探究探究1：BeCl2分子的形成分子的形成 Be原子价电子排布式：原子价电子排布式：2s2 没有未成对电子没有未成对电子ClClBe一个一个2s 和一个和一个2 p 轨道杂化轨道杂化,形成形成sp杂化轨道杂化轨道 为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为为使轨道间的排斥能最小，轨道间的夹角为180 。 sp杂化轨道的形成和空间取向示意图杂化轨道的形成和空间取向
9、示意图每个每个sp杂化轨道的形状为杂化轨道的形状为 一头大，一头小；一头大，一头小；含有含有1/2 s 轨道和轨道和1/2 p 轨道的成分；轨道的成分；两个轨道间的夹角为两个轨道间的夹角为180，呈，呈直线型。直线型。1个个s 轨道与轨道与1个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成2个个sp杂化轨道。杂化轨道。 sp 杂化杂化 BeCl2分子的形成分子的形成BeCl2分子结构分子结构ClClsppxpx 规律规律：第：第A族、族、B族元素与第族元素与第A族元族元素所形成的素所形成的MX2型共价化合物，中心原子采取型共价化合物，中心原子采取sp杂化。如杂化。如BeBr2、HgCl2。 Cl
10、BeCl 实验测得，三个共价键，实验测得，三个共价键，平面三角形分子（键角平面三角形分子（键角120）。B原子价电子排布式：原子价电子排布式：2s22p1，有一，有一个未成对电子个未成对电子120FFFB 探究探究2：BF3 分子的形成分子的形成 1个个2s 轨道与轨道与2个个2p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成3个个sp2 杂杂化轨道。化轨道。sp2杂化轨道的形成和空间取向示意图杂化轨道的形成和空间取向示意图 sp2 杂化杂化 BF3分子的形成分子的形成 每个每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有小，含有 1/3 s 轨道和轨道和 2/3 p
11、轨道的成分轨道的成分,每每两个轨道间的夹角为两个轨道间的夹角为120，呈呈平面三角形平面三角形 sp2杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与2个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成3个个sp2 杂化轨道。杂化轨道。规律规律：第：第A族元素与第族元素与第A族元素族元素所形成的所形成的MX3型共价化合物，中心原型共价化合物，中心原子采取子采取sp2杂化。如杂化。如BBr3。 sp3杂化杂化 CH4分子的形成分子的形成 sp3杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与3个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成4个个sp3 杂化轨道。杂化轨道。 每个每个sp3杂化轨道的形状杂化轨道的形状也为一头大，
12、一头小，也为一头大，一头小， 含有含有 1/4 s 轨道和轨道和 3/4 p 轨道的成分轨道的成分 每两个轨道间的夹角为每两个轨道间的夹角为10928，正四面体形，正四面体形 规律规律：第：第A族元素与第族元素与第A族、族、A族元素所形成的族元素所形成的MX4型共价化合型共价化合物，中心原子采取物，中心原子采取sp3杂化。如杂化。如CCl4、SiF4、CHCl3。 杂杂 化化 类类 型型spspspsp2 2spsp3 3参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道 杂杂 化化 轨轨 道道 数数 杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角 空空 间间 构构 型型 实实 例例 3.3.三种三种spsp杂化轨道类型的比
13、较杂化轨道类型的比较 1个个s+2个个p1个个s+1个个p1个个s+3个个p2个个sp杂化杂化轨道轨道3个个sp2杂化轨道杂化轨道4个个sp3杂化轨道杂化轨道18012010928直线形直线形平面三角形平面三角形正四面体形正四面体形BeCl2BF3CH4用用杂杂化化轨轨道道理理论论分分析析下下列列物物质质的的杂杂化化类类型型、成键情况和分子的空间构型。成键情况和分子的空间构型。（1）CH2CH2 （2）CHCH提醒：杂化轨道只能用于形成提醒：杂化轨道只能用于形成键或键或容纳孤对电子，剩余的未杂化容纳孤对电子，剩余的未杂化p p轨道轨道还可形成还可形成键。键。应用反馈应用反馈 C C原子在形成乙
14、烯分子时，碳原子的原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s2s轨道与轨道与2 2个个2p2p轨道发生杂轨道发生杂化，形成化，形成3 3个个spsp2 2杂化杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。 每个每个C C原子的原子的2 2个个spsp2 2杂化轨道分别与杂化轨道分别与2 2个个H H原子的原子的1s1s轨道形成轨道形成2 2个个相同的相同的键，各自剩余的键，各自剩余的1 1个个spsp2 2杂化轨道相互形成一个杂化轨道相互形成一个键键. . 各自没有杂化的各自没有杂化的l l个个2p2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并
15、肩重叠形成此肩并肩重叠形成键。键。所以，在乙烯分子中双键由一个所以，在乙烯分子中双键由一个键和键和一个一个键构成。键构成。 C C原子在形成乙炔分子时发生原子在形成乙炔分子时发生spsp杂化。杂化。 两个碳原子以两个碳原子以spsp杂化轨道与氢原子的杂化轨道与氢原子的1s1s轨道结合形成轨道结合形成键。键。 各自剩余的各自剩余的1 1个个spsp杂化轨道相互形成杂化轨道相互形成1 1个个键，键， 两个碳原子的两个碳原子的未杂化未杂化2p2p轨道分别在轨道分别在Y Y轴和轴和Z Z轴方向重叠形成轴方向重叠形成键。键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。注意：注
16、意：杂化轨道一般形成杂化轨道一般形成键，没有杂化的键，没有杂化的p p轨轨道形成道形成键。键。根根据据以以下下事事实实总总结结：如如何何判判断断一一个个化化合合物物的的中中心原子的杂化类型？心原子的杂化类型？CCsp3sp2spCCCC问题探究问题探究注意：杂化轨道只用于形成注意：杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤对电子键或者用来容纳孤对电子 杂化轨道数杂化轨道数 = = 中心原子价层电子对数中心原子价层电子对数= = 中心原子孤中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数对电子对数中心原子结合的原子数0+2=2sp直线形直线形0+3=3sp2平面三角形平面三角形0+4=4sp3正四面体形正四面体
17、形1+2=3sp2V形形1+3=4sp3三角锥形三角锥形2+2=4sp3V形形代表物代表物杂化轨道数杂化轨道数 杂化轨道类型杂化轨道类型 分子结构分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O4.4.中心原子杂化类型判断的一般方法中心原子杂化类型判断的一般方法知识小结三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介1. 1. 杂化轨道概念杂化轨道概念2.2.杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点3.3.三种三种spsp杂化轨道类型的比较杂化轨道类型的比较 sp杂化轨道杂化轨道直线形，夹角直线形，夹角1802个个sp2杂化轨道杂化轨道平面三角形，夹角平面三角形，夹角1203个个sp3杂化轨道杂化轨道正四面体形，夹角正四面体形，夹角109284个个4.4.中心原子杂化类型判断的一般方法中心原子杂化类型判断的一般方法杂化轨道数杂化轨道数=中心原子价层电子对数中心原子价层电子对数=中心原子孤对电子对中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数数中心原子结合的原子数
