2.2.1杂化轨道理论.ppt

等电子原理等电子原理 化学通式化学通式相同且相同且价电子总数价电子总数相等相等的分子或离子具有相同的结构特征。的分子或离子具有相同的结构特征。符合等电子原理的分子或离子互为符合等电子原理的分子或离子互为等电子体。等电子体。等电子体有相似的性质。等电子体有相似的性质。等电子原理的某些应用：等电子原理的某些应用：（1 1）判断一些简单分子或离子的立体）判断一些简单分子或离子的立体构型：构型：等电子体一般有相同的立体构型等电子体一般有相同的立体构型（2 2）制造新材料方面的应用。）制造新材料方面的应用。1 1、根据等电子原理，判断下列、根据等电子原理，判断下列各组分子属于等电子体的是各组分子属于等电子体的是 A.H2O、H2S B.HF、NH3 C.CO、CO2 D.NO2、SO2A2 2、在短周期元素组成的物质、在短周期元素组成的物质中，与中，与NO2互为等电子体的互为等电子体的分子有分子有：、。H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArO3 SO2 杂化轨道理论杂化轨道理论第二节第二节 共价键与分子的立体构型共价键与分子的立体构型一、一些典型分子的立体构型一、一些典型分子的立体构型104.5 甲烷的甲烷的4 4个个C CH H单键都应单键都应该是该是键，然而，碳原子的键，然而，碳原子的4 4个个价层原子轨道是价层原子轨道是3 3个相互垂直的个相互垂直的2p2p轨道和轨道和1 1个球形的个球形的2s2s轨道，用轨道，用它们跟它们跟4 4个氢原子的个氢原子的1s1s原子轨道原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。甲烷为什么是正四面甲烷分子。甲烷为什么是正四面体构型？体构型？为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论化轨道理论思考思考碳原子价电子碳原子价电子:2s22p2 杂化轨道理论杂化轨道理论杂化：杂化：原子内部能量相近的原子轨道，在原子内部能量相近的原子轨道，在外界条件影响下重新组合的过程叫原子外界条件影响下重新组合的过程叫原子轨道的杂化。轨道的杂化。杂化轨道：杂化轨道：原子轨道组合杂化后形成的一原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道。组新轨道。杂化轨道类型：杂化轨道类型：spsp1 1、spsp2 2、spsp3 3等杂化结果：等杂化结果：重新分配能量和空间方向，组成数目相重新分配能量和空间方向，组成数目相等成键能力更强的原子轨道。等成键能力更强的原子轨道。杂化轨道用于杂化轨道用于:容纳容纳键电子和孤对电子键电子和孤对电子1.sp1.sp3 3 杂化杂化C C的基态的基态例：例：CH4分子形成分子形成2s2p2s2p激发态激发态正四面体构型正四面体构型spsp3 3 杂化态杂化态为为了了四四个个杂杂化化轨轨道道在在空空间间尽尽可可能能远远离离，使使轨轨道道间间的的排排斥斥最最小小，四四个个杂杂化化轨轨道道的的伸伸展展方方向向分分别别指指向向正正四四面面体体的的四四个个顶顶点点。由由1 1个个s s轨道和轨道和3 3个个p p轨道轨道混杂混杂并重新并重新组合成组合成4 4个能量与形状完全相同的个能量与形状完全相同的轨道。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轨道轨道成分和成分和3/43/4的的p p轨道成分，因此我们轨道成分，因此我们把这种轨道称之为把这种轨道称之为spsp3 3杂化轨道。杂化轨道。四个四个H H原子分别以原子分别以4 4个个s s轨道与轨道与C C原子上原子上的的四个四个spsp3 3杂化轨道相互重叠后，就杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全形成了四个性质、能量和键角都完全相同的相同的S-SPS-SP3 3键键，形成一个正四面，形成一个正四面体构型的分子。体构型的分子。109.5 杂化轨道理论杂化轨道理论注意：注意：形形成成分分子子时时，由由于于原原子子间间的的相相互互作作用用，使使同同一一原原子子内内部部能能量量相相近近的的不不同同类类型型原原子子轨轨道道重重新新组组合合形形成成的的一一组组新新的的能能量量相相同同的的杂杂化化轨轨道道。有有多多少少个个原原子子轨轨道道发发生生杂杂化化就形成就形成多少个杂化轨道多少个杂化轨道。杂化轨道的电子云一头大，杂化轨道的电子云一头大，一头小，一头小，成键时利用大的一头，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大可以使电子云重叠程度更大，从，从而形成稳定的化学键。即而形成稳定的化学键。即杂化轨杂化轨道增强了成键能力道增强了成键能力。杂化轨道之间在空间取杂化轨道之间在空间取最最大夹角大夹角分布，使相互间的分布，使相互间的排斥能排斥能最小最小，故形成的键较稳定。不同，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间夹角不同，类型的杂化轨道之间夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。的空间构型。2、sp1杂化杂化 同一原子中同一原子中 ns-np 杂化成新轨杂化成新轨道；一个道；一个 s 轨道和一个轨道和一个 p 轨道杂化轨道杂化组合成两个新的组合成两个新的 sp1 杂化轨道。杂化轨道。例：例：BeCl2分子形成分子形成激发激发2s2pBe基态基态2s2p激发态激发态杂化杂化键合键合直线形直线形sp杂化态杂化态直线形直线形化合态化合态Cl Be Cl1803 3、spsp2 2 杂化杂化sp2 杂化轨道间的夹角是杂化轨道间的夹角是120度，分度，分子的几何构型为平面正三角形子的几何构型为平面正三角形2s2pB的基态的基态2s2p激发态激发态正三角形正三角形sp2 杂化态杂化态BF3分子形成分子形成FBF1200F 乙烯中的在轨道杂化时，乙烯中的在轨道杂化时，有一有一个轨道未参与杂化，个轨道未参与杂化，只是的只是的s s与两个与两个p p轨道发生杂化，形轨道发生杂化，形成三个相同的成三个相同的spsp2 2杂化轨道，三个杂化轨道，三个spsp2 2杂化轨道分别指向平面三角形杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。的三个顶点。未杂化未杂化p p轨道垂直于轨道垂直于spsp2 2杂化轨道所在平面。杂化轨道所在平面。杂化轨道杂化轨道间夹角为间夹角为120120。为什么氨分子为什么氨分子的键角是的键角是107.3？OHH为什么水分子是为什么水分子是V V型型非直线型非直线型?用杂化轨道理论解释苯分子的结构：用杂化轨道理论解释苯分子的结构：C为为sp2杂化杂化所有原子（所有原子（12个）处于同一平面个）处于同一平面 分子中分子中6个碳原子个碳原子 未杂未杂 化的化的2p轨道上轨道上 的未成对电子的未成对电子重叠重叠结果形成了一个闭合的、环状的结果形成了一个闭合的、环状的大大键键 C-C(sp2-sp2);C-H(sp2-s)杂化类型杂化类型spsp2sp3参与杂化的参与杂化的原子轨道原子轨道1个个s+1个个p1个个s+2个个p1个个s+3个个p杂化轨道数杂化轨道数2个个sp杂化轨道杂化轨道3个个sp2杂化轨道杂化轨道4个个sp3杂化轨道杂化轨道杂化轨道间杂化轨道间夹角夹角180o120o109.5o空间构型空间构型直直 线线正三角形正三角形正四面体正四面体实实 例例BeCl2，C2H2BF3,BCl3CH4，CCl4小结：小结：spsp型的三种杂化型的三种杂化非中心原子：非中心原子：Cl、F、Br、I=H 提示提示：中心原子：同主族的可以互中心原子：同主族的可以互换（如换（如N=P、S=O等）等）通常双原子分子中没有发生杂化通常双原子分子中没有发生杂化 【思考】【思考】写出下列分子的的杂化轨道类写出下列分子的的杂化轨道类型及空间构型型及空间构型 NH3、BeCl2、PCl3、BF3、H2O、H2S、SiCl4、CH3F、NCl3、CS2 、Cl2O1 1、下列分子中的中心原子杂化、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是轨道的类型相同的是()()ACO2与与SO2 BCH4与与NH3 CBeCl2与与BF3 DC2H2与与C2H4B【随堂练习】【随堂练习】2 2、对、对SOSO2 2与与COCO2 2说法正确的是说法正确的是()A A、都是直线形结构、都是直线形结构 B B、中心原子都采取、中心原子都采取spsp杂化轨道杂化轨道 C C、S S原子和原子和C C原子上都没有孤对原子上都没有孤对电子电子 D D、SOSO2 2为为V V形结构，形结构，COCO2 2为直线为直线形结构形结构D3 3、在乙烯分子中有、在乙烯分子中有5 5个个键、一个键、一个键，键，它们分别是（它们分别是（）A A、spsp2 2杂化轨道形成杂化轨道形成键、未杂化的键、未杂化的2p2p轨道形成轨道形成键键B B、spsp2 2杂化轨道形成杂化轨道形成键、未杂化的键、未杂化的2p2p轨道形成轨道形成键键C C、C-HC-H之间是之间是spsp2 2形成的形成的键，键，C-CC-C之间之间是未参加杂化的是未参加杂化的2p2p轨道形成的轨道形成的键键D D、C-CC-C之间是之间是spsp2 2形成的形成的键，键，C-HC-H之间之间是未参加杂化的是未参加杂化的2p2p轨道形成的轨道形成的键键A4 4、氨气分子空间构型是三角锥形，而、氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为（甲烷是正四面体形，这是因为（）A A、两种分子的中心原子的杂化轨道类、两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，型不同，NHNH3 3为为spsp2 2型杂化，而型杂化，而CHCH4 4是是spsp3 3型杂化。型杂化。B B、NHNH3 3分子中分子中N N原子形成三个杂化轨道，原子形成三个杂化轨道，CHCH4 4分子中分子中C C原子形成原子形成4 4个杂化轨道。个杂化轨道。C C、NHNH3 3分子中有一对未成键的孤对电子，分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强。它对成键电子的排斥作用较强。D D、氨气分子是极性分子而甲烷是非极、氨气分子是极性分子而甲烷是非极性分子。性分子。C第第2 2节节 共价键与分子的空间构型共价键与分子的空间构型第第2 2课时课时 杂化轨道的判断方法杂化轨道的判断方法【学习目标】【学习目标】1 1、了解中心原子杂化方式及杂、了解中心原子杂化方式及杂化方式和分子空间构型的判断化方式和分子空间构型的判断方法（方法（公式一公式一）。）。2 2、了解、了解等电子原理。等电子原理。3 3、理解理解价电子对互斥理论的含价电子对互斥理论的含义，并会应用义，并会应用价电子对互斥模价电子对互斥模型判断分子空间构型（型判断分子空间构型（m+nm+n）。对对ABABm m型型分子或离子，中心原分子或离子，中心原子子A A价层电子对（包括成键电子对价层电子对（包括成键电子对和孤对电子）之间存在排斥力，将和孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的相使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上，以使各原子之间斥力最对位置上，以使各原子之间斥力最小，分子体系能量最低。小，分子体系能量最低。二、价电子对互斥理论二、价电子对互斥理论1 1、理论要点：、理论要点：2 电子对数电子对数目与立体目与立体 结构结构435 6 电子对数电子对数目与立体目与立体 结构结构2 2、模型：、模型：一一个个分分子子或或离离子子中中的的价价层层电电子子对对在在空空间间的的分分布布（即即含含孤孤对对电电子子的的VSEPRVSEPR模型）模型）2 3 4 5 62 3 4 5 6 直线形直线形.平面三角形平面三角形.正四面体正四面体.三角双三角双 正八面体正八面体 锥体锥体.C.H.H.HH.N.HHHC HHHHOHHCHHO=NHHHC=O=O23423000O.HH.21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V形形三角锥形三角锥形HH.C.O.C.OO.代表物代表物阅读课本阅读课本P44思考并填写下列表格：思考并填写下列表格：电子式电子式结构式结构式中心原子结中心原子结合的原子数合的原子数中心原子中心原子孤孤对电子对电子对数对数空间构型空间构型CO2CH2OCH4H2ONH3分子或离子分子或离子结构式结构式VSEPR模型模型分子或离子的立体结构分子或离子的立体结构HCNNH4+H3O+SO2 BF3N HHHH+H C NBFF FS=O=OOHHH+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CO2CH2OCH4SO2NH3H2O结合上述信息完成下表：结合上述信息完成下表：sp1杂化杂化sp2杂化杂化直线型直线型1801800 0平面三角形平面三角形1201200 0sp3杂化杂化 正四面体正四面体sp2杂化杂化平面构型平面构型 1200C2H4(乙烯乙烯)分子的空间构型分子的空间构型大大 键键 苯苯C6H6三角锥型三角锥型 107.30V型型 104.50形形色色的分子形形色色的分子O2HClH2OCO2C2H2CH2OCOCl2NH3P4CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH1 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 A、所有原子轨道都参与杂化。、所有原子轨道都参与杂化。B B、同一原子中能量相近的原子轨道参、同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化。与杂化。C C、杂化轨道能量集中，有利于牢固成、杂化轨道能量集中，有利于牢固成键。键。D D、杂化轨道中一定有一个电子。、杂化轨道中一定有一个电子。AD2 2、若、若ABnABn分子的中心原子分子的中心原子A A上没有未用上没有未用于形成共价键的孤对电子。根据价电子于形成共价键的孤对电子。根据价电子对互斥理论，下列说法正确的是（对互斥理论，下列说法正确的是（）A A、若、若n=2n=2则分子的立体结构为则分子的立体结构为V V形。形。B B、若、若n=3n=3则分子的立体结构为三角锥形。则分子的立体结构为三角锥形。C C、若、若n=4n=4则分子的立体结构为正四面体则分子的立体结构为正四面体形。形。D D、以上说法都不正确。、以上说法都不正确。D3 3、CHCH3 3+、CHCH3 3 、CHCH3 3-都是重要都是重要的有机物反应中间体。试画出它的有机物反应中间体。试画出它们的电子式：们的电子式：CHCH3 3+中四个原子是共平面的。则中四个原子是共平面的。则C C原子是原子是 杂化。杂化。键角是键角是 。