雜化軌道理論課件 高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

雜化軌道理論分子中心原子上價層電子對數(shù)分子的空間構(gòu)形鍵角CH4

正四面體形4109o28′

價層電子排布式價層電子軌道表達式未成對電子數(shù)C

2s2p22s2p↑↓↑↑2個共價鍵的特征：方向性飽和性一個原子有幾個未成對電子，可和幾個自旋狀態(tài)相反電子配對成鍵原子軌道沿著一定的方向?qū)崿F(xiàn)最大程度的重疊（頭碰頭/肩并肩）。【思考】按照價鍵理論，甲烷的4個C－H單鍵都應(yīng)該是σ鍵。為什么C與H結(jié)合形成CH4，而不是CH2

？一、雜化軌道理論簡介為了解決這一矛盾，1931年由鮑林等人在價鍵理論的基礎(chǔ)上提出雜化軌道理論，它實質(zhì)上仍屬于現(xiàn)代價鍵理論，但是它在成鍵能力、分子的空間構(gòu)型等方面豐富和發(fā)展了現(xiàn)代價鍵理論。

成鍵時，在外界條件影響下，中心原子能量相近(通常是同一能層)的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的原子軌道的過程。1.原子軌道的雜化2.雜化軌道原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫雜化軌道。萊納斯·卡爾·鮑林（1901年2月28日－1994年8月19日）

美國著名化學(xué)家，兩獲諾貝爾獎雜化軌道理論1.雜化軌道形成及其特點價層電子空軌道雜化軌道吸收能量激發(fā)軌道重新組合成對電子中一個能量相近的空軌道能量相近類型不同xyzzxyz3.雜化軌道作用：形成δ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。4.雜化軌道的類型：發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。C基態(tài)C原子與其他原子形成共價鍵的雜化類型＊C激發(fā)雜化雜化軌道理論四要點：1.能量相近：①只有在形成化學(xué)鍵時才能雜化②在成鍵時，同一原子能量相近的原子軌道可重新組合成雜化軌道同一能層，能量相近2.數(shù)目相同：雜化軌道數(shù)=參與雜化的原子軌道數(shù)=價層電子對數(shù)且雜化后的軌道的能量相同。雜化改變了原子軌道的成分、能量、形狀、方向，使原子的成鍵能力增加。3.成鍵能力增強：雜化改變原有軌道形狀和伸展方向，重疊程度更大，形成的共價鍵更牢固。4.排斥力最?。弘s化軌道為使相互間的排斥力最小，故在空間取最大夾角分布，不同的雜化軌道伸展方向不同但形狀完全相同。當碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時——sp3雜化CH4分子中，碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時，中心原子C的1個2s軌道和3個2p軌道先會發(fā)生混雜，混雜時保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個新的能量相同、方向不同的軌道，即形成4個sp3雜化軌道，表示這4個軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的。109°28′中心原子C的sp3雜化軌道特征：①1個ns軌道與3個np軌道進行的雜化,形成4個sp3雜化軌道。②每個sp3雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/4s

軌道和3/4p

軌道的成分。③每兩個軌道間的夾角為109o28′，空間構(gòu)型為正四面體形。xyzxyzzxyzxyz109°28′中心原子4個雜化軌道，彼此遠離，斥力最小，能量最低，更穩(wěn)定sp3sp3sp3sp3109°28′注意：雜化軌道在角度分布上比單純的s或p軌道在某一方向上更集中，成鍵時根據(jù)最大重疊原理，重疊程度越大，形成的共價鍵越牢固。軌道重疊↑↓↑↓↑↓↑↓四個相同的C-Hσ鍵,呈正四面體形sp3—1s

成鍵sp3雜化態(tài)↑↑↑↑sp3sp3sp3sp3H↑1s1H↑1s1H↑1s1H↑1s1CH4分子中，碳原子與4個氫原子形成甲烷分子時，中心原子C的sp3雜化軌道4個氫原子σ鍵成鍵H1sH1sH1sH1sCsp3sp3109°28′xyzCH4原軌道雜化軌道C原子價層電子對數(shù)數(shù)目形狀和方向是否相同成鍵能力變化4個4個形狀和方向都改變了成鍵能力增強了xyzxyzzxyz109°28′4對1.sp3雜化軌道的總結(jié)中心原子的雜化類型與VSEPR模型的關(guān)系:雜化軌道數(shù)＝

價層電子對數(shù)＝

中心原子孤電子對數(shù)+中心原子σ鍵電子對數(shù)sp3雜化軌道是由1個ns軌道和3個np軌道雜化而得。sp3雜化軌道的夾角為109°28′，呈空間結(jié)構(gòu)為正四面體形(如CH4、CF4、CCl4)甲烷中的化學(xué)鍵的分析σ鍵未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。

sp2sp2

雜化spppp第二種類型：sp2

雜化xyzzxyzxyzxyz120°②每個sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有____

s

軌道和____

p

軌道成分。①1個s軌道與2個p軌道進行的雜化,形成____個sp2雜化軌道。31/3

2/3③每兩個雜化軌道間的夾角為_____，呈__________________。④

3個sp2雜化軌道用于形成_____鍵，未參與雜化的p軌道用于形成π鍵。120°平面三角形σpsp2sp2sp2xyzxyzzxyzxyz120°平面三角形sp2雜化軌道：1個s軌道和2個p軌道雜化而得到3個sp2雜化軌道（以BF3

為例）B:2s22p12s2p↑↓↑2s2p↑↑↑躍遷sp2

雜化sp2↑↑↑未雜化軌道-空軌道FFFB2s2p↑↓↑↓↑↓↑F:2s22p5用雜化軌道理論解釋CH2=CH2的空間結(jié)構(gòu)乙烯C2H4中心原子C原子的雜化：

sp21個s軌道和2個p軌道雜化而得到3個sp2雜化軌道,還有1個有單電子的2p軌道4個C—H單鍵1個C=C

左右兩邊的C原子各形成2個C—Hσ鍵，C=C原子之間形成1個σ鍵和1個π鍵（p-p軌道的電子肩并肩，即乙烯分子中的C原子的未參與雜化的2P軌道相互重疊形成π鍵）1個p-pC-Cπ鍵5個σ鍵1個π鍵乙烯C2H4中心原子C原子的3個sp2雜化的成鍵過程

2px↑↑↑2s↑C原子激發(fā)態(tài)2py2pzsp2雜化↑↑↑sp2sp2sp2H↑1s1H↑1s1軌道重疊↑↓↑↓sp2—1s成鍵碳原子的2個sp2雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個s-sp2σ鍵1個C原子各形成2個C-Hσ鍵↑↑↑sp2sp2sp2H↑1s1H↑1s1即形成雙鍵中的C-Cσ鍵軌道重疊碳原子的1個sp2雜化軌道與另一個碳原子的sp2雜化軌道，兩個軌道相互重疊形成sp2-sp2σ鍵四個s-sp2C-Hσ鍵1個sp2-sp2

C-Cσ鍵頭碰頭σ鍵肩并肩肩并肩σ鍵π鍵HHHHsp2雜化解釋CH2=CH2的空間結(jié)構(gòu)----平面三角形CH2=CH2分子中碳原子的3個sp2雜化軌道有2個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個s-sp2σ鍵，

有一個相互重疊形成sp2-sp2σ鍵，

另外，碳原子的未雜化的2P軌道相互重疊形成π鍵。注意：有機物中形成雙鍵的碳原子均為sp2雜化在乙烯(CH2＝CH2)分子中有5個σ鍵、一個π鍵，它們分別是（）A．sp2雜化軌道形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵B．sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵C．C—H之間是sp2形成的σ鍵，C—C之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵D．C—C之間是sp2形成的σ鍵，C—H之間是未參加雜化的2p軌道形成的π鍵Bσ鍵π鍵HHHH中心原子C的sp2雜化：1個C=C與2個單鍵形成注意：有機物中形成雙鍵的碳原子均為sp2雜化雜化軌道只能用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對，不能用于形成π鍵；未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。1個s軌道和1個p軌道雜化而得到2個sp雜化軌道3.sp雜化軌道：

sp雜化spspppp②每個sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/2s

軌道和1/2p軌道的成分。①1個s軌道與1個p軌道進行的雜化,形成2個sp雜化軌道。xyzxyzzxyzxyz180°直線形③兩個雜化軌道間的夾角為180°，呈直線形。④

2個sp雜化軌道用于形成σ鍵，未參與雜化的2個p軌道（若有電子）用于形成2個π鍵。ppspsp嘗試用雜化軌道理論來解釋BeCl2的空間結(jié)構(gòu)2s2p↑↓

2s2p↑↑

躍遷sp雜化sp↑↑Be原子的1個sp2雜化軌道與氯原子3p軌道重疊形成兩個p-spσ鍵Cl原子3s23p5↑↓sppp↑↓↑↓↑180°直線形直線形ClClsppxpx用sp雜化軌道理論解釋CH≡CH的空間結(jié)構(gòu)---sp雜化C—H≡C—H1個s軌道和1個p軌道雜化而得到2個sp2雜化軌道,還有2個有單電子的2p軌道2個C—H單鍵1個C三C

3個σ鍵

2個π鍵兩個碳原子的1個sp雜化軌道相互重疊形成sp-spσ鍵，另外1個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個s-spσ鍵，未參與雜化的2個2P軌道相互重疊形成2個π鍵。注意：有機物中形成三鍵的碳原子均為sp雜化頭碰頭σ鍵肩并肩肩并肩σ鍵HH乙炔中sp雜化C原子成鍵過程π鍵π鍵CHCHCH≡CH分子中碳原子的2個sp雜化軌道有一個相互重疊形成sp-spσ鍵，另外1個雜化軌道與氫原子1s軌道重疊形成兩個s-spσ鍵，未參與雜化的2個2P軌道相互重疊形成2個π鍵。22

由1個ns軌道和2個np軌道雜化而成的，每個sp2雜化軌道含有s/3和2p/3的成分，sp2雜化軌道間的

，呈

。②sp2雜化:

由1個ns軌道和1個np軌道雜化而成的，每個sp雜化軌道含有s/2和p/2的成分，sp雜化軌道間的夾角為180°，③sp雜化:①

由

ns軌道和

np軌道雜化而成的，每個sp3雜化軌道含有s/4和3p/4的成分，sp2雜化軌道間的夾角都是109°28，

。sp3雜化:①1個3個呈四面體形夾角都是120°平面三角形呈直線形。雜化軌道類型總結(jié)氮原子的3個sp3雜化軌道與

3個氫原子的1s原子軌道重疊形成

3個N-Hσ鍵，另外

1個sp3雜化軌道中占有孤電子對2s2p↑↓↑↑↑sp3↑↓↑↑↑氧原子的2個sp3雜化軌道與2個氫原子的1s原子軌道重疊形成

2個O-Hσ鍵，另外

2個sp3雜化軌道中占有孤電子對2s2p↑↓↑↓↑↑sp3↑↓↑↓↑↑思考：NH3與H2O的價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型跟CH4一樣也是四面體形，它的中心原子采取的雜化方式CH4、NH3、H2O中心原子的雜化類型都是sp3，鍵角為何依次減?。緾H4、NH3、H2O中心原子上的孤電子對數(shù)依次為0、1、2。價層電子對斥力大?。汗码娮訉Γ境涉I電子對；孤電子對越多，鍵角越小。從雜化軌道理論的角度，如何比較鍵角大小？雜化類型不同時，鍵角：

sp＞sp2＞sp3雜化類型相同時，孤電子對數(shù)越多，鍵角越小→雜化理論和VSEPR模型預(yù)測粒子空間結(jié)構(gòu)結(jié)果基本一致價層電子對互斥模型雜化軌道理論計算價層電子對數(shù)價層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)+中心原子孤電子對數(shù)234直線形平面三角形四面體形sp雜化，直線形sp2雜化，平面三角形sp3雜化，四面體形預(yù)測分子結(jié)構(gòu)略去孤電子對解釋分子空間結(jié)構(gòu)雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系1：當雜化軌道全部用于形成σ鍵時，分子/離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)相同雜化類型spsp2sp3雜化軌道數(shù)參與雜化軌道軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖

實例BeCl2BF3CH4分子結(jié)構(gòu)示意圖分子空間結(jié)構(gòu)直線形平面三角形正四面體形1個s,3個p1個s,2個p4個sp33個sp21個s,1個p2個sp雜化軌道類型與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系情況二：當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，會使分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與雜化軌道的形狀有所不同ABn型分子中心原子雜化類型中心原子孤電子對數(shù)空間結(jié)構(gòu)實例AB2sp21SO2AB3sp31NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2H2O、H2S、NH2-V形三角錐形V形判斷中心原子雜化軌道類型的方法方法一：算中心原子的雜化軌道數(shù)=價層電子對數(shù)目＝σ鍵數(shù)（中心原子結(jié)合的電子數(shù)）＋中心原子的孤電子對數(shù)目條件：單中心分子價層電子對數(shù)234雜化類型spsp2sp3雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納孤電子對，而兩個原子之間只能形成一個σ鍵分子σ鍵電子對孤電子對價層電子對VSEPR模型空間結(jié)構(gòu)雜化類型CH4404NH3314H2O224BF3303BeCl2202四面體形四面體形四面體形平面三角形直線形四面體形三角錐形V形平面三角形直線形sp3sp3sp3sp2sp方法二：通過看中心原子有沒有形成雙鍵或三鍵來判斷判斷中心原子雜化軌道類型的方法若有1個三鍵或2個雙鍵，則其中有2個π鍵，用去2個p軌道，是____雜化；若有1個雙鍵則其中必有1個π鍵，用去1個p軌道，是____雜化；若全部是單鍵，則形成____雜化。spsp2sp3雜化類型sp3sp2spC的成鍵方式4個單鍵1個雙鍵和2個單鍵1個C≡C和1個單鍵N的成鍵方式3個單鍵1個雙鍵和1個單鍵1個三鍵______________________________________spsp2sp2sp3sp3飽和碳原子均采取sp3雜化；雙鍵或苯環(huán)碳原子均采取sp2雜化；三鍵碳原子均采取sp雜化?！狢≡C—CH=C—C≡NH3C—O—【思考】指出下列原子的雜化方式：下列有機物分子中的碳原子既有sp3雜化又有sp雜化的是(

)A.CH3CH2CH3B.CH3?C≡CHC.CH3CHOD.CH≡CHBsp方法三：根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷雜化軌道之間的夾角180°120°109°28′spsp2sp3判斷中心原子雜化軌道類型的方法空間結(jié)構(gòu)正四面體形、三角錐形平面三角形4直線形雜化類型sp3sp2sp注意：空間結(jié)構(gòu)為V形的雜化類型sp3或sp2方法四：根據(jù)分子的空間結(jié)構(gòu)判斷利用VSEPR模型和雜化軌道理論推測粒子結(jié)構(gòu)孤電子對數(shù)化學(xué)式價層電子對數(shù)σ鍵電子對數(shù)VSEPR模型中心原子雜化類型粒子的真實空間結(jié)構(gòu)SO2H2SSO3NCl3HCNHClO224四面體形sp3雜化V形123平面三角形sp2雜化V形033平面三角形sp2雜化平面三角形134四面體形sp3雜化三角錐形022直線形sp雜化直線形224四面體形sp3雜化V形利用VSEPR模型和雜化軌道理論推測粒子結(jié)構(gòu)孤電子對數(shù)化學(xué)式價層電子對數(shù)σ鍵電子對數(shù)VSEPR模型中心原子雜化類型粒子的真實空間結(jié)構(gòu)SO42-NO3-PO43-ClO3-