高中化学 杂化轨道理论竞赛课件 44页

奥林匹克化学竞赛辅导杂化轨道理论\n杂化轨道理论对简单分子（包括离子）几何构型的解释。\n杂化轨道理论1、杂化：成键过程是由若干个能量相近的轨道经叠加、混合、重新调整电子云空间伸展方向，分配能量形成新的杂化轨道过程。一个原子的轨道在和其他原子结合成键的过程中,该原子的原子轨道重新混合成为新的原子轨道,这种混合过程称为杂化,形成的新的原子轨道称为杂化轨道。\n杂化的目的：更有利于成键。杂化的动力：受周围原子的影响。杂化的过程:基态原子激发态原子杂化态原子杂化的条件:参与杂化的原子轨道必须是能量相近的原子轨道。杂化过程原子轨道总数不变。\n杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。即杂化轨道增强了成键能力。\n2、杂化轨道的理论要点①成键原子中几个能量相近的轨道杂化成新的杂化轨道；②参加杂化的原子轨道数=杂化后的杂化轨道数。总能量不变；③杂化时轨道上的成对电子被激发到空轨道上成为单电子，需要的能量可以由成键时释放的能量补偿。\n☆杂化轨道比未杂化的原子轨道成键能力强，使形成的共价键更加稳定。☆不同类型的杂化轨道有不同的空间取向，从而决定了共价型多原子分子或离子的不同的空间构型。☆没有参与杂化的轨道仍保持原有的形状。☆某些分子形成过程中，“激发”、“杂化”是同时发生的，无先后之分；☆杂化过程中，不是所有原子都必须有电子激发，应按具体结构判断；注意\n3、杂化轨道的种类（1）按参加杂化的轨道分类s－p型：sp杂化、sp2杂化和sp3杂化s－p－d型：sp3d杂化、sp3d2杂化（2）按杂化轨道能量是否一致分类等性杂化和不等性杂化\n等性杂化如CH4分子中的C原子的sp3杂化：4个sp3杂化轨道能量一致\n又如C原子的SP2杂化形成3个能量相等的sp2杂化轨道，也属于等性杂化。判断是否是等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等，不看未参加杂化的轨道的能量。\nO原子的SP3杂化四条杂化轨道的能量不相等\n等性杂化—指杂化轨道中没有不参加成键的孤电子对，形成完全等同的杂化轨道的杂化。例如：CH4NH4+BF3SeF6不等性杂化—指杂化轨道中有不参加成键的孤电子对，形成不完全等同的杂化轨道的杂化。例如：NH3H2O\n4、各种杂化轨道在空间的几何分布杂化类型sp3sp2sp立体构型正四面体正三角形直线形\n杂化类型sp3d或dsp3sp3d2或d2sp3立体构型三角双锥体正八面体\n5、用杂化轨道理论解释构型（1）sp杂化BeCl2分子，直线形，用杂化轨道理论分析其成键情况，说明直线形的原因。Be：1s22s22p02条sp杂化轨道是直线形分布，分别与2个Cl的3p轨道成键，故分子为直线形。\n以BeCl2分子的形成为例基态时，Be的电子构型为1s22s2，Be原子应该不成键，但在激发状态Be原子进行了轨道杂化，才能够成键，如下所示能量Be基态Be激发态1s2s2p1s2s2p1sspBe杂化态空间构型为直线型sp杂化：一个s轨道和一个p轨道间的杂化\n\n二氧化碳，直线形，C发生sp杂化，C与O之间sp-2px两个键，所以，O—C—O成直线形。C中未杂化的py与两侧O的两个py沿纸面方向成大π键，C中未杂化的pz与两侧O的pz沿垂直于纸面的方向成π键，故CO2中，C、O之间有离域π键（两个∏34大π键）。········两个π34\n（2）sp2杂化BCl3平面三角形构型，B的3个sp2杂化轨道呈三角形分布，分别与3个Cl的3p成σ键，分子构型为三角形。属于sp2杂化。\n以BF3的形成为例1s2s2p能量1s2s2p1ssp2B基态B激发态B杂化态sp2杂化：一个s轨道和两个p轨道间的杂化\nSp2杂化轨道的空间构型平面三角形3个F的轨道和sp2的三个轨道成键，BF3整个分子是平面三角形xyz120012001200\n乙烯C发生sp2杂化，sp2杂化轨道与sp2杂化轨道形成1个C–Cσ键，sp2杂化轨道与H的1s轨道形成4个C–Hσ键；未杂化的p轨道之间形成π键，故分子中有碳碳双键存在。\n\n（3）sp3杂化甲烷C发生sp3杂化，4个轨道呈正四面体分布，4个sp3杂化轨道分别与4个H的1s轨道形成σ键，因没有未杂化的电子（轨道），故CH4分子中无双键。\n以甲烷的形成为例1s2s2pC基态能量1s2s2p1ssp3C激发态C杂化态sp3杂化：一个s轨道和三个p轨道间杂化\nSp3杂化轨道的空间构型4个H的轨道和四个sp3杂化轨道成键，整个CH4分子呈正四面体型.此角为109.50正四面体\n1、所用P轨道数目不同：C原子不同杂化轨道的特点SP3杂化动用了3个P轨道，甲烷的四个键完全相同，均为σ键。SP2杂化的用了2个P轨道，形成σ键，另一个以原来的P轨道与另一个C原子的相同P轨道交叠，形成一个π键。SP杂化的用了1个P轨道，另两个以原来的P轨道与另一个C原子的相同P轨道交叠形成两个相对较弱的π键。\n2、立体结构不同：SP3杂化的呈正四面体结构。SP2杂化的呈平面型结构。SP杂化的呈直线性结构。\n3、键长键角不同不但单双键的键长不同，而且C-H键长也不同。键角与杂化轨道形式直接相关。\n分子模型杂化类型形状键角键长C-C(nm)乙烷SP3四面体109o280.154乙烯SP2平面120o0.134乙炔SP线形180o0.121\n问题1：指出分子中各个碳原子的杂化轨道类型：SP2SP2SP3SP\n丁二烯问题2：指出下列各化合物中碳原子杂化类型。丙烯\n（4）s-p-d杂化PCl5三角双锥，P：1s22s22p63s23p33d05个sp3d杂化轨道呈三角双锥形分布，分别与5个Cl的3p成σ键。空间图形为：\nSp3d2杂化（5）sp3d2杂化\n（6）H2O的不等性杂化（O发生sp3不等性杂化）两个含单电子的sp3杂化轨道与2个H的1s轨道形成σ键，含孤电子对的两个sp3杂化轨道不成键，故水呈V形结构。水分子中的O–H键的夹角本应为109°28’，但由于孤电子对的斥力，键角变小，为104°45’。\n水分子的空间结构图\n（7）NH3的不等性杂化（N发生sp3不等性杂化单电子占据的sp3杂化轨道分别与H的1s成σ键，孤对电子占据的sp3单独占据四面体的一个顶角。由于孤对电子的影响，H—N—H键的键角小于109°28′，为107°18′。\n下面解释NH3为什么是三角锥型?N原子的电子排布：1S22S22P3在成键时，2S和2P轨道进行了杂化，生成SP3杂化轨道。能量1s2s2p1ssp3基态杂化态通过激发、杂化\n氮原子的价电子层结构为2s22p3，在形成NH3分子时，氮的2s和2p轨道首先进行sp3杂化。因为2s轨道上有一对孤电子对,由于含孤电子对的杂化轨道对成键轨道的斥力较大，使成键轨道受到挤压，成键后键角小于109.5°，分子呈三角锥形。氨分子的空间结构图\n氨分子的空间构型NHHH10703‘这对没有成键的电子称为孤对电子SP3杂化轨道本来是正四面体的，但在NH3分子中，由于孤对电子对成键电子的排斥作用，使得NH3分子中的键角缩小。NH3分子中所成的三个N—H键构成了三角锥型。一般,孤电子对、成键电子对之间斥力大小顺序：孤电子对和孤电子对>孤电子对和成键电子>成键电子和成键电子。\n在等性杂化中由分子构型（与电子对构型一致）可以直接看出杂化方式。但在不等性杂化中，分子结构当然与杂化方式有关，但要知道孤电子对数，方可确定分子构型。关键是电子对构型可以直接标志杂化方式，故电子对构型非常重要。不等性杂化与配体数小于对数是对应的。有未参加杂化的电子，一般形成π键或大π键。\n问题：1、水分子为“V”型结构，想想水分子中氧的杂化形式。2、PCl3是什么杂化？3、CO2的键角为何是1800？C原子或O原子是否杂化？C2H4分子为何取1200键角？.答案：1、水分子中，O原子SP3杂化，结构如下图2、PCl3sp3杂化3、CO2中碳SP杂化，C2H4中碳SP2杂化OHH1s2s2p1s2pSPC的SP杂化\n谢谢大家再见\n