第一單元第一課時(shí)雜化軌道

1、專題四專題四 分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)第一單元第一單元 分子構(gòu)型與分子構(gòu)型與 物質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)的性質(zhì)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、能用雜化軌道理論解釋簡(jiǎn)單分子的空間構(gòu)型2、應(yīng)用雜化軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥理論理解并掌握常見分子的空間構(gòu)型形形色色的分子形形色色的分子H2OCO2O2NH3CH4C6H6C8H8C60 C C原子與原子與H H原子結(jié)合形成的分子為什么是原子結(jié)合形成的分子為什么是CHCH4 4，而不是，而不是CHCH2 2或或CHCH3 3？CHCH4 4分子為什么具有分子為什么具有正四面體的空間構(gòu)型（鍵長(zhǎng)、鍵能相同，正四面體的空間構(gòu)型（鍵長(zhǎng)、鍵能相同，鍵角相同為鍵角相同為1091

2、092828）？）？2s 2px 2py 2pzC共價(jià)鍵共價(jià)鍵covalent bond 活潑的金屬與非金屬之間或形成離子鍵，活潑的金屬與非金屬之間或形成離子鍵，但非活潑的金屬與非金屬之間、非金屬但非活潑的金屬與非金屬之間、非金屬與非金屬之間又是如何成鍵而形成分子與非金屬之間又是如何成鍵而形成分子的呢？這要用共價(jià)鍵的理論來解釋。的呢？這要用共價(jià)鍵的理論來解釋。共價(jià)鍵理論分為價(jià)鍵理論和分子軌道理共價(jià)鍵理論分為價(jià)鍵理論和分子軌道理論，我們重點(diǎn)講前一種。論，我們重點(diǎn)講前一種。 價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論經(jīng) 典 價(jià) 鍵 理 論雜 化 軌 道 理 論價(jià) 層 電 子 對(duì) 互 斥 理 論價(jià) 鍵 理 論經(jīng)典價(jià)鍵理論經(jīng)典

3、價(jià)鍵理論 classical valence-bond classical valence-bond 1 要點(diǎn)：要點(diǎn)： 1. 具有成單電子的兩原子軌道相互重疊，具有成單電子的兩原子軌道相互重疊，可以形成共價(jià)鍵?？梢孕纬晒矁r(jià)鍵。重疊越大，鍵越穩(wěn)定重疊越大，鍵越穩(wěn)定2. 共價(jià)鍵具有方向性和飽和性共價(jià)鍵具有方向性和飽和性。（原因）。（原因）3. 根據(jù)重疊方式不同，可分為根據(jù)重疊方式不同，可分為鍵和鍵和鍵。鍵。頭碰頭式與肩并肩式。頭碰頭式與肩并肩式。 鍵鍵能較鍵鍵能較鍵小。（如鍵小。（如N2）2 2 原子軌道的重疊原子軌道的重疊overlap of atomic orbitalsoverlap of

4、atomic orbitals S-S重疊S-Px 重疊Px-Px 重疊XxS-Py 重疊XPy-Py 重疊XS-Px非最大重疊3.3.經(jīng)典價(jià)鍵理論的應(yīng)用與局經(jīng)典價(jià)鍵理論的應(yīng)用與局限限1) 應(yīng)用：應(yīng)用：H2 、Cl2和和HCl的分子的生成的分子的生成 2) 不足：不能解釋大量有機(jī)分子如四氯不足：不能解釋大量有機(jī)分子如四氯 化碳等分子的生成和鍵角化碳等分子的生成和鍵角 (C為為1s22s22p2)。經(jīng)典價(jià)鍵理論的補(bǔ)充和發(fā)展：雜化軌道經(jīng)典價(jià)鍵理論的補(bǔ)充和發(fā)展：雜化軌道理論。理論。 sp34個(gè)個(gè)sp3雜化軌道雜化軌道 19541954年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，19621962年獲諾貝爾和平

5、獎(jiǎng)年獲諾貝爾和平獎(jiǎng)中心原子中心原子能量相近能量相近相同數(shù)量相同數(shù)量能量與形狀都相能量與形狀都相同同(1)sp3 雜化雜化CClCCl4 4的空間構(gòu)型的空間構(gòu)型(2)sp2 雜化雜化spsp2 2雜化：雜化： 三個(gè)夾角為三個(gè)夾角為120120的的平面三平面三角形角形雜化軌道雜化軌道。(2)sp2 雜化雜化2s2pB的基態(tài)的基態(tài)2p2s激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)正三角形正三角形sp2 雜化態(tài)雜化態(tài)BFFF激發(fā)激發(fā)120BFBF3 3 分子的形成過程分子的形成過程C2H4(sp2雜化）雜化）Sp2雜化軌道雜化軌道大 鍵 C6H6 (sp2雜化)(3)sp 雜化雜化spsp雜化：雜化： 夾角為夾角為180180的的

6、直線形直線形雜化軌道。雜化軌道。BeCl2分子形成分子形成激發(fā)激發(fā)2s2pBe基態(tài)基態(tài)2s2p激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)雜化雜化直線形直線形sp雜化態(tài)雜化態(tài)鍵合鍵合直線形直線形化合態(tài)化合態(tài)Cl Be Cl180 (3)sp 雜化雜化Sp雜化軌道雜化軌道雜化類型雜化類型spspspsp2 2spsp3 3參與雜化的參與雜化的原子軌道原子軌道1s+ 1p1s+ 1p1s + 2p1s + 2p1s + 3p1s + 3p雜雜 化化 軌軌 道道 數(shù)數(shù)2 23 34 4雜化軌道雜化軌道間夾角間夾角180180 ? 120120 ? 109109 ? 28 28空空 間間 構(gòu)構(gòu) 型型直直 線線平面三角形平面三角形正四

7、面體正四面體實(shí)實(shí) 例例BeCl2 BF3 CCl4 , CH4特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）能量相近能量相近的原子軌道才能參與雜化的原子軌道才能參與雜化 雜化雜化軌道的電子云形狀一頭大，一頭小。雜化軌軌道的電子云形狀一頭大，一頭小。雜化軌道增強(qiáng)了成鍵能力。道增強(qiáng)了成鍵能力。（2 2）雜化后軌道）雜化后軌道能量相同能量相同，軌道，軌道形狀相形狀相 同同（棒錘形）（棒錘形）（3 3）雜化）雜化軌道的總數(shù)軌道的總數(shù)等于參與雜化的原子軌等于參與雜化的原子軌道數(shù)目之和，如道數(shù)目之和，如spspn n：雜化軌道數(shù)為（：雜化軌道數(shù)為（1+n1+n）（4 4）雜化軌道）雜化軌道只只用于用于形成形成鍵鍵或者用來或者用來

8、 容納容納孤對(duì)電子，孤對(duì)電子，剩余剩余的的p p軌道可以軌道可以形成形成非雜化軌非雜化軌道道鍵，鍵，所以雜化軌道數(shù)就等于中心原子的所以雜化軌道數(shù)就等于中心原子的鍵數(shù)孤電子對(duì)數(shù)。鍵數(shù)孤電子對(duì)數(shù)。ABABm m型分子型分子(A(A為中心原子，為中心原子，B B為配位原子為配位原子) )：中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)（中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)（雜化軌道數(shù)雜化軌道數(shù)）n=n=( (中心原子價(jià)電子數(shù)中心原子價(jià)電子數(shù)+ +每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)m)m) 2 2(1)AB(1)ABm m型分子中心原子型分子中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)（價(jià)電子對(duì)數(shù)（n n）的計(jì)算的計(jì)算 如何簡(jiǎn)易判斷如何簡(jiǎn)易判斷CClCC

9、l4 4、 NHNH3 3、H H2 2O O中的中心原中的中心原子子C C、N N、O O是何種類型的雜化軌道？是何種類型的雜化軌道？中心原子價(jià)電子數(shù)中心原子價(jià)電子數(shù)+ +每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)數(shù)mm價(jià)態(tài)數(shù)價(jià)態(tài)數(shù)中心原子價(jià)電子數(shù)中心原子價(jià)電子數(shù)+ +每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)數(shù)m + m + 價(jià)態(tài)數(shù)價(jià)態(tài)數(shù)H H2 2O ONHNH3 3SOSO2 2CHCH4 4BFBF3 3COCO2 2價(jià)電子對(duì)價(jià)電子對(duì)空間構(gòu)型空間構(gòu)型雜化軌雜化軌道類型道類型價(jià)電子價(jià)電子對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)(n(n）代表代表物物分子分子空間構(gòu)型空間構(gòu)型1 1、先計(jì)算、先計(jì)算ABmA

10、Bm型分子中價(jià)電子對(duì)數(shù)型分子中價(jià)電子對(duì)數(shù)（雜化軌道數(shù)）為（雜化軌道數(shù)）為n n2 2、比較、比較m m、n n 的大小的大?。? 1）若）若n=mn=m ，雜化軌道的空間構(gòu)型和，雜化軌道的空間構(gòu)型和分子空間構(gòu)型相同。如分子空間構(gòu)型相同。如CClCCl4 4（2 2）若）若n nm=xm=x，則雜化軌道中含，則雜化軌道中含x x對(duì)對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道空間構(gòu)型和分子孤對(duì)電子，雜化軌道空間構(gòu)型和分子空間構(gòu)型不同，如空間構(gòu)型不同，如NHNH3 3雜化軌道中不含孤對(duì)雜化軌道中不含孤對(duì)電子，所有雜化軌道電子，所有雜化軌道都參加成鍵。都參加成鍵。雜化軌道中含孤對(duì)電雜化軌道中含孤對(duì)電子，且含孤對(duì)電子的子，且含

11、孤對(duì)電子的雜化軌道不參加成鍵。雜化軌道不參加成鍵。二、二、 確定確定分子分子空間構(gòu)型的簡(jiǎn)易方法：空間構(gòu)型的簡(jiǎn)易方法：NHNH3 3 n= n= (5+3)/2=4(5+3)/2=4 ，N N原子為原子為 spsp3 3 雜化，軌道空雜化，軌道空間構(gòu)型為間構(gòu)型為正四面體正四面體。n nm=m= 1 1 ，含，含 一一 對(duì)孤對(duì)電子，是對(duì)孤對(duì)電子，是 三角錐三角錐 形形H H2 2O O n= n= (6+2)/2=4(6+2)/2=4 ，O O原子為原子為 spsp3 3 雜化，軌道空雜化，軌道空間構(gòu)型為間構(gòu)型為正四面體正四面體。n nm=m= 2 2 ，含，含 二二 對(duì)孤對(duì)電子，是對(duì)孤對(duì)電子，是

12、 V V 形形課堂練習(xí)課堂練習(xí)分子分子COCO2 2BeClBeCl2 2BFBF3 3CClCCl4 4PCl3H2S價(jià)電子價(jià)電子對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)價(jià)電子價(jià)電子對(duì)排布對(duì)排布有無孤有無孤對(duì)電子對(duì)電子分子空分子空間結(jié)構(gòu)間結(jié)構(gòu)2 22 23 34 44 44 4直線形直線形直線形直線形 平面平面三角形三角形平面三平面三角形角形正四面體正四面體無無有有正四正四面體面體三角三角錐形錐形V形形推斷離子空間構(gòu)型的方法：推斷離子空間構(gòu)型的方法：在算中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)在算中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)(n)(n)時(shí)，時(shí)，正離子正離子應(yīng)應(yīng)減去減去電荷數(shù)電荷數(shù), ,負(fù)離子負(fù)離子應(yīng)應(yīng)加上加上電荷數(shù)。電荷數(shù)。中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)中心原子價(jià)電

13、子對(duì)數(shù)(n)(n)=(=(中心原子價(jià)電子數(shù)中心原子價(jià)電子數(shù) + + 每個(gè)配位原子提供的每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)價(jià)電子數(shù)m m 電荷數(shù)電荷數(shù)) ) 2 2 利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷下列離子的幾何構(gòu)型。利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷下列離子的幾何構(gòu)型。 NHNH4 4+ + H H3 3O O+ + NO NO3 3- - SO SO4 42-2- 正四面體、三角錐形、平面三角形、正四面體正四面體、三角錐形、平面三角形、正四面體3.3.等性雜化與不等性雜化等性雜化與不等性雜化全部由成單電子的軌道參與的雜化叫等全部由成單電子的軌道參與的雜化叫等性雜化。有孤對(duì)電子的軌道參與的雜化性雜化。有孤對(duì)電子的軌

14、道參與的雜化叫不等性雜化。叫不等性雜化。NH3 分子的形成，有一個(gè)孤對(duì)電子參與分子的形成，有一個(gè)孤對(duì)電子參與雜化，鍵角變小。分子構(gòu)型：三角錐。雜化，鍵角變小。分子構(gòu)型：三角錐。2s2psp3雜 化sp3雜 化軌 道HH2 2O O 分子的形成，有兩個(gè)孤對(duì)電子參與雜化，分子的形成，有兩個(gè)孤對(duì)電子參與雜化，鍵角變得更小。分子構(gòu)型：鍵角變得更小。分子構(gòu)型：V V型。型。4 4 其它雜化軌道其它雜化軌道1) SP3d 雜化雜化： PCl5 的形成。的形成。三角雙三角雙錐。錐。3s3psp3d雜化sp3d雜化軌道激發(fā)3s3p3dPClPCl5 5的分子構(gòu)型的分子構(gòu)型2) 2) SPSP3 3d d2 2

15、 雜化雜化SF6 的形成。的形成。正八成體正八成體3s3psp3d2雜 化sp3d2雜 化 軌 道激 發(fā)3s3p3d習(xí)題習(xí)題畫出下列物質(zhì)形成時(shí)的雜化軌道類型畫出下列物質(zhì)形成時(shí)的雜化軌道類型（是否等性），推斷分子的空間構(gòu)型：（是否等性），推斷分子的空間構(gòu)型：CH2Cl2、COCl2、PH31. sp3 等性雜化，四面體等性雜化，四面體2. sp2等性雜化，平面三角形等性雜化，平面三角形3. sp3不等性雜化，三角錐形不等性雜化，三角錐形三三. .價(jià)層電子對(duì)互斥理論價(jià)層電子對(duì)互斥理論這種理論常能更方便地推斷出分子的空間構(gòu)型這種理論常能更方便地推斷出分子的空間構(gòu)型。1理論要點(diǎn)：理論要點(diǎn)：1) 先確定

16、價(jià)層電子對(duì)數(shù)先確定價(jià)層電子對(duì)數(shù)。在此公式中，。在此公式中，O和和S原子作為配體時(shí)，接受其它原子的配位原子作為配體時(shí)，接受其它原子的配位2) 根據(jù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)確定其空間構(gòu)型。根據(jù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)確定其空間構(gòu)型。3) 價(jià)層電子對(duì)數(shù)中心原子的配位數(shù)時(shí)，價(jià)層價(jià)層電子對(duì)數(shù)中心原子的配位數(shù)時(shí)，價(jià)層電子對(duì)的構(gòu)型與分子的構(gòu)型相同。否則不同。電子對(duì)的構(gòu)型與分子的構(gòu)型相同。否則不同。4)根據(jù)孤對(duì)電子數(shù)來推斷分子的空間構(gòu)型根據(jù)孤對(duì)電子數(shù)來推斷分子的空間構(gòu)型。2 2 實(shí)例分析實(shí)例分析要點(diǎn)：電子對(duì)間斥力大小的次序：要點(diǎn)：電子對(duì)間斥力大小的次序：孤對(duì)孤對(duì)孤對(duì)孤對(duì)孤對(duì)鍵對(duì)孤對(duì)鍵對(duì)鍵對(duì)鍵對(duì)。鍵對(duì)鍵對(duì)。分子取其斥力最小的空間構(gòu)型。

17、孤對(duì)電分子取其斥力最小的空間構(gòu)型。孤對(duì)電子總處于斥力最小的位置。子總處于斥力最小的位置。IF2 離子。離子。NH3H2O雜化3sp2ps2雜化3sp2ps2 如果分子中存在孤電子對(duì)如果分子中存在孤電子對(duì),由于孤電子對(duì)比成鍵電子由于孤電子對(duì)比成鍵電子對(duì)更靠近原子核對(duì)更靠近原子核,它對(duì)相鄰成鍵電子對(duì)的排斥作用較大它對(duì)相鄰成鍵電子對(duì)的排斥作用較大,因因而使相應(yīng)的角度變小。因此而使相應(yīng)的角度變小。因此NH3分子中分子中H-N-H的鍵角為的鍵角為107.3, H2O分子中分子中H-O-H的鍵角為的鍵角為104.5, CH4分子中分子中H-C-H的鍵角為的鍵角為109.5HNH107.3= 104.5HO

18、H = NH3H2O早年的科學(xué)家主要靠對(duì)物質(zhì)的早年的科學(xué)家主要靠對(duì)物質(zhì)的宏觀性質(zhì)宏觀性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測(cè)，如今，科學(xué)家已經(jīng)創(chuàng)造了許許多多測(cè)出規(guī)律后進(jìn)行推測(cè)，如今，科學(xué)家已經(jīng)創(chuàng)造了許許多多測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器，定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器，紅外光譜紅外光譜就是其中的一種。就是其中的一種。分子中的原子分子中的原子不是不是固定不動(dòng)的，而是不斷地固定不動(dòng)的，而是不斷地振動(dòng)振動(dòng)著的。著的。所謂分子立體結(jié)構(gòu)其實(shí)只是分子中的原子處于所謂分子立體結(jié)構(gòu)其實(shí)只是分子中的原子處于平衡位置平衡位置時(shí)時(shí)的模型。當(dāng)一束紅外線透過分子時(shí)，分子會(huì)吸收跟它的某的模型。當(dāng)一束紅外線透過分子時(shí)，分子會(huì)吸收跟它

19、的某些化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)些化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過計(jì)算機(jī)模擬，可以得知各吸收峰是由哪一個(gè)吸收峰。通過計(jì)算機(jī)模擬，可以得知各吸收峰是由哪一個(gè)化學(xué)鍵、哪種振動(dòng)方式引起的，綜合這些信息，可分析出化學(xué)鍵、哪種振動(dòng)方式引起的，綜合這些信息，可分析出分子的立體結(jié)構(gòu)。分子的立體結(jié)構(gòu)。科學(xué)視野科學(xué)視野分子的立體結(jié)構(gòu)是怎樣測(cè)定的分子的立體結(jié)構(gòu)是怎樣測(cè)定的？（指導(dǎo)閱讀（指導(dǎo)閱讀P39P39）測(cè)分子體結(jié)構(gòu)：紅外光譜儀測(cè)分子體結(jié)構(gòu)：紅外光譜儀吸收峰吸收峰分析。分析。 同為四原子分子，同為四原子分子，CH2O與與 NH3 分子的的空分子的的空間結(jié)構(gòu)也不同

20、，什么原因？間結(jié)構(gòu)也不同，什么原因？三角錐形三角錐形平面三角形平面三角形分子分子CO2CH2OCH4電子式電子式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式中心原子中心原子有無有無孤對(duì)電子孤對(duì)電子空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)O C O: : :H C H:HHO=C=OH-C-H=OH-C-H-HH無無無無無無直線形直線形 平面平面三角形三角形 正正四面體四面體: H C H:O:原因：原因： 中心原子上的孤對(duì)電子也要中心原子上的孤對(duì)電子也要占據(jù)中心原子周占據(jù)中心原子周圍的空間圍的空間，并參與互相排斥。例如，并參與互相排斥。例如，H2O和和NH3的中心原子分別有的中心原子分別有2對(duì)和對(duì)和l對(duì)孤對(duì)電子，跟對(duì)孤對(duì)電子，跟中心原子周圍的中心原

21、子周圍的鍵加起來都是鍵加起來都是4，它們相互排，它們相互排斥，形成四面體，因而斥，形成四面體，因而H2O分子呈分子呈V形，形，NH3分分子呈三角錐形。子呈三角錐形。中心原子中心原子代表物代表物中心原子中心原子結(jié)合的原子數(shù)結(jié)合的原子數(shù)分子分子類型類型空間構(gòu)型空間構(gòu)型無孤對(duì)電子無孤對(duì)電子CO22AB2CH2O3AB3CH44AB4有孤對(duì)電子有孤對(duì)電子H2O2AB2NH33AB3直線形直線形平面三角形平面三角形正四面體正四面體V 形形三角錐形三角錐形小結(jié)小結(jié):價(jià)層電子對(duì)互斥模型價(jià)層電子對(duì)互斥模型應(yīng)用反饋應(yīng)用反饋:化學(xué)式化學(xué)式 中心原子中心原子 孤對(duì)電子數(shù)孤對(duì)電子數(shù)中心原子結(jié)中心原子結(jié)合的原子數(shù)合的原

22、子數(shù)空間構(gòu)型空間構(gòu)型HCNSO2NH2BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+0120100022233444直線形直線形 V 形形V形形平面三角形平面三角形三角錐形三角錐形四面體四面體正四面體正四面體正四面體正四面體課堂練習(xí)課堂練習(xí)1.下列物質(zhì)中，分子的立體結(jié)構(gòu)與水分子下列物質(zhì)中，分子的立體結(jié)構(gòu)與水分子相似的是相似的是 （ ）A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl42.下列分子的立體結(jié)構(gòu)，其中屬于直線型下列分子的立體結(jié)構(gòu)，其中屬于直線型分子的是分子的是 （ ）A.H2O B.CO2 C.C2H2 D.P4BBC3.若若ABn型分子的中心原子型分子的中心原子A上沒有未用于形上沒有

23、未用于形成共價(jià)鍵的孤對(duì)電子，運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模成共價(jià)鍵的孤對(duì)電子，運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型，下列說法正確的（型，下列說法正確的（ ）A.若若n=2，則分子的立體構(gòu)型為，則分子的立體構(gòu)型為V形形 B.若若n=3，則分子的立體構(gòu)型為三角錐形，則分子的立體構(gòu)型為三角錐形 C.若若n=4，則分子的立體構(gòu)型為正四面體形，則分子的立體構(gòu)型為正四面體形 D.以上說法都不正確以上說法都不正確課堂練習(xí)課堂練習(xí)C美國(guó)著名化學(xué)家鮑林（美國(guó)著名化學(xué)家鮑林（L.Pauling, 19011994）教授具有獨(dú)特的化學(xué)想象力：只要）教授具有獨(dú)特的化學(xué)想象力：只要給他物質(zhì)的分子式，他就能通過給他物質(zhì)的分子式，他就能通過“毛估毛估”法，大體上想象