第二章第二节分子的立体构型(第2课时)

1、第二节第二节 分子的立体构型分子的立体构型第二课时第二课时杂化轨道理论杂化轨道理论活动：请根据价层电子对互斥理论分析活动：请根据价层电子对互斥理论分析CHCH4 4的立体构型的立体构型1.1.写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么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碳原子与氢原子结合形成CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2 ？C原子轨道排布图原子轨道排布图1s22s22p2H原子轨道排布图原子轨道排布图1s1按照我们已经学过的价键理论，甲烷的按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个个C H单键单键都应该是都应该是键，然而，碳原子的键，然而，碳原子的4个价层原子轨道

2、是个价层原子轨道是3个相互垂直的个相互垂直的2p 轨道和轨道和1个球形的个球形的2s轨道，用它们跟轨道，用它们跟4个氢原子的个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子的甲烷分子CC为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：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个能量与个能量与形状完全相同的轨道。形状完全相同的轨道。我们把这种轨道称之为我们把这种轨道称之为 sp3杂化杂化轨道轨道。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道

3、间的排斥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，最小，4个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型? 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杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、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能量和键角都完全相同的S-SP3键，从而构成一键，从而构成一个正四面体构型的分子。个正四面体构型的分子。 10928三、杂化理论简介三、杂化理论简介1.1.概念：概念：在形成分子时，由于原子的相互影响在形成分子时，由于原子的相互影响, ,若干若干个个不同类型但不同类型但能量相近

4、能量相近的原子轨道的原子轨道混合起来，重新组混合起来，重新组合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成合成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。的新轨道就称为杂化轨道。2.2.要点：要点：（1 1）参与杂化的各原子轨道）参与杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一能级同一能级组组或或相近能级组相近能级组的轨道）；的轨道）；（2 2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目目等于等于形成的杂化轨道数目；形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的

5、重叠；，在成键时更有利于轨道间的重叠；三、杂化理论简介三、杂化理论简介2.2.要点：要点：（1 1）参与参加杂化的各原子轨道）参与参加杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一（同一能级组或相近能级组的轨道）；能级组或相近能级组的轨道）；（2 2）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数）杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目目等于等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子形成的杂化轨道数目；但杂化轨道改变了原子轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；轨道的形状方向，在成键时更有利于轨道间的重叠；（3 3）为使相互间）为使相互间排斥力最小排斥力最小，杂化轨道杂化轨道在空间取最在

6、空间取最大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同；大夹角分布，且不同的杂化轨道伸展方向不同；对于对于非过渡元素非过渡元素，由于由于nsns和和npnp能级接近，往往采能级接近，往往采用用“sp”sp”型杂化（型杂化（分为分为spsp杂化、杂化、spsp2 2杂化、杂化、spsp3 3杂化杂化）sp杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 180每个每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有含有1/2 s 轨道和轨道和1/2 p 轨道的成分轨道的成分两个轨道间的夹角为两个轨道间的夹角为180，呈，呈直线型直线型 sp 杂化杂化：1个

7、个s 轨道与轨道与1个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化, 形成形成2个个sp杂化轨道。杂化轨道。180ClClBe例如：例如： Sp 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，激发s2p2p2s2spsp杂化杂化ClClsppxpxsp2杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 120 每个每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，杂化轨道的形状也为一头大，一头小， 含有含有 1/3 s 轨道和轨道和 2/3 p 轨道的成分轨道的成分 每两个轨道间的夹角为每两个轨道间的夹角为120，呈呈平面三角形平面三角

8、形 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。120FFFB例如：例如： Sp2 杂化杂化 BF3分子的形成分子的形成B B： 1s1s2 22s2s2 22p2p1 1没有没有3 3个成单电子个成单电子激发s2p2p2s2sp2sp2杂化sp3杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 10928 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。 每个每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，杂化轨道的形状也为一

9、头大，一头小， 含有含有 1/4 s 轨道和轨道和 3/4 p 轨道的成分轨道的成分 每两个轨道间的夹角为每两个轨道间的夹角为10928， 空间构型为空间构型为正四面体型正四面体型例如：例如： Sp3 杂化杂化 CH4分子的形成分子的形成激发s2p2p2s2杂化3spsp3C：2s22p2三、杂化理论简介三、杂化理论简介3.3.杂化轨道分类：杂化轨道分类：激发s2p2p2s2杂化3spsp3CH4原子原子轨道杂化轨道杂化等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分的均匀混合。 杂化轨道杂化轨道 每个轨道的成分每个轨道的成分 轨道间夹角轨道间夹角( 键角

10、键角) sp 1/2 s，1/2 p 180 sp2 1/3 s，2/3 p 120 sp3 1/4 s，3/4p 109283.3.杂化轨道分类：杂化轨道分类：三、杂化理论简介三、杂化理论简介H2O原子原子轨道杂化轨道杂化 O原子：原子：2s22p4 有有2个单个单电子，可形成电子，可形成2个共价键，键个共价键，键角应当是角应当是90，Why? 2s2p2 对孤对电子对孤对电子杂化杂化不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的不等性杂化：参与杂化的各原子轨道进行成分上的 不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对不均匀混合。某个杂化轨道有孤电子对排斥力排斥力：孤电子对：孤电子对- -孤电子对孤电子

11、对 孤电子对孤电子对- -成键电子对成键电子对 成键电子对成键电子对- -成键电子对成键电子对三、杂化理论简介三、杂化理论简介4.4.杂化类型判断：杂化类型判断： 因为杂化轨道只能用于形成因为杂化轨道只能用于形成键或用来键或用来容纳孤电子对，故有容纳孤电子对，故有 杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中杂化类型的判断方法：先确定分子或离子的中心原子价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂心原子价层电子对数，再由杂化轨道数判断杂化轨道类型。化轨道类型。= =中心原子孤电子对数中心原子孤电子对数键电子对数（配位原子数）键电子对数（配位原子数）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

12、数杂化轨道数杂化轨道数= =中心原子孤电子对数配位原子数中心原子孤电子对数配位原子数对于对于ABmABm型分子或离子，其中心原子型分子或离子，其中心原子A A的杂化轨道的杂化轨道数恰好与数恰好与A A的价层电子对数相等。的价层电子对数相等。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平面三角形或形或V形形正四面体或三正四面体或三角锥形或角锥形或V形形例例1：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表：计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表22344444spspspspspsp

13、2 2spsp3 3直线形直线形直线形直线形平面三角形平面三角形正四正四面体面体180180120109.28直线形直线形直线形直线形平面三平面三角形角形正四正四面体面体V形形三角三角锥形锥形180180120109.28109.28105107.18107.18课堂练习课堂练习例题例题2：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同：下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是的是 ( ) ACO2与与SO2 BCH4与与NH3 CBeCl2与与BF3 DC2H2与与C2H4B例题例题3：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中心原子都采取中心原子都

14、采取sp杂化轨道杂化轨道 C S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 D SO2为为V形结构，形结构， CO2为直线形结构为直线形结构D试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况的成键情况 C 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2s2s轨道与轨道与2 2个个2p2p轨道发生杂化，形成轨道发生杂化，形成3 3个个spsp2 2杂化轨道，伸向平面正杂化轨道，伸向平面正三角形的三个顶点。每个三角形的三个顶点。每个C C原子的原子的2 2个个spsp2 2杂化轨道分杂化轨道分别与别与2 2个个H H原子的原子的1s1s轨道形成轨道形成2 2个相同的个相同的键，各自剩键，各自剩余的余的1 1个个spsp2 2杂化轨道相互形成一个杂化轨道相互形成一个键，各自键，各自没有杂没有杂化的化的l l个个2p2p轨道轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成肩并肩重叠形成键。所以，在乙烯分子中双键由一键。所以，在乙烯分子中双键由一个个键和一个键和一个键构成。键构成。 C 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spsp杂