411 杂化轨道理论与分子的空间构型

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1、专题 4 分子空间结构与物质性质第一单元 分子构型与物质的性质4.1.1 杂化轨道理论与分子的空间构型（1）【学习目标】1. 了解杂化轨道理论的基本内容。2. 了解 3 种杂化轨道类型与分子空间构型的关系。2. 了解碳原子的杂化轨道。【核心知识点】1.杂化轨道理论。2.常见分子的杂化轨道类型。【基础知识梳理】一、杂化轨道理论1. 杂化轨道理论的来由为了解释等分子的空间构型，美国化学家于 1931年提出的。2. 杂化与杂化轨道在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干的原子轨道重新组合，形成一组相等相同的新轨道，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杂化轨道。3. 杂化轨道理论的要点

2、（1）在形成分子时，某些不同类型、能量的原子轨道重新组合成一组新的轨道。（2）杂化轨道是不同于原来的轨道的一组新的轨道，新的轨道相等、相同，且有一定的取向。（3）杂化轨道与其他原子轨道的形成键。二、用杂化轨道理论 3种典型分子的空间构型1CH4分子的空间构型（1）杂化轨道的形成碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道,个2s轨道和个2p轨道“混合”,形成的 4 个 sp3 杂化轨道。杂化2p2s基态原子轨道 激发态原子轨道杂化轨道sp3 杂化轨道的空间构型TTTT杂化報道4个sp3杂化轨道在空间呈，轨道之间的夹角为（2）共价键的形成与CH4分子的空间构型碳原子的4个轨道分别与4 个氢原子的轨道

3、重叠，形成4 个相同的键。CH4分子为空间构型为，分子中CH键之间的夹角为2BF3分子的空间构型(1) 杂化轨道的形成B 原子的 2s 轨道上的 1 个电子进入 2p 空轨道， 个 2s 轨道和个 2p 轨道“混合”，形成的 3 个 sp2 杂化轨道。2d基占杂化.t | TS2s融笈态S杂化轴“迪E杂化在3个sp2杂化轨道在空间呈，轨道夹角为，未杂化的2p轨道于该平面。(2) BF3分子的空间构型B原子上的3个杂化轨道分别与3个F原子上的轨道重叠，形成3个相 F同的键。BF3分子为空间构型为，分子中BF键之间的夹角为。3BeCl2分子的空间构型(1)杂化轨道的形成Be 原子的 2s 轨道上的

4、 1 个电子进入 2p 空轨道， 个 2s 轨道和个 2p 轨道“混合”，形成、的 2 个 sp2 杂化轨道。2个sp杂化轨道在空间呈，轨道夹角为，2个未杂化的2p轨道与杂化轨道相互垂直。(2)BeCl2分子的空间构型Be原子上的2个杂化轨道分别与2个Cl原子上的轨道重叠，乍丄曹丄亠形成3个相同的键。侖址1BeCl2分子为空间构型为，分子中BeCl键之间的夹角为。三、几种碳原子的杂化轨道1乙烷分子的成键情况C原子以杂化，形成4个杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。讥丫 节H仃；&世7C乩键（ sp3sp3）。乙烷分子中，含有6个C-H键（sp3s）、1个C-C2. 乙烯分子的空间构型rnr激发

5、2s2pC 原子以杂化，形成3个杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。2个碳原子上未杂化的2p轨道形成1个键。乙烯分子中，含有4个C-H键（sp2S）、1个C-C键（sp2sp2）、1个键（p-p）。乙烯分子的空间构型为3.乙炔分子的空间构型C原子以杂化，形成2个杂化轨道，分别与C原子和H原子键合。2个碳原子上未杂化的2p轨道形成2个键。乙炔分子中，含有2个C-H键（sp2s）、1个C-C键（SP2SP2）、2个键（p-p）。乙炔分子的空间构型为。核心知识巩固】、杂化轨道的类型与分子空间构型的关系杂化类型spSp2Sp3参与杂化的原子轨道1个s轨道1个S轨道1个S轨道及数目1个p轨道2个p轨道3

6、个p轨道杂化轨道的数目234杂化轨道间的夹角180120109。28杂化轨道空间构型直线形平面二角形正四面体实例BF3ch4分子的空间构型直线形平面二角形正四面体当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是G键，分子的空间构型与 杂化轨道的空间构型一致。二、用杂化轨道理论分析C2H6、c2h4、C2H2的成键情况1. 碳原子的杂化方式和成键情况分子结构碳原子杂化方式成键情况沁Sp3CHg 键CCg 键Sp3-Sp3-SSp3V eiSp2CHg 键CCg 键 n键Sp2SSp2Sp2两个碳原子各以1个未杂化的2p 轨道发生重叠形成hWhC2SPCHg 键CCg 键 n键S

7、pSSpSp两个碳原子各以2个未杂化的2p轨道发生重叠形成2.碳原子的杂化轨道及成键规律碳原子的杂化轨道有sp3、sp2和sp三种，其中，以SP2和sp进行杂化时，在未杂化的轨道上有成单电 子，形成n键。(1) 碳原子与其他原子形成4个单键，C原子的sp3杂化轨道与其他原子形成。键，空间构型为四面 体。甲烷和其他烷烃中的C原子、NH+中的N、金刚石中的C原子、晶体硅和二氧化硅中的Si原子等，都4是SP3杂化。(2) 碳原子与其他原子形成2个单键和一个双键，C原子的sp2杂化轨道与其他原子形成。键，未杂 化的p轨道与其他原子形成n键，空间构型为平面结构。存在碳碳双键(C=C)和碳氧双键(C=O)

8、的分子、石墨和苯环中的碳原子，都是sp2杂化。(3) 碳原子与其他原子形成1个单键和一个叁键(或2个n键)，C原子的sp杂化轨道与其他原子 形成。键，未杂化的2个p轨道与其他原子形成2个n键，空间构型为直线形。存在碳碳叁键(C三C)和碳氮三键(C三N)、CO2中的碳原子，都是sp杂化。【课堂检测】1下列物质中碳原子是以sp3杂化轨道与其他原子成键的是()A. 乙烯B.苯C.乙炔D.乙烷2指出下列分子中划线原子的杂化轨道类型：ch3-ch=ch23. 指出下列分子的空间构型、指定共价键的成键轨道和成键类型：(1) CH3Cl空间构型： C-H C-Cl(2) NF3空间构型： N-F(3) CH

9、2=CH2 空间构型： C-H C=C【巩固练习】1形成下列分子时，一个原子用Sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是（）pf3 CC14 nh3 h2oA.B.C.D.2. 研究发现，化合物HSCN有两种结构：匕一1 三匸（硫氰酸）和匕一人=: = 1 （异硫氰酸）。下列有关判断明显错误的是（ ）A. 硫氰酸和异硫氰酸互为同分异构体B. 硫氰酸和异硫氰酸分子中碳原子的杂化方式相同C. 硫氰酸和异硫氰酸分子中o键和n键数目相同D. 硫氰酸的沸点高于异硫氰酸3甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示碳原子的杂化和甲烷中的碳原子杂化状态一致的是（）A.CH3C*H2CH3B.C*H2=CHCH3

10、C.CH2=C*HCH3D.CH 三 C*H4已知次氯酸分子的结构式为HOCl，下列有关说法正确的是（）A. O原子发生sp杂化B. O原子与H、Cl都形成o键C.该分子为直线型分子D.该分子的电子式是H:O:C15徐光宪在分子共和国一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、C02、BF3、CH3COOH等。下列说法正 确的是（ ）A. H2O2分子中的O为sp2杂化B. CO2分子中C原子为sp杂化C. BF3分子中的B原子sp3杂化D. CH3COOH分子中C原子均为sp3杂化6尿素（H2NCONH2）分子中C、N原子的杂化方式依次为。7.碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但

11、杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，碳原子采取sp杂化的分子是（写结构简式，下同），采取sp2杂化的分子是，采取sp3杂化的分子是。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子： 。参考答案：【基础知识梳理】一、杂化轨道理论1. CH4 鲍林2. 能量相近 能量 成分3相近能量成分空间o二、用杂化轨道理论解释甲烷分子的空间构型1. (1) 1 3 ( 2 ) sp3 杂化2. (1) 1 2( 2 ) sp2 杂化3.(1) 11( 2 ) sp 杂化能量相等1so能量相等2po能量相等3p o成分相同正四面体平面三角形 平面三角形 直线形 180 直

12、线形 180正四面体形 109。28(或109.5。)109。28120 垂直120。三、几种碳原子的杂化轨道1. sp3 sp3o o2. sp2 sp2 n o o n 平面结构3. sp sp n o o n 直线形【课堂检测】1. D2. sp3 sp2 sp2 sp23. (1)四面体o 3 o 3(2)三角锥型o 3(3)平面结构o 2 o 2 2、ns 3-ss 3-s 3-s 2-ss 2-s 2-【巩固练习】1. A 2.D 3.A 4.B 5.B6.s 2、 s 37乙炔 乙烯、苯 乙烷CH三CCH2CH=CH2(其他合理答案均可)；4.1.1 杂化轨道理论与分子的空间构型

13、（2）学习目标】1. 能根据分子的空间构型判断杂化轨道类型。2. 掌握常见分子的空间构型与杂化轨道。核心知识点】用杂化轨道理论判断分子的空间构型。【基础知识梳理】一、h2o和nh3分子的空间构型1.H2O 分子的空间构型11Tr2pTTti nsp3杂优轨這H2O中O原子的sp3杂化轨道h2o的空间构型O 原子上的 1 个 2s 轨道与 3 个 2p 轨道混合，形成 4 个杂化轨道，该杂化轨道的空间构型是2个杂化轨道分别与H原子的轨道重叠，形成键。H2O 分子的空间构型为，键角为。2. NH3的空间构型NH3中N原子的sp3杂化轨道NH3的空间构型N 原子上的 1 个 2s 轨道与 3 个 2

14、p 轨道混合，形成 4 个杂化轨道，该杂化轨道的空间构型是3个杂化轨道分别与H原子的轨道重叠，形成键。nh3分子的空间构型为，键角为。二、常见分子的空间构型及杂化轨道类型1. 杂化轨道及成键规律（1）当杂化轨道数目等于成键轨道数目时，杂化轨道全部参与成键，成键类型是键，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型一致。（2）当杂化轨道数目大于成键轨道数目时，分子中存在孤电子对，对成键电子对产生排斥作用，使键（3）若未杂化的轨道上有成单电子，则形成键。2. 常见分子的空间构型及成键类型CH4NH3H2OCO2分子空间构型杂化轨道类型杂化轨道 空间构型中心原子 孤电子对数成键类型2个g键，2个n键同类分子a

15、b4型分子或离子NC13、PC13 等h2s、sci2 等CS2【核心知识巩固】一、常见分子的空间构型及成键类型杂化类型分子类型空间构型举例Sp3AB4正四面体CH4、CCI4、NH4+、金刚石等AB3C四面体CH3CI、CH3CH3 等AB3三角锥nh3、nf3 等AB2V形h2o、h2sSp2AB3平面三角形bf3、AICI3、苯环等spAB2直线形co2、cs2、三等二、分子空间构型与杂化轨道的关系1共价键全部为O键的分子构型与杂化类型中心原子的 杂化类型杂化 轨道数杂化轨道 空间构型成键电子对数孤电子 对数分子的空 间构型实例分子式结构式sp2直线形20直线形BeCl2ClBeClsp

16、23平面三角 形30平面三角形BF3r21V形Sp34正四面体 形40正四面体型CH4H H H31三角锥型NH322V形H2O：o：/ HH2含Q键和n键的分子构型和杂化类型物质结构式杂化轨道类型分子中共价键数键角分子的空间构型甲醛(.11 !1 C HSp23个o键1个n键约 120平面二角形乙烯H H1IfC=CH5个o键1个n键120平面形氢化氰HMNsp2个o键2个n键180直线形乙炔HccH3个o键2个n键180直线形【课堂检测】1. 填空：(1) CO2中的C为杂化，分子的结构式为，空间构型为(2) BC13中的B为杂化，分子的结构式为，空间构型为。(3) AsH3中的As为杂化

17、，分子的结构式为，空间构型为 3甲烷分子(CH4)在特定条件下容易失去一个H+,形成甲基阴离子(CH3-)，在这个过程中，下列描述不合 理的是( )A. 碳原子的杂化类型发生了改变B. 微粒的形状发生了改变C. 微粒的稳定性发生了改变D. 微粒中的键角发生了改变4. 氯仿(CHC13)常因保存不慎而被氧化，产生剧毒物光气(COC12)： 2CHC13 + O2 t2HC1 + 2C0C12 (结构式为.)。下列说法不正确的有()A. CHCl3分子的空间构型为正四面体B. COCl2分子中存在0键、n键C. COCl2分子中所有原子的最外层电子都满足8电子稳定结构D. 氯仿转化为光气的变化中，

18、中心原子轨道杂化类型发生了变化5. 甲醛(HCHO)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子内C原子的杂化方式为，甲醇分子内的OCH键角(填“大于”、“等于”或“小于”)甲醛分子内的O=CH键角。参考答案：【基础知识梳理】一、h2o和nh3的空间构型1. sp3 正四面体形 sp3 1s g V形 104.52. sp3正四面体形sp3 ls g三角锥形107.3二、常见分子的空间构型及杂化轨道类型1. g 变小 n2.CH4nh3h2oCO2分子空间构型正四面体三角锥V形（折线形）直线形杂化轨道类型sp3sp3sp3sp杂化轨道 空间构型正四面体正四面体正四面体直线形中心原子 孤电子对数0120成键类型4个g键3个g键2个g键2个g键，2个n键同类分子ab4型分子或离子NC13、PC13 等比S、SC12等CS2课堂检测】厂-、” I、1. （1） sp O=C=O 直线形 （2） sp2匚丄“平面三角形（3） sp3_1 三角锥2. sp2sp2杂化轨道与sp2杂化轨道2p和2psp2杂化轨道和1s【巩固练习】1.C 2.D 3.A 4.A5. sp3 小于