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1、杂化化轨道理道理论2021/8/9 星期一11 1、要点：中心原子价电子层电子对（包括、要点：中心原子价电子层电子对（包括 电子对和电子对和 的孤对电子的孤对电子对）的互相对）的互相 作用，使分子的几何构型作用，使分子的几何构型总是采取电子对相互总是采取电子对相互 的那种构型，的那种构型，即分子尽可能采取对称的空间构型。即分子尽可能采取对称的空间构型。（VSEPR模型模型）成键成键未成键未成键排斥排斥排斥最小排斥最小价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型应用：可用来应用：可用来预测预测分子的立体结构分子的立体结构2021/8/9 星期一2 利用价层电子对互斥理论时，首利用价层电子对互斥理论时，首
2、先要根据原子的最外层电子数，判先要根据原子的最外层电子数，判断中心原子上有没有孤对电子，然断中心原子上有没有孤对电子，然后再根据中心原子结合的原子的数后再根据中心原子结合的原子的数目，就可以判断分子的空间构型目，就可以判断分子的空间构型2021/8/9 星期一3代表代表物物中心原中心原子结合子结合的原子的原子数数孤对电孤对电子的对子的对数数分子分子类型类型空间构型空间构型中心原子中心原子无孤对电无孤对电子子COCO2 22 20 0ABAB2 2CHCH2 2O O3 30 0ABAB3 3CHCH4 44 40 0ABAB4 4中心原子中心原子有孤对电有孤对电子子H H2 2O O2 22
3、2ABAB2 2NHNH3 33 31 1ABAB3 3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 V 形形三角锥形三角锥形价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型2021/8/9 星期一4分析思考：分析思考：、写出、写出C原子电子排布的轨道表示式，并由此原子电子排布的轨道表示式，并由此推测：推测：CH分子的分子的C原子有没有可能形成四个原子有没有可能形成四个共价键？怎样才能形成四个共价键？共价键？怎样才能形成四个共价键？、如果、如果C原子就以个轨道和个原子就以个轨道和个轨道上的单电子，分别与四个原子的轨轨道上的单电子，分别与四个原子的轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价键道上的单电子
4、重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这与能否完全相同？这与CH分子的实际情况是否分子的实际情况是否吻合？吻合？2021/8/9 星期一5如何才能使如何才能使CH分子中的分子中的C原子与四个原子与四个H原子形成完原子形成完全等同的四个共价键呢？全等同的四个共价键呢？10928原子轨道？伸展方向？2021/8/9 星期一6二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论 解释解释分子的立体构型分子的立体构型1 1、杂化轨道的概念、杂化轨道的概念 在形成多原子分子的过程中，在形成多原子分子的过程中，中中心原子心原子的若干的若干能量相近能量相近的原子轨道间通的原子轨道间通过相互的混杂后，形成过相互的混杂后，形成
5、相同数量相同数量的几个的几个能量与形状都相同能量与形状都相同的新轨道。的新轨道。杂化轨道只用于形成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剩余的剩余的p轨道可以形成轨道可以形成键键2021/8/9 星期一72021/8/9 星期一8C2H4(sp2杂化）杂化）2021/8/9 星期一92021/8/9 星期一10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1s+1p1s+1p1s+2p1s+2p1s+3p1s+3p杂杂 化化 轨轨 道道 数数2 2个个spsp杂化轨道杂化轨道3 3个个spsp2 2杂化轨道杂化轨道4 4个
6、个spsp3 3杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角181812121010 28 28空空间间构构型型直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体实实例例BeCl2,C2H2BF3,C2H4CH4,CCl42 2、杂化轨道的类型、杂化轨道的类型2021/8/9 星期一11a)a)中心原子价层电子总数等于中心中心原子价层电子总数等于中心中心原子价层电子总数等于中心中心原子价层电子总数等于中心A A的价电子数加上的价电子数加上的价电子数加上的价电子数加上配体配体配体配体 BB在成键过程中提供的电子数在成键过程中提供的电子数在成键过程中提供的电子数在成键过程中提供的电子数 。如如如如 CCl
7、CCl4 44+14+1 4=84=8杂化轨道数杂化轨道数=中心原子总价电子数中心原子总价电子数2（不包括（不包括键）键）b)b)氧族元素的原子做中心时，价电子数为氧族元素的原子做中心时，价电子数为氧族元素的原子做中心时，价电子数为氧族元素的原子做中心时，价电子数为 6 6。如。如。如。如 H H2 2OO或或或或 H H2 2SS。做配体时，提供电子数为做配体时，提供电子数为做配体时，提供电子数为做配体时，提供电子数为 0 0。如。如。如。如 COCO22 c)c)处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如处
8、理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如 POPO443 3 ：5+05+0 4+3=84+3=8，NHNH4 4 ：5+15+1 4-1=84-1=8。3 3、中心原子杂化方式的判断、中心原子杂化方式的判断2021/8/9 星期一12（4+04+0）2=22=2代表物代表物杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道杂化轨道类型类型分子结构分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O（4+2+04+2+0）2=32=3（4+44+4）2=42=4（6+06+0）2=32=3（5+35+3）2=42=4（6+26+2）2=42=4SPSPSPSP2 2SPSP3 3SPSP2 2SPSP3 3SPSP3 3
9、直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形正四面体形正四面体形正四面体形正四面体形V V形形形形三角锥形三角锥形三角锥形三角锥形V V形形形形2021/8/9 星期一13杂化轨道数杂化轨道数中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数中心原子孤对电子对数中心原子结合的原子数0+2=20+2=2代表物代表物杂化轨道数杂化轨道数杂化轨道杂化轨道类型类型分子结构分子结构CO2CH2OCH4SO2NH3H2O0+3=30+3=30+4=40+4=41+2=31+2=31+3=41+3=42+2=42+2=4SPSPSPSP2 2SPSP3 3SPSP2 2SPSP3 3SPSP3 3
10、直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形正四面体形正四面体形正四面体形正四面体形V V形形形形三角锥形三角锥形三角锥形三角锥形V V形形形形2021/8/9 星期一142021/8/9 星期一15练习：练习：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型、成键情况和分子的空间构型。类型、成键情况和分子的空间构型。（1）CO2（2）H2O（3）HCHO（4）HCN（5）SO32021/8/9 星期一162021/8/9 星期一17天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色天蓝色无色无色无色无色无色无色配合物理论简介配合物理论简介：实验实验实验实验2-12-1固体
11、颜色固体颜色固体颜色固体颜色溶液颜色溶液颜色溶液颜色溶液颜色CuSOCuSO4 4CuClCuCl2 2.2H2H2 2OOCuBrCuBr2 2NaClNaClK K2 2SOSO4 4KBrKBr白色白色白色白色绿色绿色绿色绿色深褐色深褐色深褐色深褐色白色白色白色白色白色白色白色白色白色白色白色白色思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？结论：上述实验中呈天蓝色的物质叫做结论：上述实验中呈天蓝色的物质叫做四四
12、水合铜离子水合铜离子，可表示为，可表示为Cu(H2O)42+。在。在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由水分子中的化学键是由水分子中的O原子提供孤对电原子提供孤对电子子对给予铜离子（对给予铜离子（铜离子提供空轨道铜离子提供空轨道），），铜离子接受水分子的孤对电子形成的，这铜离子接受水分子的孤对电子形成的，这类类“电子对给予电子对给予接受键接受键”被称为配位键。被称为配位键。Cu OH2H2OH2OH2O2+2021/8/9 星期一181、配位键配位键：共用电子对由一个原子单方面提供给另：共用电子对由一个原子单方面提供给另一个原子共用所形成的共价键叫
13、配位键。是一种特殊一个原子共用所形成的共价键叫配位键。是一种特殊的共价键。的共价键。2 2、配位化合物配位化合物：中心离子（或原子）：中心离子（或原子）与配位体与配位体(某些分子或离子某些分子或离子)以配位键的形式结合而成的化以配位键的形式结合而成的化合物。合物。Cu OH2H2OH2OH2O2+可用可用AB表示表示A表示提供孤对电子的原子，叫电表示提供孤对电子的原子，叫电子给予体或配体，常为子给予体或配体，常为N、O、P、S、卤素的原子或离子、卤素的原子或离子B表示接受电子的原子，叫接受体，表示接受电子的原子，叫接受体，一般为一般为过渡金属过渡金属形成配位键的形成配位键的条件条件：一个原子：
14、一个原子提供孤对电子，另一原子提供空轨提供孤对电子，另一原子提供空轨道道2021/8/9 星期一192+CuNH3H3NNH3NH3实验实验实验实验2222已知氢氧化铜与足量氨水反应已知氢氧化铜与足量氨水反应已知氢氧化铜与足量氨水反应已知氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成了后溶解是因为生成了后溶解是因为生成了后溶解是因为生成了Cu(NHCu(NH3 3)4 4 2+2+，其，其，其，其结构简式为：结构简式为：结构简式为：结构简式为：试写出实验中发生的两个反应的离子方程式试写出实验中发生的两个反应的离子方程式试写出实验中发生的两个反应的离子方程式试写出实验中发生的两个反应的离子方程式？Cu2
15、+2NH3.H2OCu（OH）2+2NH4+Cu（OH）2+4NH3.H2OCu(NH3)42+2OH+4H2O蓝色沉淀蓝色沉淀蓝色沉淀蓝色沉淀深蓝色溶液深蓝色溶液深蓝色溶液深蓝色溶液2021/8/9 星期一20实验实验实验实验2323FeFe3+3+SCN+SCN Fe(SCN)Fe(SCN)2+2+硫氰酸根硫氰酸根血红色血红色例题一：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是例题一：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()ACO2与与SO2BCH4与与NH3CBeCl2与与BF3DC2H2与与C2H4B例题二：下列分子或离子中都存在着配位键的是例题二：下列分子或离子中都存在着配位键的
16、是()ANH3、H2OBNH4+、H3O+CN2、HClODCu(NH3)42+、PCI3B由于该离子的颜色极似由于该离子的颜色极似血液，常被用于电影特血液，常被用于电影特技和魔术表演。技和魔术表演。2021/8/9 星期一21例题三：对例题三：对SO2与与CO2说法正确的是说法正确的是()A都是直线形结构都是直线形结构B中心原子都采取中心原子都采取sp杂化轨道杂化轨道CS原子和原子和C原子上都没有孤对电子原子上都没有孤对电子DSO2为为V形结构，形结构，CO2为直线形结构为直线形结构D2021/8/9 星期一22例题四：下列各种说法中错误的是（例题四：下列各种说法中错误的是（）A、形成配位键
17、的条件是一方有空轨道一方有孤对电子。、形成配位键的条件是一方有空轨道一方有孤对电子。B、配位键是一种特殊的共价键。、配位键是一种特殊的共价键。C、配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。、配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。D、共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子。、共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子。D2021/8/9 星期一23例题五：写出下列分子的路易斯结构式例题五：写出下列分子的路易斯结构式(是用短线表示是用短线表示键合电子键合电子,小黑点表示未键合的价电子的结构式小黑点表示未键合的价电子的结构式)并指出并指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几中心
18、原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。何构型。(1)PCI3(2)BCl3(3)CS2(4)C12O(1)PCI3：SP3三角锥形三角锥形.PCICI解析：解析：.CI.CI.(2)BCl3：SP2平面三角形平面三角形BCI.Cl.(3)CS2：SP直线形直线形C=S=S.(4)C12O：SP3V形形O.Cl.CI.2021/8/9 星期一24实例分析：实例分析：试分析试分析BeCl2分子的形成和空间构型。分子的形成和空间构型。BeBe原原子子的的价价层层电电子子排排布布为为2s2s2 2 。在在形形成成BeClBeCl2 2 分分子子的的过过程程中中，BeBe原原子子的的1 1个
19、个2s2s电电子子被被激激发发到到2p2p空空轨轨道道，价价层层电电子子排排布布变变为为为为2s2s1 1 2p2px x1 1 。这这2 2个个含含有有单单电电子子的的2s2s轨轨道道和和2p2px x轨轨道道进进行行spsp杂杂化化，组组成成夹夹角角为为1801800 0 的的2 2个个能能量量相相同同的的spsp杂杂化化轨轨道道，其其形形成成过过程可表示为：程可表示为：2021/8/9 星期一25理论分析：理论分析：Be原子上的两个原子上的两个SP杂化轨道分别与杂化轨道分别与2个个Cl原子中含有单电子的原子中含有单电子的3p轨道重叠，形成轨道重叠，形成2个个spp的的键，所以键，所以Be
20、Cl2分子的空间构型为直线。分子的空间构型为直线。实验测定：实验测定：BeCl2分子中有分子中有2个完全等同的个完全等同的BeCl键，键，键角为键角为1800，分子的空间构型为直线。，分子的空间构型为直线。2021/8/9 星期一26实例分析：实例分析：试说明试说明BF3分子的空间构型。分子的空间构型。BF3分分子子的的中中心心原原子子是是B，其其价价层层电电子子排排布布为为2s22px1。在在形形成成BF3分分子子的的过过程程中中，B原原子子的的2s轨轨道道上上的的1个个电电子子被被激激发发到到2p空空轨轨道道，价价层层电电子子排排布布为为2s12px12py1，1个个2s轨轨道道和和2个个
21、2p轨轨道道进进行行sp2杂杂化化，形形成成夹夹角角均均为为1200的的3个个完完全全等等同同的的SP2杂杂化化轨道。其形成过程可表示为：轨道。其形成过程可表示为：2021/8/9 星期一27理论分析：理论分析：B原子的三个原子的三个SP2杂化轨道分别与杂化轨道分别与3个个F原子含有单电子的原子含有单电子的2p轨道重叠，形成轨道重叠，形成3个个sp2p的的键。故键。故BF3分子的空间构型是平面三角形。分子的空间构型是平面三角形。实验测定：实验测定：BF3分子中有分子中有3个完全等同的个完全等同的BF键，键，键角为键角为1200，分子的空间构型为平面三角形。，分子的空间构型为平面三角形。2021
22、/8/9 星期一28实例分析：实例分析：试解释试解释CCl4分子的空间构型。分子的空间构型。CCl4分分子子的的中中心心原原子子是是C，其其价价层层电电子子组组态态为为2s22px12py1。在在形形成成CCl4分分子子的的过过程程中中，C原原子子的的2s轨轨道道上上的的1个个电电子子被被激激发发到到2p空空轨轨道道，价价层层电电子子组组态态为为2s12px12py12pz1，1个个2s轨轨道道和和3个个2p轨轨道道进进行行sp3杂杂化化，形形成成夹夹角角均均为为109028的的4个个完完全全等等同同的的sp3杂化轨道。其形成过程可表示为杂化轨道。其形成过程可表示为2021/8/9 星期一29
23、理论分析：理论分析：C原子的原子的4个个sp3杂化轨道分别与杂化轨道分别与4个个Cl原子含有单电子的原子含有单电子的2p轨道重叠，形成轨道重叠，形成4个个sp3p的的键。故键。故CCl4分子的空间构型是正四面体分子的空间构型是正四面体.实验测定：实验测定：CCl4分子中有四个完全等同的分子中有四个完全等同的CCl键，键，其分子的空间构型为正四面体。其分子的空间构型为正四面体。2021/8/9 星期一30作业：作业：1、整理学案。、整理学案。2、完成课后习题、完成课后习题2021/8/9 星期一311中心价层电子的总数和对数中心价层电子的总数和对数a)中心原子价层电子总数等于中心中心原子价层电子
24、总数等于中心A的价电子数加的价电子数加上配体上配体B在成键过程中提供的电子数在成键过程中提供的电子数。如如CCl44+1 4=8(1)确定中心原子价层电子对数确定中心原子价层电子对数b)氧族元素的原子做中心时，价电子数为氧族元素的原子做中心时，价电子数为6。如。如H2O或或H2S。做配体时，提供电子数为做配体时，提供电子数为0。如在。如在CO2中。中。c c)处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如处理离子时，要加减与离子价数相当的电子，如PO435+0 4+3=8，NH45+1 41=8。d)总数除以总数除以2，得电子对的对数，得电子对的对数。总数为奇数时，商。总数为奇数时，商进位进位。例
25、如总数为。例如总数为9，则对数为，则对数为5。2、用（用（VSEPR模型）模型）推断分子或离子空间构型的步骤：推断分子或离子空间构型的步骤：2021/8/9 星期一32例：例：价电子数价电子数价电子对数价电子对数 NH4+N=5+4-1=8 CCl4 N=8 NO2 N=5 ICl2-N=10 OCl2 N=8 PO43-N=5+3=84443542021/8/9 星期一33只有一种角度，只有一种角度，120。只有一种角度，只有一种角度，10928。5对电子对电子三角双锥三角双锥3对电子对电子正三角形正三角形A4对电子对电子正四面体正四面体A（2）电子对数和电子对空间构型的关系电子对数和电子对
26、空间构型的关系电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。电子对相互排斥，在空间达到平衡取向。2对电子对电子直线形直线形2021/8/9 星期一34(3)分子构型与电子对空间构型的关系分子构型与电子对空间构型的关系若配体的个数若配体的个数n和电子对数和电子对数m相一致，则分子构型和电子相一致，则分子构型和电子对空间构型一致对空间构型一致。这时，各电子对均为成键电子对。这时，各电子对均为成键电子对。当配体数当配体数n小于电子对数小于电子对数m时，一部分电子对属于成时，一部分电子对属于成键电对，其数目等于键电对，其数目等于n，另一部分电子对成为孤电子对，其，另一部分电子对成为孤电子对，其数目等于数目等于m
27、n。确定出孤对电子的位置，分子构型才能确。确定出孤对电子的位置，分子构型才能确定。定。2021/8/9 星期一35电子对数电子对数配体数配体数孤电子对数孤电子对数电子对构型电子对构型分子构型分子构型(m)(n)(mn)321三角形三角形“V”字形字形ABBA431正四面体正四面体三角锥三角锥ABBBA422正四面体正四面体“V”字形字形AABB2021/8/9 星期一36对于分子中有双键、叁键等多重键时，对于分子中有双键、叁键等多重键时，使用价层电子对理论判断其分子构型时，双使用价层电子对理论判断其分子构型时，双键的两对电子和叁键的三对电子只能作为一键的两对电子和叁键的三对电子只能作为一对电子
28、来处理。或者说在确定中心原子的价对电子来处理。或者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时，不包括电子层电子对总数时，不包括键电子。键电子。2021/8/9 星期一372 2、另另一一类类是是中中心心原原子子上上有有孤孤对对电电子子(未未用用于于形形成成共共价价键键的的电电子子对对)的的分分子子，如如H H2 2O O和和NHNH3 3，中中心心原原子子上上的的孤孤对对电电子子也也要要占占据据中中心心原原子子周周围围的的空空间间，并并参参与与互互相相排排斥斥。例例如如，H H2 2O O和和NHNH3 3的的中中心心原原子子分分别别有有2 2对对和和l l对对孤孤对对电电子子，跟跟中中心心原原子子周周围围的的键键加加起起来来都都是是4 4，它它们们相相互互排排斥斥，形形成成四四面体，因而面体，因而H H2 2O O分子呈分子呈V V形，形，NHNH3 3分子呈三角锥形。分子呈三角锥形。2021/8/9 星期一38