第5讲 杂化轨道理论简介-2023-2024学年高二化学精品辅导讲·测·练（人教版2019选择性必修2）

高二化学精品辅导讲·测·练（人教版选择性必修2物质结构与性质） 第5讲 杂化轨道理论简介 【学习目标】 1．了解杂化轨道理论的基本内容。 2．能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。 一、杂化轨道理论简介 为了解释CH4等分子的空间构型，美国化学家鲍林于1931年提出了杂化轨道理论。 1．sp3杂化与CH4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，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成______相等、______相同的4个sp3杂化轨道。 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 4个sp3杂化轨道在空间呈___________，轨道之间的夹角为__________，每个轨道上都有一个未成对电子。 (2)共价键的形成 碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个相同的σ键。 (3)CH4分子的空间构型 CH4分子为空间____________结构，分子中C—H键之间的夹角都是_________。 (4)正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采用sp3杂化轨道形成共价键，如CCl4、 NH4+等。金刚石中的碳原子、晶体硅和石英（SiO2）晶体中的硅原子也是采用sp3杂化轨道形成共价键的。 2．杂化轨道理论的要点 (1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。 (2)杂化前后轨道数目______。 (3)只有能量______的轨道才能杂化(如2s和2p)。 (4)杂化轨道成键时要满足化学键间____________原理。杂化轨道间的______决定分子的空间构型。 (5)杂化轨道所形成的化学键全部为______键。 3．杂化轨道类型及其空间结构 杂化轨道类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道和1个p轨道 1个s轨道和2个p轨道 1个s轨道和3个p轨道 杂化轨道的数目 杂化轨道间的夹角 空间结构名称 实例 CO2、C2H2 BF3、HCHO CH4、CCl4 (1)sp3杂化轨道 (2)sp杂化轨道 (3)sp2杂化轨道 4．用杂化轨道理论解释H2O和NH3分子的空间构型 (1)H2O分子的空间构型 H2O中O原子的sp3杂化轨道 H2O的空间构型 (2)NH3的空间构型 NH3中N原子的sp3杂化轨道 NH3的空间构型 (3)CH4、NH3、H2O的杂化方式和空间结构比较 CH4 NH3 H2O 中心原子的杂化方式 分子空间构型 中心原子孤电子对数 键角 109°28' 107°18' 104°30' 当中心原子的杂化轨道数上存在__________时，分子的空间构型与杂化轨道的空间构型不同。 分子的中心原子的杂化方式相同，中心原子上的孤电子对数越多，键角______。 5．碳原子的杂化方式及成键情况 (1)C2H6、C2H4、C2H2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 sp3 C—Hσ键 C—Cσ键 sp3—s sp3—sp3 sp2 C—Hσ键 C—Cσ键 π键 sp2—s sp2—sp2 两个碳原子各以1个未杂化的2p轨道发生重叠形成 sp C—Hσ键 C—Cσ键 π键 sp—s sp—sp 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π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σ键，空间构型为四面体。 甲烷和其他烷烃中的C原子、NH4+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σ键，未杂化的p轨道与其他原子形成π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）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π键），C原子的sp杂化轨道与其他原子形成σ键，未杂化的2个p轨道与其他原子形成2个π键，空间构型为直线形。 存在碳碳叁键（C≡C）和碳氮三键（C≡N）、CO2中的碳原子，都是sp杂化。 【交流讨论】填写下表 CH4 NH3 H2O CO2 分子空间构型 杂化轨道类型 杂化轨道 空间构