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1、第二节分子的空间结构基础课时7杂化轨道理论简介第二章分子结构与性质学习任务学习目标 1min自学指导 6min阅读课本第47-49页，完成大本38-39自学检测 3min BBF3是sp2杂化，NH3是sp3杂化CH3Cl是四面体形，NH3是三角锥形，H3O是V形CC我们知道我们知道CH4呈正四面体呈正四面体，甲烷中四个，甲烷中四个 C H的键的键长、键能相同长、键能相同，HC H的键角为的键角为109 28，按，按照我们学过的价键理论如何解释？照我们学过的价键理论如何解释？【新课导入新课导入】教师点拨 25min按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C H单键都应该是键，然而，碳原子的4个价
2、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，不可能得到正四面体构型的甲烷分子为了解决这一矛盾，鲍林提出了为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论杂化轨道理论10928sp3C：2s22p2由由1个个s轨道和轨道和3个个p轨道轨道混杂混杂并重新组合成并重新组合成4个能量与形状个能量与形状完全相同的轨道。完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道杂化轨道。为了四个杂化轨道在空为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，间的排斥最小，4个杂个杂化轨道的伸展方向成什化轨道的伸展方向成什么立体
3、构型么立体构型?原子轨道的原子轨道的杂化杂化：原子形成分子的过程中，中心原子原子形成分子的过程中，中心原子原子形成分子的过程中，中心原子原子形成分子的过程中，中心原子若干若干能量相近能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新轨道的过程叫的原子轨道重新组合，形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的做原子轨道的杂化杂化杂化轨道：杂化轨道：所形成的新轨道就称为所形成的新轨道就称为杂化轨道杂化轨道1、概念、概念一一.杂化杂化理论轨道简介理论轨道简介2、杂化的条件杂化的条件：(1)只有在形成化学键时才能杂化只有在形成化学键时才能杂化(2)只有能量相近的轨道间才能杂化只有能量相近的轨道间才能杂化3.杂化类型杂化类型
4、(1)参与杂化的各原子轨道能量要相近参与杂化的各原子轨道能量要相近(2)杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数(3)杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生变化。杂化轨道的电子杂化后原子轨道的伸展方向、形状发生变化。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，形成牢固的化学键。遵循杂化轨道间斥力最小原理。更大，形成牢固的化学键。遵循杂化轨道间斥力最小原理。(4)杂化轨道用于形成分子的杂化轨道用于形成分子的键键和孤电子对和孤电子对 (键键是由是由未杂化未杂化的的p轨道轨道来形成来形成的
5、的)。4.要点要点xyzxyz zxyzxyz10928 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。sp3杂化轨道杂化轨道 含有含有 1/4 s轨道和轨道和 3/4 p轨道轨道.两个轨道间的夹两个轨道间的夹角为角为109.5，空间构型为正四面体形，空间构型为正四面体形(1)sp3杂化杂化5、杂化类型与分子的构型、杂化类型与分子的构型sp3 杂化杂化 CH4分子的形成分子的形成C：2s22p2没有没有4个成单电子个成单电子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 杂化态杂化态甲烷分子中甲烷
6、分子中碳原子的碳原子的4个个sp3杂化轨道杂化轨道分别与分别与4个氢原子个氢原子的的1s轨道重叠轨道重叠，形成，形成4个个完完全相同的全相同的s-sp3键键，呈正四，呈正四面体形。面体形。H2O和NH3的中心原子也是采用sp3杂化的，因此H2O和NH3的VSEPR模型也是四面体形的，但水分子氧原子的sp3杂化轨道有2个被孤电子对占据，而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道有1个被孤电子对占据。105107xyzxyz zxyzxyz120sp2杂化轨道含有杂化轨道含有 1/3 s 轨道和轨道和 2/3 p 轨道成分轨道成分.每两个轨道间每两个轨道间的夹角为的夹角为120，呈平面三角形，呈平面三角形
7、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(2)sp2杂化杂化 2s2pB的基态的基态2s2p激发态激发态平面平面三角形三角形sp2 杂化态杂化态120FFFBsp2 杂化杂化 BF3分子的形成分子的形成B：1s22s22p1没有没有3个成单电子个成单电子：乙烯乙烯 CH2=CH2碳原子的3个sp2杂化轨道有一个相互重叠形成键，另外2个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个键，未参与杂化的2P轨道相互重叠形成键。C Cspsp2 2 2 2pz 2 2p p 2s 基态能量混杂激发态杂化轨道键单电子键单电子键单电子键单电
8、子xyzxyz zxyzxyz(3)sp杂化杂化1个个s 轨道与轨道与1个个p 轨道进行的杂化，形成轨道进行的杂化，形成2个个sp杂化轨道杂化轨道sp杂化轨道含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分.两个轨道间的夹角为180，呈直线形180180ClClBesp 杂化杂化 BeCl2分子的形成分子的形成Be原子：原子：1s22s2 没有单个电子没有单个电子ClClsppxpx激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化直线形直线形sp杂化态杂化态乙炔乙炔CHCH碳原子的2个sp杂化轨道有一个相互重叠形成键，另外1个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个键，未参与杂化的2个2P轨道
9、相互重叠形成2个键。C Cspsp 2py 2 2pz 2 2p p 2s 基态能量混杂激发态杂化轨道键单电子键单电子键单电子键单电子杂化轨道只能用于形成杂化轨道只能用于形成键或用来容纳孤电子对键或用来容纳孤电子对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6、杂化类型判断：、杂化类型判断：=键电子对数键电子对数+中心原子孤电子对数中心原子孤电子对数价层电价层电子对数子对数中心原子的中心原子的杂化轨道类型杂化轨道类型VSEPR模型模型2sp直线形直线形3sp2平面三角形平面三角形4sp3四面体形四面体形A的价电子对数的价电子对数234A的杂化轨道数的杂化轨道数杂化类型杂化类型
10、A A的价电子空间构型的价电子空间构型的价电子空间构型的价电子空间构型（VSEPRVSEPR模型）模型）模型）模型）A的杂化轨道空间构型的杂化轨道空间构型ABm型分子或离子空间型分子或离子空间构型构型对于对于ABm型分子或离子，其中心原子型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰的杂化轨道数恰好与好与A的价电子对数相等。的价电子对数相等。234spsp2sp3直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直线型直线型平面三角形平面三角形或或V形形正四面体正四面体,三角锥形或三角锥形或V形形1、等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子(
11、即等电子体)具有相似的化学键特征等电子体中心原子杂化类型相同等电子体粒子间具有相同的空间结构等电子体粒子间具有相同的化学键类型等电子体粒子间物理性质相近化学性质可能不同2、等电子体的特征 判断一些陌生分子或者离子的空间结构，成键情况及其对应物质的某些性质（极性，溶解性等）SO42-和PO43-是等电子体，中心原子都是SP3杂化，都是正四面体的空间构型。SO2和O3是等电子体，O3虽然是单质但是臭氧是极性分子，是V形分子。3、等电子体的应用 1、同族元素替换法将既定粒子中的某元素换成它的同族元素CCl4GeSiFBrICCl4,CF4,CBr4,GeCl4,SiCl4,SiF4等都是正四面体结构
12、SO2 -O3SO42-S2O32-4、等电子体的确定方法 N2NO+O22+CN-C22-CO2、同周期 价层电子迁移法SO42-ClO4-PO43-SiO44-CO2CNO-CN22-N3-SCN-CS2COSN2ONO2+两个原子分别替换原子序数增加和减少n的原子一个或几个原子替换原子序数增加(或减少)n的原子，同时带n个单位正电荷(负电荷)5、常见的等电子体类型实例空间构型双原子10e三原子16e三原子18e四原子24e五原子8e五原子32eCS2、N2O、NO2、SCN+CO、NO、CN、C22-SO2、NO2N2CO2O3CO3 ,NO3,SiO32,BF3,SO32SO4 、PO
13、4 、BF4、CCl4,SiF423直线形直线形V形平面三角形正四面体形CH4、SiH4、NH4+正四面体形杂化类型杂化类型spsp2sp3参与杂化的原参与杂化的原子轨道及数目子轨道及数目1个个s轨道和轨道和1个个p轨道轨道1个个s轨道和轨道和2个个p轨道轨道1个个s轨道和轨道和3个个p轨道轨道杂化轨道的杂化轨道的数目数目234杂化轨道间杂化轨道间的夹角的夹角18012010928VSEPR模型模型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实例实例CO2、C2H2BF3、C2H4CH4、C2H6代表物代表物价层电子对价层电子对杂化轨道类型杂化轨道类型分子结构分子结构CO2CH2OCH
14、4SO2NH3H2O0+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形1+2=3sp2V形形1+3=4sp3三角锥形三角锥形2+2=4sp3V形形杂化轨道理论要点及中心原子的杂杂化轨道理论要点及中心原子的杂化轨道类型的判断化轨道类型的判断2s22p2，这些价电子的能量不完全相同，2s电子与2p电子的能量不同，但相近，有2个成单电子。能。2s轨道的电子激发后可以进入2p轨道。中心原子的价层电子对之间存在静电斥力，使得分子的空间结构总是采取价层电子对相互排斥作用最小的构型，以使彼此之间的斥力最小，体系能量最低，最稳定。价层电子对之间相互排斥作用大小的
15、一般规律：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孤对电子总是处于斥力最小的位置Dsp正四面体三角锥形大于 H2O中氧原子上有两个孤电子对，H3O中氧原子上有一个孤电子对，H2O中孤电子对对成键电子对的排斥力大于H3O中孤电子对对成键电子对的排斥力C=O对CC的斥力大于CO对CC的斥力大于完成课本P51第9题原子总数粒子中心原子上的孤电子对数中心原子杂化轨道类型空间构型3CO2SO2H2OHCN4BF3NH3H3O+CH2O5CH4SO42-0sp直线形1sp2V形2sp3V形0sp直线形0sp2平面三角形1sp3三角锥形1sp3三角锥形0sp2平面三角形0sp3正四面体形0
16、sp3正四面体形价电子对价电子对数数VSEPR模模型型VSEPR模型模型名称名称杂化轨杂化轨道数道数中心原子的杂中心原子的杂化轨道类型化轨道类型分子的空间分子的空间构型构型实例实例 直线形直线形平面三角形平面三角形四面体形四面体形平面三角形平面三角形四面体形四面体形四四面面体形体形spspspsp2 2spsp3 3spsp2 2spsp3 3VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系spsp3 3直线形直线形V V形形V V形形平面三角形平面三角形三角锥形三角锥形四面四面体形体形2 23 34 43 34 44 42 23 34 43 34 44 4【归纳小结】H2OSO3BeCl2,CO
17、2SO2NH3CH4,CCl4=1+3=1+2=0+3=2+2=0+4思考与思考与讨论讨论:NO2+NO2NO2NO3孤电子对数价层电子对数VSEPR模型中心原子杂化类型粒子的真实空间结构键角大小0.5+2=2.5sp2杂化(522)2=0.51个单电子，看做1对孤电子(422)2=0(622)2=1(632)2=0取30+2=21+2=30+3=3平面三角形sp2杂化V形直线形sp杂化平面三角形sp2杂化平面三角形V形直线形平面正三角形斥力小斥力大120NO2+NO3NO2NO2大大键键C6H6 苯分子中碳苯分子中碳原子原子sp2杂化杂化平面正六边形平面正六边形了解苯分子中的大了解苯分子中的
18、大键键66个个p轨道轨道6个电子个电子61、定义：在多原子分子或离子中如有相互平行的P轨道，他们“肩并肩”连贯重叠在一起构成一个整体，P电子在多个原子间运动形成型化学键，这种不局限在两个原子之间的键称为离域键，或共轭大键，简称大键2、条件：所有原子在同一平面，中心原子采用SP杂化或者SP2 杂化3、表示方法 参与形成大键的原子数参与形成大键的电子数拓展：大键（共轭大键，离域键）4、常见分子中的大键34H2O2当堂训练 5minD和容纳孤电子对(如NH3、H2O)电子云重叠程度大Bsp3sp2甲基C原子sp3杂化D NH3 二者中心原子均为N，且均为sp3杂化，H电负性小，所以在NH3中，成键电子对更靠近N，排斥力大，键角大(或在NF3中，成键电子对更靠近F，导致排斥力小，键角小)sp3正四面体形NH3PH3AsH3V形sp2平面三角形直线形spO=C=Osp3HSH