中心原子雜化軌道類型的判斷方法25539

精選文庫(kù)中心原子雜化軌道類型的判斷方法高中化學(xué)選修模塊物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中介紹了雜化軌道理論，這一重要理論能解釋大多數(shù)分子幾何構(gòu)型及價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。在使用該理論時(shí)，首先必須確定中心原子的雜化形式，在未知分子構(gòu)型的情況下，判斷中心原子雜化軌道類型有時(shí)比較困難，成為教學(xué)難點(diǎn)。下面總結(jié)幾種高中階段判斷中心原子雜化軌道類型的方法。一、根據(jù)分子的空間構(gòu)型判斷根據(jù)雜化軌道理論，中心原子軌道采取一定的雜化方式后，其空間構(gòu)型和鍵角如下：雜化軌道類型 雜化軌道空間構(gòu)型 鍵角sp 直線形 180sp2 平面三角形 120sp3 正四面體 1095由此，可以根據(jù)分子的空間構(gòu)型或鍵角來(lái)判斷中心原子軌道的雜化方式。例如一些常見(jiàn)的簡(jiǎn)單分子的結(jié)構(gòu)都是熟悉的，C2H2、CO2為直線型分子，鍵角為180，推斷其C 原子的雜化軌道類型為sp；C2H4 、C6H6為平面型分子，鍵角為120， 推斷其C 原子的雜化軌道類型為sp2；CH4、CCl4為正四面體，鍵角1095，推斷其C 原子的雜化軌道類型為sp3。還可以擴(kuò)展到以共價(jià)鍵形成的晶體，如：已知金剛石中的碳原子、晶體硅和石英中的硅原子，都是以正四面體結(jié)構(gòu)形成共價(jià)鍵的，所以也都是采用sp3 雜化；已知石墨的二維結(jié)構(gòu)平面內(nèi)，每個(gè)碳原子與其它三個(gè)碳原子結(jié)合，形成六元環(huán)層，鍵角為120，由此判斷石墨的碳原子采用sp2 雜化。二、根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷教材的“拓展視野”中介紹了價(jià)層電子對(duì)互斥理論，根據(jù)該理論能夠比較容易而準(zhǔn)確地判斷ABm型共價(jià)分子或離子的空間構(gòu)型和中心原子雜化軌道類型。中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)與價(jià)電子對(duì)的幾何分布、中心原子雜化軌道類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表（價(jià)電子對(duì)數(shù)4 的，高中階段不作要求）。中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù) 價(jià)電子對(duì)幾何分布 中心原子雜化類型2 直線形 sp3 平面三角形 sp24 正四面體 sp3運(yùn)用該理論的關(guān)鍵是能準(zhǔn)確計(jì)算出中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)，其計(jì)算方法是：1價(jià)電子對(duì)數(shù)n 中心原子（A）的價(jià)電子數(shù)配位原子（B）提供的價(jià)電子數(shù)m2。2對(duì)于主族元素，中心原子（A）的價(jià)電子數(shù)最外層電子數(shù)；配位原子中鹵族原子、氫原子提供1 個(gè)價(jià)電子，氧族元素的原子按不提供電子計(jì)算； 離子在計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)時(shí)，還應(yīng)加上負(fù)離子的電荷數(shù)或減去正離子的電荷數(shù)。3中心原子孤電子對(duì)數(shù)n（價(jià)電子對(duì)數(shù)）m（配位原子B 數(shù)）。4 雜化軌道由形成 鍵的電子對(duì)和孤電子對(duì)占據(jù)，因此分子或離子的空間構(gòu)型為雜化軌道構(gòu)型去掉孤電子對(duì)后剩余的形狀。例：指出下列分子或離子的中心原子的雜化軌道類型，并預(yù)測(cè)它們的空間構(gòu)型：BeCl2、H2OSO3、NH3NH4、PO43解析：第組都是AB2型分子BeCl2的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（212）22，Be 采用sp 雜化，nm220，無(wú)孤對(duì)電子， 故分子呈直線型；H2O 的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（612）24，O 采用sp3 雜化，nm422，有2 對(duì)孤電子對(duì)，故分子呈折線型。第組都是AB3型分子SO3的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（603）23，S 采用sp2 雜化，nm330， 無(wú)孤對(duì)電子，故分子呈平面三角形；NH3的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（513）24，N 采用sp3 雜化，nm431，有1 對(duì)孤對(duì)電子，故分子呈三角錐型。第組都是AB4型離子NH4的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（5141）24，N 采用sp3 雜化，nm440，無(wú)孤對(duì)電子，故分子呈正四面體；PO43的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（5033）24，P 采用sp3 雜化，nm440，無(wú)孤對(duì)電子，分子呈正四面體結(jié)構(gòu)。三、根據(jù) 鍵數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)逆向判斷根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù) 鍵數(shù)孤電子對(duì)數(shù)，如果已知 鍵數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)，就可以逆向判斷出中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)，從而判斷出雜化方式。例： 指出乙酸分子中原子的雜化軌道類型以及它們周圍原子的空間分布情況。解析： 高能熟練書寫有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)式，根據(jù)結(jié)構(gòu)式就很容易得知 鍵數(shù)和孤對(duì)電子數(shù)，從而判斷出雜化方式。1號(hào)C形成4個(gè) 鍵，無(wú)孤對(duì)電子，所以有4個(gè)價(jià)電子對(duì)，C原子為sp3雜化，其周圍3個(gè)H和1個(gè)C呈正四面體分布；2號(hào)C形成3個(gè)鍵，無(wú)孤對(duì)電子，所以有3個(gè)價(jià)電子對(duì)，C原子為sp2雜化，其周圍的C、O、O呈正三角形分布；3號(hào)O形成2個(gè)鍵，2個(gè)孤對(duì)電子， 所以有4個(gè)價(jià)電子對(duì)，C原子為sp3雜化，其周圍的C和H呈折線形分布。四、根據(jù)等電子原理判斷教材的“資料卡”中介紹了等電子原理，即具有相同價(jià)電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征，這里的結(jié)構(gòu)特征包括中心原子的雜化軌道類型、分子的空間結(jié)構(gòu)等。因此，我們可以根據(jù)一些熟悉的分子的雜化軌道類型來(lái)判斷與它互為等電子體的不熟悉的分子的雜化軌道類型。例：指出N2O分子的空間構(gòu)型和雜化軌道類型。解析：教材中介紹的價(jià)層電子對(duì)互斥理論是比較淺顯的，并沒(méi)有介紹N作為配位原子應(yīng)該如何計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)，在解決這樣的題目時(shí)，可采用等電子原理巧解。由于 N2O與CO2互為等電子體，大家對(duì)于CO2的結(jié)構(gòu)非常熟悉，直接根據(jù)直型，判斷出sp雜化，當(dāng)然也可以計(jì)算出CO2中的C原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（402）22，判斷為sp雜化，直線型，故N2O也應(yīng)為sp雜化，直線型。同樣， 如果要判斷CNS的空間構(gòu)型和雜化軌道類型，不必深究哪個(gè)原子是中心原子，哪個(gè)是配位原子， 如何計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)， 直接根據(jù)CNS與CO2等電子體，來(lái)判斷CNS為直線型，sp雜化。五、根據(jù)結(jié)構(gòu)代換判斷有機(jī)化學(xué)中的取代反應(yīng)是指有機(jī)物分子里某些原子或原子團(tuán)被其它原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng)，根據(jù)取代反應(yīng)機(jī)理，發(fā)生取代后，其中心原子的結(jié)構(gòu)和成鍵方式都應(yīng)該不變。由此啟發(fā)，對(duì)于一些復(fù)雜的分子，我們可以將其中的某些原子團(tuán)代換成原子，變成簡(jiǎn)單熟悉的分子，根據(jù)這個(gè)分子的空間構(gòu)型和雜化軌道類型，來(lái)判斷原來(lái)的分子的空間構(gòu)型和雜化軌道類型。例：CH3OH 等醇類，都可以看作R代換了H2O中的H， 因?yàn)镠2O中O原子為sp3雜化， 所以CH3OH中的O原子也為sp3雜化。H2NNH2可以看作NH2代換了NH3中的H， 因?yàn)镹H3中N原子為sp3雜化，所以H2NNH2中的N原子也為sp3雜化。課程標(biāo)準(zhǔn)