分子空间结构的理论分析课件高二上学期化学鲁科版选择性必修()

分子空间结构的理论分析2.2.

1

微粒间相互作用与物质性质第二章课程导入这些分子为什么具有不同的空间结构呢？分子的空间结构对物质

的性质会带来怎样的影响？甲烷分子呈正四面体形乙烯分子呈平面结构氨分子呈三角锥形

1.根据共价键的饱和性，

C应形成几个共价键？

2.

形成CH4

C原子应该有几个未成对的电子？3

、

CH4是正四面体形且4个C—H键完全相同，

碳原子怎样才能有四个完全相同的用于成键的原子轨道？以甲烷为例，

请你写出甲烷中心原子C的价电子轨道表示式。课程导入2

p2sC的价电子轨道表示式2

p2

s2个4个

?

2

s

跃迁

2p?为了解释甲烷正四面体构型，

1931年由鲍林等人在价键理论

的基础上提出杂化轨道理论，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、

分子的空

间构型等方面丰富和发展了现

代价键理论.一、

杂化轨道理论1.

杂化轨道理论的提出鲍林

（Linus

Carl·Pauling）美国化学家由1个s道和3个p轨道的杂化称为sp3

杂化，

所形成的四个杂化轨道称为sp3

杂化轨道。

每两个sp3

杂化轨道的夹角为

109

°28,。

四个原子轨道

四个sp3原子轨道2s

2p

激发

↑↓

基态碳原子价电子排布一、

杂化轨道理论2.

杂化轨道理论的主要内容甲烷分子中碳原子的杂化类型

基态——激发态——杂化能量相同，

碳原子自旋状态相同

↑

↑

四个H原子分别以4

个s轨道与C原子上的

四个sp3

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s-sp3σ键，

形成一个正四面体构

型的分子。等性杂化

一、

杂化轨道理论2.

杂化轨道理论的主要内容甲烷分子中碳原子的杂化类型↑

↑

↑

↑sp3

一、

杂化轨道理论2.

杂化轨道理论的主要内容（1）

原子轨道的杂化：

原子内部能量相近的原子轨道，

重新组合

形成新的原子轨道的过程。（2）

杂化轨道：

原子轨道组合杂化后形成的一组新的原子轨道叫

做杂化原子轨道，简称杂化轨道。（3）

杂化轨道的特点①杂化轨道数=

参与杂化的原子轨道数

杂化前后原子轨道数不变②杂化轨道能量相同③杂化后轨道空间取向

（伸展方向、

形状）

发生改变。④成键时重叠程度更大，

杂化使原子的成键能力增强。

排斥力最小杂化轨道为使相互间的排斥力最小，

故在空间取最大夹角分布，

不同的杂化轨道伸展方向不同但形状完全相同。

杂化轨道理论四要点

能量相近原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道

数目不变

(变：

轨道的成分、

能量、

形状、

方向，

使原子的成键能力增加)形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等且杂化轨道的能量相同

成键能力增强杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，

使原子形成的共价键更牢固。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，

成键时根据最大重叠原理，

重叠程度越大，

形成的共价键越牢固。n杂化轨道的类型sp3

杂化轨道是由

ns轨道和

np轨道杂化而成，

每个sp3

杂化轨道都含有___和______

的成分，

sp3

杂化轨道间的夹角为

，空间结构为正四面体形sp3

杂化轨道——正四面体形3个109

°28′1/4s109

°28′

一、

杂化轨道理论p

p

p

sp3sp3

杂化3/4p口s1个ssp2

杂化轨道——平面三角形sp2

杂化轨道是由

1个

ns轨道和

2个np轨道杂化而成的，

每个sp2

杂化轨道含有1/3s

和

2/3p

成分，

sp2

杂化轨道间的夹角都是120

°

,

呈平面三角形p

p

p

sp2

杂化

sp2

120

1

一、

杂化轨道理论n杂化轨道的类型120°口p口s20°°ssp杂化——直线形sp杂化轨道是由

1个ns轨道和

1个np轨道杂化而成的，

每个sp杂化轨道含有1/2s_和

1/2p

的成分，

sp杂化轨道间的夹角为180

°

,

呈直线形

一、

杂化轨道理论n杂化轨道的类型口口——一sp杂化

sp

180℃口口p

p口sp

p

p杂化类型spsp2sp3用于杂化的原子轨道及数目ns111np123杂化轨道的数目234杂化轨道间的夹角180

°120

°109

°28′杂化轨道构型直线形平面三角形正四面体形

一、

杂化轨道理论2.

杂化轨道理论的主要内容课堂练习1.正误判断(×)任意能级的s轨道和p轨道都可以形成杂化轨道(

)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道(√)杂化轨道能量相同(×)sp2

杂化后轨道数目是2(√)sp杂化轨道是直线形，

夹角为

180

°课堂练习2.ns轨道和np轨道杂化的类型不可能有A.sp杂化B.sp2

杂化C.sp3

杂化

√D.sp4

杂化一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同的sp2

杂化轨道,sp2

杂化轨道间夹角120

°

,

呈平面三角形。2p

↑

↑

↑

↑

3个sp2

杂化原子轨道2s↑

↓2p

↑

↑

激发2s↑2p

↑

↑

↑

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构sp2

杂化轨道乙烯分子的空间结构基态碳原子价电子排布四个原子轨道乙烯分子中碳原子杂化：杂化

sp2C—C:sp2-sp2

σ键π键：未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”

的方式重叠C—H:sp2-sσ键

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构乙烯分子的空间结构

平面形杂化轨道只能形成σ键，未杂化轨道可形成π键基态碳原子价电子排布四个原子轨道一个s轨道和一个p轨道杂化,产生两个等同的sp杂化轨道,sp杂化轨道间

夹角180

°

,

呈直线形。2p

↑

↑

↑

↑

2个sp杂化原子轨道2p

↑

↑

激发2s↑2p

↑

↑

↑

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构sp杂化轨道乙炔分子的空间结构乙炔分子中碳原子杂化：杂化

sp↑

↓2sC—C:sp-sp

σ键两个π键：未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”

的方式重叠C—H:sp-sσ键

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构乙炔分子的空间结构

直线形基态碳原子价电子排布四个原子轨道一个s轨道和二个p轨道杂化,产生三个等同的sp2

杂化轨道,sp2

杂化轨道间夹角2p

↑

↑

↑

↑

3个sp2

杂化原子轨道2s↑

↓2p

↑

↑

激发2s↑2p

↑

↑

↑

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构苯分子的空间结构120

°

,呈平面三角形。苯分子中碳原子杂化：杂化

sp2sp2

杂化轨道分子中6个碳原子未杂化的2p轨道上的未成对电子

“肩并肩

”重叠结果形成了一个闭合的、

环状的大π键。

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构苯分子的空间结构

平面六边形C-C：

sp2-sp2

σ键6个C-H：

sp2-sσ键6个n

66Be的两个sp杂化轨道分别与两个Cl的3p轨道重叠形成两个sp-pσ

键。杂化轨道间的夹角为

180

°

,

所以BeCl2

分子的空间结构为直线形

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构BeCl2

分子的空间结构

直线形B的三个sp2

杂化轨道分别与两个F的2p轨道重叠形成三个sp2

-pσ

键。杂化轨道间的夹角为

120

°

,

所以BF3

分子的空间结构为平面形大π键：π6

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构BF3

分子的空间结构

平面三角形4氮原子的价电子排布为2s22p3,三个2p轨道中各有一个未成对电子，

可分别与一个氢原子的1s电子形成一个σ键。

如果真是如此，

那么三个2p轨道相互垂直，

所形成的氨分子中N-H键的键角应约为90

°

。

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构而测得氨分子中N—H键的键角为

107.3º,与90

°

矛盾！

基态氮原子价电子排布NH3

分子的空间结构3个sp3

杂化轨道与H原子的1s轨道形成3个sp3-sσ键。剩余1个杂化轨道，

存在1对未成键电子，

称为孤电子对。

它对成键电子对的排斥作用较强，

使3个N—H键的键角减小，空间结构发生变化。

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构2s

↑

↑

↑

↑

↓

孤电NH3

分子的空间结构三角锥形

↑

↓↑

↑

↑

4个sp3

杂化原子轨道子对

基态氮原子价电子排布杂化没有激发！2pNH3

分子中氮原子杂化：不等性杂化sp3其中2个sp3

杂化轨道与H原子的1s轨道形成2个sp3-sσ键。剩余2个杂化轨道，

存在2对未成键电子，

称为孤电子

对。

它对成键电子对的排斥作用较强，

使2个O—H键的

二、

利用杂化轨道理论分析典型分子的空间结构2s

2

杂化基态氧原子价电子排布H2O分子的空间结构角形

↑

↓

↑

↓

↑↑

4个sp3

杂化原子轨道键角减小，空间结构发生变化。不等性杂化

↑

↓

sp3

三、

杂化轨道类型与分子空间结构的关系1.

当杂化轨道全部用于形成σ键时

（杂化轨道无孤电子对）2.

杂化轨道中含有未参与成键的孤电子对时分子空间结构≠杂化轨道空间结构分子空间结构=杂化轨道空间结构

三、

杂化轨道类型与分子空间结构的关系杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目ns111np123孤电子对数00012空间结构直线形平面三角形正四面体形三角锥形角形实例CO2

、

BeCl2、CH≡CHBF3

、

SO3CH4

、

CCl4

内容夹角杂化轨道类型不同的杂化方式，

其杂化轨道之间的夹角不同，

所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子中中心原子的杂化轨道类型109

°28′sp3120

°sp2180

°sp杂化轨道数234杂化轨道类型spsp2sp3

四、

杂化轨道类型的判断方法1.

由杂化轨道数目判断2.根据杂化轨道之间的夹角判断杂化轨道的空间结构杂化轨道类型正四面体形sp3平面三角形sp2直线形sp

四、

杂化轨道类型的判断方法3.根据杂化轨道的空间结构判断

四、

杂化轨道类型的判断方法4.

有机物中碳原子杂化类型(1)根据碳原子形成的σ键数目判断有机物中，

碳原子杂化轨道形成σ键，

未杂化轨道形成π键。(2)由碳原子的饱和程度判断①饱和碳原子采取sp3

杂化；②双键上的碳原子