习目标:
1. 认识杂化轨道理论的要点;
2. 进一步了解有机化合物中碳的成键特征;
3. 能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。
导学提纲:
1. (自学、讨论)鲍林提出杂化轨道理论的目的是什么?什么是杂化轨道?
提出杂化轨道理论的目的:合理解释分子的空间构型。
在形成多原子分子的过程中,中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合,形成一组新的轨道,这个过程叫做轨道的杂化,产生的新轨道叫杂化轨道。
2. (自学、讨论)甲烷分子的轨道是如何形成的?
3. (思考、讨论)阅读教材P39~40,并查阅相关资料,请思考:轨道进行杂化时,轨道的数量、能量、以及在空间的分布(形状)是否发生了变化?如果变化,又是如何改变的?请分别以sp、sp2、sp3杂化轨道为例说明。
轨道进行杂化时,轨道的数量没有发生改变,但轨道的能量、以及在空间的分布(形状)均发生了变化。
sp 杂化:同一原子中 ns-np 杂化成新轨道:一个 s 轨道和一个 p 轨道杂化组合成两个新的 sp 杂化轨道。杂化轨道间的夹角 为180° ,分子的几何构型为直线形 。
sp2杂化:同一个原子的一个 ns 轨道与两个 np 轨道进行杂化组合为3个sp2 杂化轨道。杂化轨道间的夹角为120°,分子的几何构型为平面正三角形。
sp3杂化:1个s轨道和3个p轨道会发生混杂,得到4个相同的sp3杂化轨道。杂化轨道间的夹角为109°28′,分子的空间正四面体或V型、三角锥型。
4. (思考、讨论)怎样判断有几个轨道参与了杂化?中心原子杂化 轨道的类型与价层电子对互斥理论(VSEPR)中的“价 层电子对”有何对应关系?中心原子上的价层电子对为2、3、4、5、6时,该中心原子形成的分别是什么样的杂化轨道?
中心原子的孤电子对数与相连的其他原子数之和(即:孤电子对数+σ键电子对),就是杂化轨道数。
杂化轨道数也就是中心原子价层电子对数。
【练一练】
分子或离子 CO2 SO2 H2O NH4+ CO32 -
中心原子价层电子对数 2 3 4 4 3
杂化轨道类型 sp sp2 s p3 sp3 sp2
分子或离子 SO32- BF3 CH4 H3O+ PCl5
中心原子 价层电子对数 4 3 4 4 5
杂化轨道类型 sp3 sp2 sp3 sp3 sp3d
5. (思考、讨论)任何情况下轨道都可以发生杂化吗?应用杂化轨道理论时应注意什么?
⑴杂化只有在 形成分子时才会发生;
⑵能量相 近的轨道方可发生杂化;
⑶杂化轨道成键时满足最小排斥原理,从而决定键角;
⑷杂化轨道只用来形成σ键或容纳孤对电子,未参与杂化的p轨道方可用于形成π键。
6. (思考、讨论)水、甲烷、氨气中心原子均为sp3杂化,为什么甲烷的键为109°28 ′?水的键角为105°?氨气的为107°?