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第3 課時 雜化軌道理論
第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間結構
問題：寫出C、H原子價電子排布圖，思考為什么碳原子與氫原子結合形成CH4，而不是CH2 ？
C
價層電子軌道表示式
2s
2p
H
價層電子軌道表示式
1s
思考：按照價鍵理論應該形成CH2，為什么最終形成的是CH4呢？
為解決分子空間結構與價鍵理論的矛盾，1913年鮑林提出了雜化軌道理論。
任務一 雜化軌道理論
萊納斯·卡爾·鮑林
（1901年2月28日－1994年8月19日） 美國著名化學家，兩獲諾貝爾獎
外界條件下，能量相近的原子軌道混雜起來，重新組合新軌道的過程叫做原子軌道的雜化，雜化后的新軌道就稱為雜化軌道。
1.雜化軌道理論簡介
任務一 雜化軌道理論
價層電子
空軌道
激發
雜化軌道
軌道重新組合
成對電子
中的一個
與激發電子臨近
能量相近的原子軌道
吸收能量
軌道總數目不變，角度和形狀發生變化，成鍵時釋放能量較多，軌道重疊程度更大，生成的分子更穩定
只有在形成化學鍵時才會雜化！單獨的原子不會發生雜化。
常是同一能層或相近能級的原子軌道
2.雜化軌道的形成
任務一 雜化軌道理論
3.甲烷的形成
2s 2p
↑↓
↑
↑
2s 2p
↑
↑
↑
↑
sp3
↑
↑
↑
↑
躍遷
雜化
基態
激發態
雜化軌道
為了四個雜化軌道在空間盡可能遠離，使軌道間的排斥最小，4個雜化軌道的伸展方向成什么立體構型
正四面體
任務一 雜化軌道理論
4.雜化的特點
未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。
(1)雜化前后軌道數不變
(2)雜化過程中軌道的形狀發生變化
(4)雜化后的新軌道能量、形狀都相同
(6)雜化軌道只用于形成σ鍵和容納孤電子對
(3)雜化后形成的化學鍵更穩定
(5)雜化后的軌道之間盡可能遠離
任務二 雜化軌道的類型
1.sp3雜化
sp3雜化：1個s 軌道與3個p 軌道進行的雜化,形成4個sp3 雜化軌道。
每個sp3雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小， 含有 1/4 s 軌道和 3/4 p 軌道的成分每兩個軌道間的夾角為109.5°，空間構型為正四面體形。
sp3雜化
s
p
p
p
sp3雜化
任務二 雜化軌道的類型
2.sp2雜化
每個sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有 1/3 s 軌道和 2/3 p 軌道的成分每兩個軌道間的夾角為120°，呈平面三角形。
sp2雜化：1個s 軌道與2個p 軌道進行的雜化, 形成3個sp2 雜化軌道。
s
p
p
p
sp2雜化
sp2雜化
任務二 雜化軌道的類型
3.sp雜化
sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/2 s 軌道和1/2 p 軌道的成分兩個軌道間的夾角為180°，呈直線形。
sp 雜化：1個s 軌道與1個p 軌道進行的雜化, 形成2個sp雜化軌道。
s
p
p
p
sp雜化
sp雜化
任務二 雜化軌道的類型
4.其他雜化類型
SF6
sp3d2雜化
正八面體形
價層電子對數：5
價層電子對數：6
PCl5
sp3d雜化
三角雙錐形
任務三 判斷雜化軌道的類型
1.根據雜化軌道數或VSEPR模型或鍵角判斷
化學式 BeCl2 SO2 CO32- CH4 NH4+ NH3 H2O
σ鍵電子對
孤電子對
雜化軌道數
VSEPR模型
雜化類型
2
2
3
4
4
3
2
0
1
0
0
0
1
2
2
3
3
4
4
4
4
直線
平面三角
平面三角
四面體
四面體
四面體
四面體
sp
sp2
sp2
sp3
sp3
sp3
sp3
雜化軌道數 =
中心原子孤對電子對數＋中心原子結合的原子數
=中心原子的價層電子對數
180°
120°
109°28′
109°28′
任務三 判斷雜化軌道的類型
2.根據中心原子成鍵類型判斷(有機物)
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，形成的是sp雜化。
三鍵碳原子采取sp雜化
若有1個雙鍵則其中必有1個π鍵，用去1個p軌道，形成的是sp2雜化。
雙鍵碳原子采取sp2雜化
若全部是單鍵，則形成sp3雜化。
單鍵碳原子采取sp3雜化
課堂練習
三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚體。
已知三聚氰胺的結構簡式如圖所示。
請回答下列問題：
(1) 寫出基態碳原子的電子排布式：____________。
(2) 三聚氰胺環狀結構中的氮原子和氨基中的氮原子，這三種氮原子的雜化軌道類型分別是_____、______。
(3) 一個三聚氰胺分子中有_____個σ鍵。
1s22s22p2　
sp2
sp3
15
雜化理論和VSEPR模型預測粒子空間結構結果基本一致
價層電子對
互斥模型
雜化軌
道理論
計算價層
電子對數
價層電子對數=σ 鍵電子對數+中心原子孤電子對數
2
3
4
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
預測分子結構
略去孤電子對
解釋分子空間結構
任務四 模型建構與應用
1.認識粒子結構的模型
任務四 模型建構與應用
孤電子對數
化學式
價層電子對數
σ鍵電子對數
VSEPR模型
中心原子
雜化類型
粒子的真實空間結構
SO2
H2S
SO3
NCl3
HCN
HClO
2
2
4
四面體形
sp3雜化
V形
1
2
3
平面三角形
sp2雜化
V形
0
3
3
平面正三角形
sp2雜化
平面正三角形
1
3
4
四面體形
sp3雜化
三角錐形
0
2
2
直線形
sp雜化
直線形
2
2
4
四面體形
sp3雜化
V形
2.應用模型推測粒子結構
任務四 模型建構與應用
孤電子對數
化學式
價層電子對數
σ鍵電子對數
VSEPR模型
中心原子
雜化類型
粒子的真實空間結構
SO42-
NO3-
PO43-
ClO3-
H3O+
0
4
4
四面體形
sp3雜化
正四面體形
0
3
3
平面正三角形
sp2雜化
平面正三角形
1
3
4
四面體形
sp3雜化
三角錐形
0
3
3
CO32-
平面正三角形
sp2雜化
平面正三角形
1
3
4
四面體形
sp3雜化
三角錐形
0
4
4
四面體形
sp3雜化
正四面體形
2.應用模型推測粒子結構
拓展延申：大π鍵（共軛大π鍵，離域π鍵）
1.含義 在多原子分子或離子中如有相互平行的P軌道，他們連貫重疊在一起構成一個整體，P電子在多個原子間運動形成π型化學鍵，這種i不局限在兩個原子之間的π鍵稱為離域π鍵，或共軛大π鍵，簡稱大π鍵
3.表示
a表示平行p軌道的數目。
b表示在平行p軌道里的電子數。
2.條件
所有原子在同一平面，中心原子采用sp雜化或者sp2 雜化
參與形成大π鍵的原子數
參與形成大π鍵的電子數
拓展延申：大π鍵（共軛大π鍵，離域π鍵）
大π鍵
苯分子中碳原子sp2雜化
3條雜化軌道互成120°
π
6
6個p軌道
6個電子
6
實例分析1：苯分子中的大π鍵
拓展延申：大π鍵（共軛大π鍵，離域π鍵）
石墨分子結構是層形結構，每層是由無限個碳六元環所形成的平面，碳原子取sp2雜化，每個碳原子尚余一個未參與雜化的p軌道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n個p軌道形成了一個p-p大鍵。電子在這個大鍵中可以自由移動，所以石墨能導電。
實例分析2：石墨分子中的大π鍵

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