杂化轨道理论判断简单分子或离子的空间构型
分子或离子空间构型的判断方法
分子或离子空间构型的判断方法在高考试题中，分子或离子空间构型的判断是一种常考的问题，要求“能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构”。
现将几种判断粒子空间构型的简单方法总结如下。
一、根据杂化理论判断。
即中心原子的杂化方式的判断方法。
杂化轨道数=中心原子所结合的原子数+(中心原子的价电子数﹣周边原子未成对电子总数)/2(ABm型)说明：若是离子，中心原子的价电子数还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。
判断思路：先判断中心原子杂化方式，然后根据中心原子所结合的原子数和孤电子对数再判断分子的空间构型。
例1．推测常见分子的杂化方式与空间构型：CO2、BF3、CH4、NH3、H2O。
O2：2+(4-4)/2=2BF3：3+(3-3)/2=3CH4：4+(4-4)/2=4NH3：3+(5-3)/2=4H2O：2+(6-2)/2=4中心原子是分别采用sp、sp2、sp3、sp3、sp3杂化，杂化轨道形状分别为直线形(夹角为180º)、平面正三角形(夹角为120º)、正四面体形(夹角为109º28′)、正四面体形、正四面体形。
由于CO2、BF3、CH4中没有孤对电子，分子的空间构型与杂化轨道的空间形状一致。
由于NH3、H2O分别有1对、2对孤对电子，分子的空间构型与杂化轨道的空间形状不一致，所以NH3呈三角锥形，受1对孤对电子的排斥，键角变小，键角是107º18′；H2O呈V形，受2对孤对电子的排斥，排斥作用比NH3更强，键角变得更小些，键角是104.5º。
例2．推测下列微粒的杂化方式与空间构型：SO3、SO2、CO32－、O4。
SO3：3+(6-6)/2=3SO2：2+(6-4)/2=3CO32－：3+(6-6)/2=3O4：3+(6-6)/2=3(O4以其中1个O原子作为中心原子，其余3个O原子作为配位原子)。
杂化轨道数全是3，中心原子均是采用sp2杂化；由于SO3、O4、CO32－均没有孤对电子，均呈平面正三角形，键角等于120º。
中心原子杂化轨道类型的判断方法
中心原子杂化轨道类型的判断方法高中化学选修模块《物质结构与性质》中介绍了杂化轨道理论，这一重要理论能解释大多数分子几何构型及价键结构。
在使用该理论时，首先必须确定中心原子的杂化形式，在未知分子构型的情况下，判断中心原子杂化轨道类型有时比较困难，成为教学难点。
下面总结几种高中阶段判断中心原子杂化轨道类型的方法。
一、根据分子的空间构型判断根据杂化轨道理论，中心原子轨道采取一定的杂化方式后，其空间构型和键角如下：由此，可以根据分子的空间构型或键角来判断中心原子轨道的杂化方式。
例如：学生对于一些常见的简单分子的结构都是熟悉的，C2H2、CO2为直线型分子，键角为 180°，推断其 C 原子的杂化轨道类型为 sp；C2H4、C6H6为平面型分子，键角为 120°，推断其 C原子的杂化轨道类型为 sp2；CH4、CCl4为正四面体，键角109．5°，推断其C原子的杂化轨道类型为 sp3。
还可以扩展到以共价键形成的晶体，如：已知金刚石中的碳原子、晶体硅和石英中的硅原子，都是以正四面体结构形成共价键的，所以也都是采用 sp3杂化；已知石墨的二维结构平面内，每个碳原子与其它三个碳原子结合，形成六元环层，键角为 120°，由此判断石墨的碳原子采用 sp2杂化。
二、根据价层电子对互斥理论判断教材的“拓展视野”中介绍了价层电子对互斥理论，根据该理论能够比较容易而准确地判断 ABm型共价分子或离子的空间构型和中心原子杂化轨道类型。
中心原子的价电子对数与价电子对的几何分布、中心原子杂化轨道类型的对应关系如下表（价电子对数＞4的，高中阶段不作要求）。
运用该理论的关键是能准确计算出中心原子的价电子对数，其计算方法是：1、n＝［中心原子（A）的价电子数＋配位原子（B）提供的价电子数×m］÷2。
2、对于主族元素，中心原子（A）的价电子数＝最外层电子数；配位原子中卤族原子、氢原子提供 1个价电子，氧族元素的原子按不提供电子计算；离子在计算价电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。
轨道杂化和分子空间构型的确定教案
[小结]
杂化理论的基本要点：
1.在形成分子时，由于原子间的相互作用，若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新组成一组新的轨道，这种重新组合的过程叫杂化。所形成的新轨道称为杂化轨道。
2.杂化轨道的数目与组成杂化轨道的各原子轨道的数目相等。
3.杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理。
4.杂化轨道可分为等性杂化和不等性杂化。
[典型例题]
1.CH3+是重要的有机反应中间本，已知：CH3+中四个原子共平面，三个键角相等，则CH3+的键角应是；它的电子式是；中心碳原子的杂化类型为。
2.如何杂化理论来解释乙炔、乙烯的结构。
［课后练习］
教学过程
教学内容
教法与学法
[导入]
观察下表，谈谈你的看法：
分子
CO2
CH4
H2O
NH3
键角
180°
109.5°
104.5°
107.3°
[知识梳理]
一、轨道杂化知识
1.杂化：杂化是指原子在相互结合成键过程中,原来能量接近的原子轨道要重新混合,形成新的原子轨道。这种轨道重新组合的过程叫做杂化。所形成的新的轨道叫杂化轨道。
其中中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。
分子
BeCl2
BF3
CH4
价电子对数
几何构型
说明：如果分子中存在孤对电子对，由于孤对电子对比成键电子对更靠近原子核，它对相邻成键电子对的排斥作用较大，因而使相应的键角变小。
［知识拓展］——等电子原理
学案第二章第二节分子立体结构
第二节分子的立体结构（学案）【学习目标】1、熟悉共价分子的多样性和复杂性；2、初步熟悉价层电子对互斥模型；3、能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构；理解价层电子对互斥模型和分子空间构型间的关系。
4、熟悉杂化轨道理论的要点5、进一步了解有机化合物中碳的成键特征6、能按照杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型7、进一步增强分析、归纳、综合的能力和空间想象能力【重点知识】：分子的立体结构；利用价层电子对互斥模型、杂化轨道理论模型预测分子的立体结构。
【回顾思考】1 举例说明什么叫化学式？2 举例说明什么叫结构式？3 举例说明什么是结构简式？4 举例说明什么是电子式？5 举例说明什么价电子？（第一课时）一、形形色色的分子【阅读讲义】认真阅读讲义35到37页“二、价层电子对互斥理论”处。
在阅读进程中勾出你以为重要的句子、词语、规律等，如发现新问题请写在讲义中相应地方。
认真读图2-8、2-9、2-10、2-11、2-12和36页的知识卡片等去熟悉分子的多样性，自己动手制作几种分子的模型体验分子的空间构型。
然后思考下列问题。
【阅读思考1】完成下表1、原子数相同的分子，它们的空间结构相同吗？2、请你利用身旁的易患材料参照讲义35、36页内容制作CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4分子的球辊模型（或比例模型）；并用书面用语描述它们的分子构型。
3、你如何理解分子的空间结构？4、写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4的电子式；5、观察上述分子的电子式，分析H、C、N、O原子别离可以形成几个共价键，你知道原因吗？6、如何计算分子中中心原子的价层电子对？（成σ键电子对、未成键电子对）二、价层电子对互斥理论【阅读讲义】认真阅读讲义37到39页“三、杂化轨道理论简介”处。
在阅读进程中勾出你以为重要的句子、词语、规律等，如发现新问题请写在讲义中相应地方。
认真读图2-15、表2-4、2-5，对比价层电子对互斥模型和分子构型。
杂化轨道理论与VSEPR理论对分子空间构型判断的比较
杂化轨道理论与VSEPR理论对分子空间构型判断的比较大学的第一篇课程论文，为写好这篇论文，学会了不少东西——用数据库查文献，编辑公式，上标、下标，英文的摘要，论文的基本格式摘要：介绍了用杂化轨道理论与价层电子对互斥理论（VSEPR理论）判断分子空间构型的基本要点以及理论之间的不足。
相对而言杂化轨道理论应用的范围较广，但VSEPR理论在判断和预言分子空间几何构型方面仍有重要意义。
二者的结合运用将有助于提高判断分子空间结构的准确性。
比较二者的不同更有利于我们理解。
关键词：杂化；斥力；孤对电子；电子的空间构型在价键理论解释分子的空间结构遇到困难的时候，L .Pauling和J.C.Stater于1931年提出了杂化(hybridization)的概念，以完善和发展价键理论。
之后，N.V.Sidgwick和H.Powell 于1940年前后提出价层电子对互斥理论（valence shell electron pair repulsion，简称VSEPR 法）。
虽然不少教材都对这两种理论作了介绍，但很少把二者相比较起来。
在解释同一个分子的空间构型时，很少从两种理论的不同角度去分析。
笔者认为用两种不同的理论去对同一个分子的空间结构做出解释时，更能有效地比较二者的优缺点，从而加深对它们的认识。
1 杂化轨道理论1.1 杂化轨道理论的内容要点Pauling从原子的价电子构型出发，依据电子的波动性以及波的可叠加性，认为中心原子在与其他原子形成分子时，由于其他原子的影响，中心原子中能量相近的不同类型轨道（s,p,d,…）会发生杂化，形成同等数目的杂化轨道。
在杂化过程中，中心原子的部分轨道上的电子被激发到空轨道上，成单电子增多，杂化之后易于形成多个化学键。
成键时，杂化轨道与邻近原子的原子轨道发生重叠，成键的能力增强，整个分子体系的总能量降到最低，使分子能稳定存在。
所以，原子轨道的杂化是可能的，也是必须的。
对于分子AX n，将A和X从基态激发到价态所需的能量叫价态激发能（P.E.），如P sp 即表示从s轨道激发一个电子到p轨道所需的能量。
中心原子杂化轨道类型的判断方法
教材中介绍的价层电子对互斥理论是比较浅显的，并没有介绍N作为配位 原子应该如何计算价电子对数，在解决这样的题目时，教师不必加深补充介绍 价层电子对互斥理论，可以采用等电子原理巧解。因为N
20与C0
2互为等电子体，学生对于C0
2的结构非常熟悉，直接根据直线型，判断出sp杂化，当然也可以计算出
C0
2中的C原子的价电子对数n=(4+0X2 -2=2,判断出sp杂化，直线 型，所以N
20也应为sp杂化，直线型。
同样，如果要判断CNS-的空间构型和杂化轨道类型，我们大可不必研究 究竟哪个原子是中心原子，哪个是配位原子，如何计算价电子对数，直接根据CNS-与C02等电子体，来判断CNS-为直线型，sp杂化。
三、根据°键数和孤电子对数逆向判断
根据价层电子对互斥理论，中心原子价电子对数=。键数+孤电子对数，如
果我们已知 °键数和孤电子对数,就可以逆向判断出中心原子价电子对数,从 而判断出杂化方式。3-++3-
解析：
高中学生都能熟练书写有机分子的结构式,根据结构式就很容易得知 °键 数和孤电子对数,从而判断出杂化方式。
1号C形成4个。键，无孤电子对，所以有4个价电子对，C原子为sp3杂 化，其周围3个H和1个C呈正四2
面体分布；2号C形成3个。键，无孤电子对，所以有3个价电子对，C原 子为sp2杂化，其周围的
C、0、O呈正三角形分布；3号0形成2个。键，2个孤电子对，所以有4个价电子对，C原子为sp3杂化，其周围的C和H呈折线形分布。
4价电子对几何分布
直线型
平面三角形
正四面体中心原子杂化轨道类型
SP2SP迄用该理论的关键是能准确计算出中心原子的价电子对数，其计算 方法是：
第二章分子结构与性质第二节分子的立体构型第2课时 杂化轨道理论简介 配合物理论简介(导学案)
第2课时杂化轨道理论简介配合物理论简介▍课标要求▍1．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，并能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。
2．能说明简单配合物的成键情况。
要点一杂化轨道理论简介1．来源杂化轨道理论是鲍林为了解释分子的提出的一种价键理论。
2．轨道杂化与杂化轨道甲烷分子中碳原子杂化形成sp3杂化轨道过程：在形成CH4分子时，碳原子的一个轨道和三个轨道发生混杂，形成四个能量相等的杂化轨道。
四个杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H键是等同的。
3．杂化类型与分子构型的关系杂化类型sp sp2sp3参与杂化的原子轨道及数目1个s轨道1个p轨道1个s轨道1个s轨道3个p轨道杂化轨道的数目杂化轨道间的夹角180°空间构型直线形正四面体形实例CO2、C2H2BF3、苯、乙烯CH4、CCl43要点二配合物理论简介1．配位键(1)概念：成键的一方提供孤电子对(配体)，另一方面提供空轨道而形成的“电子对给予—接受键”，是一类特殊的键。
如在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供给予铜离子，铜离子接受水分子的孤电子对形成的。
(2)表示：配位键可以用A→B来表示，其中A是孤电子对的原子，叫做体；B是孤电子对的原子。
例如：2．配位化合物(1)定义：与某些(称为)以结合形成的化合物，简称配合物。
(2)配合物的形成举例Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4；Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－；[Cu(NH3)4]2＋＋SO2－4＋H2O=====乙醇[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出深蓝色晶体Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3溶液颜色3渐溶解，为什么？考点一杂化轨道与分子的构型1．杂化与杂化轨道(1)①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数。
分子或离子的中心原子杂化轨道类型判断方法
分子或离子的中心原子杂化轨道类型判断方法【关键词】化学教学；分子；离子；杂化轨道类型；判断方法普通高中课程标准实验教科书化学选修3《物质结构与性质》（人民教育出版社）第二章中编排有分子的立体构型的主题内容，其中，分子或离子的空间构型与中心原子的杂化轨道类型的判断专业理论性很强，教师难以吃透教材，导致学生难以理解其相互关系，不会灵活应用所介绍的方法。
本文结合教学实践，介绍一些判断方法。
一、ABn 型分子或离子的中心原子杂化轨道类型判断方法判断分子或离子的中心原子的杂化轨道类型的思路：根据用价层电子对互斥理论（VSEPR theory）→确定分子或离子的中心原子的价层电子对数（包括σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数）VSEPR模型→分子或离子的立体构型→中心原子的杂化轨道类型。
中心原子上的孤电子对数=1/2（a-xb）式中a为中心原子的价电子数x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。
二、多元化合物分子或离子的中心原子杂化类型判断方法要确定中心原子的价层电子对数，难点是确定中心原子的孤电子对数，关键是要明确哪些原子或原子团直接与中心原子相连，直接与中心原子相连的原子或原子团最多能接受的电子数是多少？如，HCHO分子中直接与中心原子相连的原子是2个H和1个0原子，HNO3分子中直接与中心原子相连的原子或原子团是2个0和1个-OH（H原子不直接与中心原子相连），所以，HCHO分子中，中心原子C原子形成3个σ键，中心原子上的孤电子对数为：1/2（4-2×1-1×2）=0，中心原子的价层电子对数为3.中心原子C的杂化轨道类型是sp2；HNO3分子中，中心原子N原子形成3个σ键，与中心原子相连的-OH最多接受的电子数为1，中心原子上的孤电子对数为：1/2（5-2×2-1×1）=0，中心原子的价层电子对数为3，中心原子C的杂化轨道类型是sp2。
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（3）判断正误：丙分子中所有的碳原子可能共平面
1.分析分子的成键方式
2.判断分子的极性 ——相似相溶原理
3.解决共平面问题
（1）如何判断分子的极性？
1．了解键的极性和分子的极性，了解极性 分子和非极性分子的性质差异。
2．能根据价层电子对互斥模型、杂化轨道 理论判断简单分子或离子的空间构型(对d轨道 参与杂化和AB5型以上复杂分子或离子的空间 构型不作要求)。
3．了解“等电子原理”的含义，能结合实 例说明“等电子原理”的应用。
（12年江苏高考）
正四面体型
分子空间构型
直线型 平面正三角型
V型 正四面体型 三角锥型
V型
N、C的杂 化方式？
2.等电子体原理
——具有相同价电子数和相同原子数的 分子或离子具有相同的结构特征。
写出下列离子的电子式 ：
Байду номын сангаас
CN-
C22-
（1）已知CN－与N2结构相似，推算HCN 分子中σ键与π 键数目之比为________。
重合
对称
不重合
不对称
对于ABn型分子，A为中心原子，若A上有孤对电子，则 ABn分子是极性分子，如H2O、NH3中O、N上分别有2对、1 对孤对电子；若A上无孤对电子，则ABn分子是非极性分子， 如CH4、CO2、BF3中，C、C、B上均无孤对电子。
多原子分子中，若中心原子的化合价的绝对值等于该元 素的价电子数(最高正价)时，该分子为非极性分子。
（2）分子极性的应用—相似相溶原理
共平面问题： 例举常见共平面的分子：
中心原子的杂化方式 等电子体原理
空间构型
区分σ 键、∏键
区分极性分子 和非极性分子 解决共平面问题
（13年江苏高考）
例1：判断下列说法正误：
大家在解题过程中都 采用哪些方法判断微粒 的空间构型呢？
1.杂化轨道理论和价层电子对互斥理论
——确定中心原子的价层电子对数（n）， 以AXm为例 (A—中心原子,X—配位原子) ： n=1/2[A的价电子数+X提供的价电子数×m ±离子电荷数] 原则：①A的价电子数 =主族序数；
②配体X：H和卤素每个原子各提供一个价 电子, 规定氧与硫不提供价电子； ③正离子应减去电荷数,负离子应加上电荷数。
1.杂化轨道理论和价层电子对互斥理论
价电子 对数
2
杂化 类型
成键对数
孤电子对数
3
价电子对 空间构型
分子空间构型
4
1.杂化轨道理论和价层电子对互斥理论
价电子 对数
2 3
4
杂化 类型 SP SP2
SP3
成键对数
2 3 2 4 3 2
孤电子对数
0 0 1 0 1 2
价电子对 空间构型 直线型 平面三角型