第二节分子的立体结构杂化轨道理论精选文档.ppt

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1、第二节分子的立体结构杂化轨道理论本讲稿第一页，共三十一页思思 考考 写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成与氢原子结合形成CH4，而不是，而不是CH2？碳原子的一个碳原子的一个2S电子受外界影响跃迁到电子受外界影响跃迁到2P空轨道上，使空轨道上，使碳原子具有四个单电子，因此碳原子与氢原子结合生成碳原子具有四个单电子，因此碳原子与氢原子结合生成CH4。1s2s2p1s2s2p本讲稿第二页，共三十一页 为了解释像甲烷等分子的立体结构，鲍林提出了杂化为了解释像甲烷等分子的立体结构，鲍林提出了杂化轨道理论。轨道理论。如果如果C原子就以原

2、子就以1个个2S轨道和轨道和3个个2P轨道上的单电子，分别与轨道上的单电子，分别与四个原子的四个原子的1S轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价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？这与键能否完全相同？这与CH4分子的实际情况是否吻合？分子的实际情况是否吻合？思考思考本讲稿第三页，共三十一页看看杂化轨道理论的解释：看看杂化轨道理论的解释：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。我们把这种轨道称之为完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为 sp3杂化轨道。杂化轨道。本讲稿第四页，共三十一页 为了四个杂化轨道

3、在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。本讲稿第五页，共三十一页 四个四个H原子分别以原子分别以4个个s轨道与轨道与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重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的SSP3键，从键，从而构成一个正四面体构型的分子。而构成一个正四面体构型的分子。10928本讲稿第六页，共三十一页 1、基本要点：基本要点：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干在形

4、成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道。混合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨杂化轨道道。三、杂化轨道理论三、杂化轨道理论 主族元素的主族元素的 ns、np轨道轨道强调：杂化前后轨道数目不变。强调：杂化前后轨道数目不变。如：如：1个个s，1个个p形成形成2个完全相同的个完全相同的sp杂化轨道杂化轨道,1个个s，2个个p形成形成3个完全相同的个完全相同的sp2杂化轨道杂化轨道,1个个s，3个个p形成形成4个完全相同的

5、个完全相同的sp3杂化轨道杂化轨道,杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。即杂化轨道数即杂化轨道数=参与杂化的轨道数目参与杂化的轨道数目本讲稿第七页，共三十一页sp3 杂杂化化原原子子形形成成分分子子时时，同同一一个个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。sp3杂化轨道特点：杂化轨道特点：四个四个sp3轨轨道在空间均匀分布，轨道间道在空间均匀分布，轨道间夹角夹角109282、杂化轨道类型：、杂化轨道类型：本讲稿第八页，共三十一

6、页 BF3是平面三角形构型，是平面三角形构型，分子中键角均为分子中键角均为120o；气态；气态BeCl2是直线型分子构型，分子中键角为是直线型分子构型，分子中键角为180o。试用杂化。试用杂化轨道理论加以说明。轨道理论加以说明。本讲稿第九页，共三十一页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2p轨轨道道进进

7、行行sp2杂杂化化，形形成成夹角均为夹角均为1200的的3个完全等同的个完全等同的SP2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：本讲稿第十页，共三十一页理论分析理论分析: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原子含有单电原子含有单电子的子的2p轨道重叠，轨道重叠，形成形成3个个sp2p的的键。故键。故BF3 分子的空间构型是分子的空间构型是平面正三角形。平面正三角形。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，键角为键，键角为1200，分子的，分子的空间构型为平面正三角形。空间构型为平面正三角形。本讲稿第十一页，共三十

8、一页sp2杂化轨道特点：杂化轨道特点：3个个sp2杂化轨道在一个平面内均杂化轨道在一个平面内均匀分布，轨道间夹角匀分布，轨道间夹角120空间构型：平面三角形空间构型：平面三角形sp2杂化杂化本讲稿第十二页，共三十一页BeCl2分子的形成和空间构型分子的形成和空间构型 Be原原子子的的价价层层电电子子排排布布为为2s2。在在形形成成BeCl2 分分子子的的过过程程中中，Be原原子子的的1个个2s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变变为为为为2s1 2px1。这这2个个含含有有单单电电子子的的2s轨轨道道和和2px轨轨道道进进行行sp杂杂化化，组组成成夹夹角角为为1

9、800 的的2个能量相同的个能量相同的sp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：本讲稿第十三页，共三十一页理论分析：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原子中含有单电子原子中含有单电子的的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形。形。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形。，分子的空间构型为直线形。本讲稿第十四页，共三十一页sp杂化杂化 sp杂化轨道特点：杂化轨

10、道特点：2个个sp杂化轨道在一条直线杂化轨道在一条直线上，轨道间上，轨道间夹角夹角180空间构型：空间构型：直线形直线形注：（注：（1 1）杂化轨道）杂化轨道只能用于形成只能用于形成键或者用来容纳未参键或者用来容纳未参与成键的孤对电子；与成键的孤对电子；（2 2）未参与杂化的）未参与杂化的P P轨道，可用于形成轨道，可用于形成键键本讲稿第十五页，共三十一页思考题：思考题：根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？心原子的杂化类型？本讲稿第十六页，共三十一页3、判断分子或离子中心原子的杂化类型的一般方法：、判断分子或离子中心原子的杂化类型的

11、一般方法：（1）.对于主族元素来说，中心原子的杂化轨道数对于主族元素来说，中心原子的杂化轨道数=价层电子价层电子对数对数=键电子对数（键电子对数（中心原子结合的电子数中心原子结合的电子数）+孤电子对数孤电子对数规律：当中心原子的规律：当中心原子的价层电子对数为价层电子对数为4时，其杂化类型为时，其杂化类型为SP3杂化杂化，当中心原子的当中心原子的价层电子对数为价层电子对数为3时，其杂化类型为时，其杂化类型为SP2杂化杂化，当，当中心原子的中心原子的价层电子对数为价层电子对数为2时，其杂化类型为时，其杂化类型为SP杂化。杂化。本讲稿第十七页，共三十一页已知：杂化轨道只用于形成已知：杂化轨道只用于

12、形成键或者用来容纳孤电子对键或者用来容纳孤电子对杂化轨道数杂化轨道数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 正四面体正四面体1+2=3SP2V形形1+3=4SP3 三角锥形三角锥形2+2=4SP3 V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：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本讲稿第十八页，共三十一页试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况本讲

13、稿第十九页，共三十一页 C原子在形成乙烯分子时，碳原子的原子在形成乙烯分子时，碳原子的2s轨道与轨道与2个个2p轨道发生杂化，轨道发生杂化，形成形成3个个sp2杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个C原原子的子的2个个sp2杂化轨道分别与杂化轨道分别与2个个H原子的原子的1s轨道形成轨道形成2个相同的个相同的键，各键，各自剩余的自剩余的1个个sp2杂化轨道相互形成一个杂化轨道相互形成一个键，各自没有杂化的键，各自没有杂化的l个个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成键。键。所以，在乙

14、烯分子中双键由一个所以，在乙烯分子中双键由一个键和一个键和一个键构成。键构成。本讲稿第二十页，共三十一页 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sp杂化，两个碳原子以杂化，两个碳原子以sp杂杂化轨道与氢原子的化轨道与氢原子的1s轨道结合形成轨道结合形成键。各自剩余的键。各自剩余的1个个sp杂化轨杂化轨道相互形成道相互形成1个个键，两个碳原子的未杂化键，两个碳原子的未杂化2p轨道分别在轨道分别在Y轴和轴和Z轴方轴方向重叠形成向重叠形成键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。本讲稿第二十一页，共三十一页（2）.通过看中心原子有没有形成双键或三键来

15、判断中心原子的通过看中心原子有没有形成双键或三键来判断中心原子的杂化类型。杂化类型。规律：如果有规律：如果有1个三键或两个双键，则其中有个三键或两个双键，则其中有2个个键，用去键，用去2个个P轨道，形成的是轨道，形成的是SP杂化杂化；如果有；如果有1个双键则其中必有个双键则其中必有1个个键，用去键，用去1个个P轨道，形成的是轨道，形成的是SP2杂化杂化；如果全部是；如果全部是单键，则单键，则形成形成SP3杂化杂化。本讲稿第二十二页，共三十一页小结小结:222210301304直线形直线形直线形直线形CO2 、BeCl2平面三角形平面三角形V 形形SO2四面体四面体三角锥形三角锥形V 形形H2O

16、、H2S平面三平面三角形角形平面三平面三角形角形BF3 、SO3、CO32、NO3 四面体四面体NH3 、H3O+正四面体正四面体正四面体正四面体CH4 、NH4+、SO42spsp2sp3sp2sp3sp3本讲稿第二十四页，共三十一页1.下列分子中心原子是下列分子中心原子是sp2杂杂化的是化的是（）A.PBr3 B.CH4 C.BF3 D.H2O2.下列分子中的中心原子下列分子中的中心原子杂杂化化轨轨道的道的类类型相同的是（型相同的是（）A.CO2与与SO2 B.CH4与与NH3 C.BeCl2与与BF3 D.C2H2与与C2H4CB本讲稿第二十五页，共三十一页3.先推断先推断杂杂化化轨轨道

17、道类类型，并写出下列分子或离子的几型，并写出下列分子或离子的几何构型：何构型：CO2 _，_ CO32 _；_H2S _，_ PH3 _。_sp直线形直线形sp2平面三角形平面三角形sp3V形形sp3三角锥形三角锥形本讲稿第二十六页，共三十一页5.下列下列对对sp3、sp2、sp杂杂化化轨轨道的道的夹夹角的比角的比较较，得出，得出结论结论正确的是正确的是 （）A.sp杂杂化化轨轨道的道的夹夹角最大角最大B.sp2杂杂化化轨轨道的道的夹夹角最大角最大C.sp3杂杂化化轨轨道的道的夹夹角最大角最大D.sp3、sp2、sp杂杂化化轨轨道的道的夹夹角相等角相等A本讲稿第二十七页，共三十一页6.对对SO

18、2与与CO2说说法正确的是（法正确的是（）A.都是直都是直线线形形结结构构B.中心原子都采取中心原子都采取sp杂杂化化轨轨道道C.S原子和原子和C原子上都没有孤原子上都没有孤对电对电子子D.SO2为为V形形结结构，构，CO2为为直直线线形形结结构构D本讲稿第二十八页，共三十一页7.有关乙炔分子中的化学有关乙炔分子中的化学键键描述不正确的是（描述不正确的是（）A两个碳原子采用两个碳原子采用sp杂杂化方式化方式 B两个碳原子采用两个碳原子采用sp2杂杂化方式化方式C每个碳原子都有两个未每个碳原子都有两个未杂杂化的化的2p轨轨道形成道形成键键 D两个碳原子形成两个两个碳原子形成两个键键B本讲稿第二十

19、九页，共三十一页8.用用Pauling的的杂杂化化轨轨道理道理论论解解释释甲甲烷烷分子的四面体分子的四面体结结构，下列构，下列说说法不正确的是法不正确的是（）A.C原子的四个原子的四个杂杂化化轨轨道的能量一道的能量一样样B.C原子的原子的sp3杂杂化化轨轨道之道之间夹间夹角一角一样样C.C原子的原子的4个价个价电电子分子分别别占据占据4个个sp3杂杂化化轨轨道道D.C原子有原子有1个个sp3杂杂化化轨轨道由孤道由孤对电对电子占据子占据D本讲稿第三十页，共三十一页9.ClO、ClO2、ClO3、ClO4中中Cl都是以都是以sp3杂杂化化轨轨道与道与O原原子成子成键键的，的，试试推推测测下列微粒的立体下列微粒的立体结结构构直线形直线形V形形三角锥形三角锥形正四面体正四面体本讲稿第三十一页，共三十一页