杂化轨道理论课件优秀PPT.ppt

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1、其次节其次节分子的立体结构分子的立体结构（第三课时）（第三课时）宁夏育才中学勤行学区宁夏育才中学勤行学区 李丽李丽1、共价键的形成条件、共价键的形成条件?2、共价键的成键特征是什么？、共价键的成键特征是什么？依据共价键的成键过程中依据共价键的成键过程中,一个原子一个原子有几个未成对电子有几个未成对电子,通常只能和几个自通常只能和几个自旋相反的电子形成共价键旋相反的电子形成共价键,所以在共价所以在共价分子中分子中,每个原子形成共价键的数目是每个原子形成共价键的数目是确定确定,这就是共价键的这就是共价键的“饱和性饱和性”.如如HF而不是而不是H2F。思索与沟通思索与沟通 1 1、甲烷分子呈正四面体

2、结构，它的四个、甲烷分子呈正四面体结构，它的四个C-HC-H键的键长相同，键角都是键的键长相同，键角都是10928 10928，四，四个个C-HC-H键的性质完全相同键的性质完全相同 2 2、依据价键理论，甲烷形成四个、依据价键理论，甲烷形成四个C-HC-H键都键都应当是应当是键，然而键，然而C C原子最外层的四个电子分别原子最外层的四个电子分别2 2个在球形个在球形2S2S轨道、轨道、2 2个在相互垂直个在相互垂直2P2P轨道上，轨道上，用它们跟用它们跟4 4个氢原子的个氢原子的1S1S原子轨道重叠，不行能原子轨道重叠，不行能形成四面体构型的甲烷分子形成四面体构型的甲烷分子如何解决上列一对冲

3、突？如何解决上列一对冲突？值得留意的是价层电子对互斥模型只能说明化合物分子值得留意的是价层电子对互斥模型只能说明化合物分子的空间构形，却无法说明很多深层次的问题。的空间构形，却无法说明很多深层次的问题。为了解决这一冲突，鲍林提出了杂为了解决这一冲突，鲍林提出了杂化轨道理论化轨道理论三、杂化轨道理论简介三、杂化轨道理论简介-鲍林鲍林1 1、杂化：、杂化：杂化是指在形成分子时，由于原子的杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型相互影响，若干不同类型能量相近能量相近的原子轨道的原子轨道混杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这混杂起来，重新组合成一组新的原子轨道。这种重新组合的过程叫做种

4、重新组合的过程叫做杂化杂化，所形成的新的轨，所形成的新的轨道称为道称为杂化轨道。杂化轨道。2 2、杂化的过程：、杂化的过程：杂化轨道理论认为在形成分子杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在时，通常存在激发、杂化激发、杂化和和轨道重叠轨道重叠等过程。等过程。sp3CHCH4 4分子（分子（spsp3 3杂化）杂化）3.3.杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点(1)(1)发生轨道杂化的原子确定是中心原子。发生轨道杂化的原子确定是中心原子。(2)(2)参与杂化的各原子轨道能量要相近（同一能参与杂化的各原子轨道能量要相近（同一能 级组或相近能级组的轨道）。级组或相近能级组的轨道）。(3)(3)杂化轨道

5、的能量、形态完全相同。杂化轨道的能量、形态完全相同。(4)(4)杂化前后原子轨道数目不变：参与杂化的轨杂化前后原子轨道数目不变：参与杂化的轨 道数目等于形成的杂化轨道数目；杂化后原道数目等于形成的杂化轨道数目；杂化后原 子轨道方向变更，杂化轨道在成键时更有利子轨道方向变更，杂化轨道在成键时更有利 于轨道间的重叠于轨道间的重叠(5)(5)杂化轨道在空间构型上都具有确定的对称性杂化轨道在空间构型上都具有确定的对称性 （以减小化学键之间的排斥力）。（以减小化学键之间的排斥力）。(6)(6)分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。分子的构型主要取决于原子轨道的杂化类型。1.sp3杂化杂化原原子子形形成

6、成分分子子时时,同同一一原原子子中中能能量量相相近近的的一一个个ns轨轨道道与与三三个个np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道杂化轨道.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CHHHH10928激发激发当当碳碳原原子子与与4 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2s2s轨轨道道和和3 3个个2p2p轨轨道道这这4 4个个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 4个个能能量量相相等等、成成

7、分分相相同同的的spsp3 3杂杂化化轨轨道道,夹角夹角109 109 28,28,如下图所示：如下图所示：实例分析实例分析1：试说明试说明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s

8、p3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.试验测定：试验测定：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。2.2.spsp杂化杂化：同一原子中：同一原子中1 1个个s s轨道与轨道与1 1个个p p轨道轨道杂化形成杂化形成2 2个个spsp杂化轨道。每个杂化轨道的杂化

9、轨道。每个杂化轨道的s s成分为成分为1/21/2，p p成分为成分为1/21/2，杂化轨道之间的夹，杂化轨道之间的夹角为角为180180度。度。实例分析实例分析2：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sp

10、sp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：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BeCl2分子的空间构型为直线。分子的空间构型为直线。试验测定：试验测定：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。其他例子：其他例子：COCO2 2、HCCHH

11、CCH1 1）spsp杂化杂化 乙炔中的碳原子为乙炔中的碳原子为spsp杂化杂化，分子呈，分子呈直线构型直线构型。两个碳原子的两个碳原子的spsp杂化轨道沿各自对称轴形成杂化轨道沿各自对称轴形成C CC C 键键，另两个，另两个spsp杂化轨道分别与两个氢原子的杂化轨道分别与两个氢原子的1s1s轨道重轨道重叠形成两个叠形成两个C CH H 键键，两个，两个p py y轨道和两个轨道和两个p pz z轨道分别轨道分别从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的从侧面相互重叠，形成两个相互垂直的C CC C 键，形键，形成乙炔分子。成乙炔分子。2 2）空间结构是直线型：）空间结构是直线型：三个三个键在一条直

12、线上。键在一条直线上。3.sp3.sp2 2杂化杂化：一个：一个s s轨道与两个轨道与两个p p轨道杂化，得轨道杂化，得三个三个spsp2 2杂化轨道，每个杂化轨道的杂化轨道，每个杂化轨道的s s成分为成分为1/31/3，p p成分为成分为2/32/3，三个杂化轨道在空间分布，三个杂化轨道在空间分布是在同一平面上，互成是在同一平面上，互成120120实例分析实例分析3：分析分析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

13、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：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。试验测定：试验测定：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

14、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。+BF3分子的形成分子的形成：F3F+BBFF120（平面三角形）（平面三角形）BCl3BCl3、CO32CO32、NO3NO3、H2C=OH2C=O、SO3SO3、烯烃、烯烃C=CC=C结构中的中心原子都是以结构中的中心原子都是以sp2sp2杂化的。杂化的。以以sp2sp2杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一个垂直于个垂直于sp2-sp2-骨架的未参与杂化的骨架的未参与杂化的p p轨道，假如这个轨道，假如这个轨道跟邻近原子上的平行轨道跟邻近原子上的平行p p轨道重叠，并填入电子，

15、轨道重叠，并填入电子，就会形成就会形成键。如，乙烯键。如，乙烯H2C=CH2H2C=CH2、甲醛、甲醛H2C=OH2C=O。石墨、苯中碳原子也是以石墨、苯中碳原子也是以spsp2 2杂化的：杂化的：乙烯中的在轨道杂化时，有一个轨道未参乙烯中的在轨道杂化时，有一个轨道未参与杂化，只是的与杂化，只是的s与两个与两个p轨道发生杂化，轨道发生杂化，形成三个相同的形成三个相同的sp2杂化轨道，三个杂化轨道，三个sp2杂化杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化轨道分别指向平面三角形的三个顶点。未杂化p轨道垂直于轨道垂直于sp2杂化轨道所在平面。杂化轨道杂化轨道所在平面。杂化轨道间夹角为间夹角为120

16、。的的sp2杂化杂化 基态N的最外层电子构型为 2s22p3，在H影响下，N 的一个2s轨道和三个2p 轨道进行sp3 不等性杂化，形成四个sp3 杂化轨道。其中三个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另一个sp3 杂化轨道被孤对电子所占据。N 用三个各含一个未成对电子的sp3 杂化轨道分别与三个H 的1s 轨道重叠，形成三个 键。由于孤对电子的电子云密集在N 的四周，对三个 键的电子云有比较大的排斥作用，使 键之间的键角被压缩到 ，因此NH3 的空间构型为三角锥形。基态O 的最外层电子构型为2s22p4，在 H 的影响下，O 接受sp3 不等性杂化，形成四个sp3 杂化轨道，其中两个杂化轨道

17、中各有一个未成对电子，另外两个杂化轨道分别被两对孤对电子所占据。O 用两个各含有一个未成对电子的sp3杂化轨道分别与两个H 的 1s 轨道重叠，形成两个 键。由于O的两对孤对电子对两个 键的成键电子有更大的排斥作用，使 键之间的键角被压缩到 ，因此 H2O 的空间构型为V型。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1 1个个 s+1 s+1个个p p1 1个个s+2s+2个个p p1 1个个s+3s+3个个p p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杂化轨杂化轨道道4 4个个spsp3 3杂化

18、轨杂化轨道道杂化轨道杂化轨道间夹角间夹角1801800 01201200 01091090 0 2828空空间间构构型型直直 线线平面三角形平面三角形 正四面体正四面体实实例例BeClBeCl2 2,C C2 2H H2 2BF3,C2H4CH4,CCl43、s-p型的三种杂化比较型的三种杂化比较（1）杂化轨道只用于形成）杂化轨道只用于形成键和用来容纳孤对电子键和用来容纳孤对电子（2）杂化轨道数）杂化轨道数=价层电子对数价层电子对数=中心原子孤对电子对数中心原子孤对电子对数中心原中心原子结合的原子数子结合的原子数4 4、杂化类型的推断：、杂化类型的推断：（3 3）杂化轨道杂化轨道不用于形成不用

19、于形成兀兀键键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：例例1：下列分子中的中心原子杂化轨道的类：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是型相同的是()ACO2与与SO2BCH4与与NH3CBeCl2与与BF3DC2H2与与C2H4B例例2：对：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中心原子都实行中心原子都实行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D例例3：写出下列分子的路易斯结构式并指：写出下列分子的路易斯结构式并指出中心原子可能接受的杂化轨道类型，出中心原子可能接受的杂化轨道类型，并预料分子的几何构型。并预料分子的几何构型。(1)PCl3(2)BCl3(3)CS2(4)C12O