2.2.2杂化轨道理论 讲义 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

2.2.2杂化轨道理论简介 【核心素养发展目标】 1.知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型 2.通过杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法 【主干知识梳理】 一、杂化轨道理论简介一杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的立体构型提出的 1.杂化轨道理论的提出 用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 CH分子呈正四而体形，4个C-H的键长相同，H一C一H的键角为10928。碳原子的价电子排布图为 四☐，根据共价键的饱和性，碳原子只有2个未成对电子，只能形成2个共价键，而实际上碳原子 2 2p 都是形成了4个共价键，只能是2s:上面的1个电子激发到2p上面，形成了田日口，此时有4个未 2p 成对电子，满足形成4个共价键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2印轨道和1个球 形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。为解决这一 矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，它的要点是：当碳原子与4个氢原子形成CH分子时，碳原子的2s轨 道和3个2印轨道发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各 指向正四面体的4个顶角，夹角为10928'，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道由1s轨道和3个D轨道 杂化形成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重 叠形成4个C一Hc键，因此呈正四面体的空间结构 2.杂化轨道的含义 在外界条件影响下，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叫做原子轨道的杂化。承 新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道 3.杂化轨道理论要点 (1)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 如：2s轨道与3p轨道不能形成sp3杂化轨道，因为2s与3p不在同一能级，能量相差较大 (2)数日不变：杂化前后原子轨道数目不变（参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目），且杂化轨道的能量相 同 (③)成键能力增强：杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。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，例如s轨道与P轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图 ©一一，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更 牢固 (④)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，同一组杂化轨道的伸展方向不 同，但形状完全相同 【微点拨】 ①双原子分子中，不存在杂化过程 ②杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对 ③未参与杂化的p轨道可用于形成π键 ④杂化轨道呈“对称”分布，确保相互间斥力最小 【对点训练1】 1.下列关于杂化轨道的说法错误的是( A.并不是所有的原子轨道都参与杂化 B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化 C.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键 D.杂化轨道都用来成键 2.下列有关杂化轨道的说法不正确的是() A,原子中能量相近的某些轨道，在成键时能重新组合成能量相等的新轨道 B.轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 C.杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理[来源：学科网ZXXK] D. 杂化轨道只用于形成c键或用于容纳未参与成键的孤电子对 1 二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系 1.杂化轨道的类型 (1)sp3杂化轨道—正四面体形 ①sp3杂化：sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有14s和34p的成 分，sp3杂化轨道间的夹角为10928'，空间结构为正四面体形（如CH4、C℉4、CCL)。如下图所示 ②CH,分子的形成 C五化学键的形成 sp3杂化轨道示意图CL分子的立体构型 C、H原子形成CH时，C原子2s上的1个电子激发到 空的2p轨道上，2s轨道与3个2p轨道发生sp3杂化， 形成了4个能量相等、相互夹角为109°28'的4个相同的 杂化轨道（每个轨道上一个单电子），4个H原子的s轨道 109°28 与这4个sp杂化轨道发生轨道重叠形成4个完全等同的 σ键，在空间对称分布。因而CH4是正四面体形的分子 因☐微发日日桑化卫 2s2p 252p 基态 滥发态 杂化轨道 (2)sp2杂化轨道一平面三角形 ①sp2杂化：sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有13s和23p成分 sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示 ■■ 印杂化 PPP 2 p杂化 ②BF3分子的形成 BF3化学键的形成 sp2杂化轨道示意图 BF3分子的立体构型 B、F原子间形成BF,时，B原子的2s的1个电子 激发到