(完整版)中心原子杂化轨道类型的判断方法
判断中心原子轨道杂化方式的方法
判断中心原子轨道杂化方式的方法中心原子轨道的杂化方式可以通过以下方法判断：1. 观察原子的价电子数和键对数。
根据VSEPR理论，原子的价电子数和键对数可以影响原子轨道的杂化方式。
对于四个或更多价电子数的中心原子，常见的杂化方式有sp3、sp3d、sp3d2等。
对于三个价电子数的中心原子，常见的杂化方式有sp2、sp2两种。
2. 判断分子的几何结构。
根据分子的几何结构可以推断原子的杂化方式。
例如，对于线性型分子，中心原子的杂化方式通常是sp杂化；对于平面型分子，中心原子的杂化方式通常是sp2杂化；对于立体型分子，中心原子的杂化方式通常是sp3杂化。
3. 判断分子的键的性质。
通过观察分子中不同键的性质，可以判断中心原子的杂化方式。
例如，对于含有双键的分子，通常说明中心原子的杂化方式是sp2杂化；含有三键的分子，通常说明中心原子的杂化方式是sp杂化。
4. 使用分子轨道理论进行计算。
通过分子轨道理论的计算方法，可以得到分子的能级图和轨道的能级顺序，从而判断原子的杂化方式。
例如，对于含有d轨道的元素，如果杂化方式是sp3d2，则会在能级图上出现d轨道的能级。
5.使用X-射线晶体学分析。
通过对晶体结构进行X-射线分析，可以确定原子的几何结构和键的性质，从而推断原子的杂化方式。
总之，判断中心原子轨道的杂化方式可以通过观察原子的价电子数、分子的几何结构、键的性质，使用分子轨道理论进行计算，以及使用X-射线晶体学分析等方法。
这些方法可以相互印证，从而达到准确确定杂化方式的目的。
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。
配合物中心原子杂化方式判断
配合物中心原子杂化方式判断
配合物中心原子杂化方式是指通过分子轨道理论来解释配位键
中心原子的电子形态，找出中心原子在配位键中的杂化方式和杂化轨道类型。
通常可以根据配位键中心原子的电子构型（主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数），通过以下方式进行判断：
1. 确定中心原子的电子构型，即主量子数为n 的中心原子，有n 个电子，其已占据的电子数量为s + p + d + …+f 子壳内的电子数，s,p,d,f 分别表示不同的轨道类型。
2. 确定中心原子的配位体系，确定中心原子的配位数以及配位体系的结构类型，例如线性、扭曲四面体、正方形平面等。
3. 通过分子轨道理论，确定配位键形成的轨道类型，常见的包括sigma 键、pi 键、delta 键等。
4. 根据分子轨道理论和分子几何理论，分别确定中心原子的杂化方式和杂化轨道类型。
例如，对于八配位八面体CFT 模型的[Co(NH3)6]3+ 配合物，可以通过以下步骤判断：
1. 中心原子Co 的电子构型为[Ar] 3d7，表明其轨道类型包括s,p,d 三种。
2. 该配合物具有八配位八面体结构，每个配位位置上配位体的
个数均为6。
3. 配位键通过sigma 键和pi 键形成，其中sigma 键为配位原子的s, p 轨道与中心原子d 轨道的杂化而成，pi 键为配位原子的
p 轨道与中心原子d 轨道的杂化而成。
4. 这里Co 配位键的杂化方式为sp3d2，其中3 个3d 轨道、1 个4s 轨道和2 个4p 轨道杂化为6 个sp3d2 杂化轨道，配位
体中的N 原子的p 轨道与中心原子的这些杂化轨道形成sigma 键，并存在pi 键的形成。
(技巧)中心原子杂化轨道的判断
中心原子杂化轨道类型的判断
杂化轨道数=σ键数+孤对电子数
（当杂化轨道数为2是杂化类型为sp；当杂化轨道数为3是杂化类型为sp2；当杂化轨道数为4是杂化类型为sp3；当杂化轨道数为5是杂化类型为sp3d；当杂化轨道数为6是杂化类型为sp3d2）
σ键数的求法：
根据与中心原子成键的原子数确定σ键数。
例如：CO2中与中心原子C成键的是两个O原子，故中心原子C有两个σ键。
孤对电子数的求法：
孤对电子数=（族价—化合价）/2
注：1、【族价】指主族元素原子最外层电子数，它是等于族序数的。
2、用【族价】减去【化合价】，再【除以2】，若有【0.5】则进一，
即得到【孤对电子数】
3、上述化合价与以往化合价的定义有所不同，定义本文中所用的“【化合价】定义简述为，“配体都带着充满的外层电子离去时中心原子剩下的电荷数”。
例子：1、对于NH4+，让配体均以满壳层的H—离去，中心的N即为正5价。
2、对于C2H2，让配体H以H—离去，另一配体CH基团以CH 3-离去，得到C为正4价。
3、对于F3BNH3，分析中心原子B，让配位原子N以NH3离去，F以F —离去，得到B 为正3价；分析中心原子N，让配位原子B以BF3离去，H以H—离去，得到N为正3价。
4、对于Al(H2O)6 3+中的O，让配位原子H以H-离去，配位原子Al以Al(H2O)53+离去，得到O为正2价。
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：
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，否则直接抄袭
中心原子杂化轨道（Cybrid Orbit）是一种由中心原子和薄膜物质构成的新一
代混合轨道技术，由中心原子与薄膜的相互作用形成的电子流体杂化环境为物理和化学反应提供了特定的物理环境。
在中心原子杂化轨道类型的判断过程中，首先，进行的是初始的能量匹配过程，使得轨道中心人工原子在轨道起始位置和薄膜物质存在特定能量分布关系，其次，对于新形成的轨道，是否符合相应轨道类型的要求，也就是要判断轨道是否是稳定的，判断依据时运动学力学定律和固定的共振吸收条件，最后，根据量子内部的自旋交换信号含量，识别出生成的轨道中，存在的成分，从而得出中心原子杂化轨道类型。
鉴于中心原子杂化轨道类型判断精确度要求很高，如果在面对复杂的环境下，
往往会出现人为失误，进而影响得出的轨道类型，因此，在此过程中更多地使用互联网技术，比如大数据，人工智能技术，以及虚拟现实和混合现实技术等，将有助于准确地判断出轨道类型。
例如，采用大数据技术开发的变速器模型，可以有效估算轨道起始特征；利用虚拟现实技术，可针对测试模拟出不同的环境，实时更新变速器模型的能量；最后，使用人工智能技术构建了复杂信号处理系统，从而分析出信号中封装的轨道信息，有效提高对轨道类型的判断效率和精度。
综上所述，以上技术可以有效生成复杂系统的轨道类型，这将不仅可以提高中
心原子杂化轨道类型判断的精度，还可以拓展出新的应用场景，发挥出更多的科技价值。
杂化轨道的判断
3
4
第四步 确定杂化轨道类型：
sp2
sp3
二、杂化轨道与分子的空间结构的关系
杂化轨道数= 中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数 =中心原子的价层电子对数
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型 VSEPR模型名称 分子的立体构型
CO2
0+2=2 sp
CH2O 0+3=3 sp2
CH4
0+4=4 sp3
sp
CH≡CH分子中碳原子的2个sp杂化轨道有1个相互重叠形成sp-spσ键，另
外1个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成1个s-spσ键，未参与杂化的2个
2P轨道相互重叠形成2个π键。
BeCl2
Be ↑↓
2s
2p
sp杂化 ↑ ↑
sp
BeCl2分子中铍原子的2个sp杂化轨道与氯原子p轨道重叠形成2个sp-pσ键
SO2
1+2=3 sp2
NH3 H2O
1+3=4 sp3 2+2=4 sp3
直线形 平面三角形 正四面体形 平面三角形 四面体形 四面体形
直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 V形
练习5.用杂化轨道理论分析CH≡CH和BeCl2的的成键情况和空间结构。
CH≡CH
C ↑↓ ↑ ↑
2s
2p
sp杂化 ↑ ↑ ↑ ↑
一、杂化轨道类型的确定
杂化轨道数=中心原子的价层电子对数=中心原子孤对电子对数＋中心原
子结合的原子数
例1.如何确定BF3和H3O+的中心原子的杂化轨道类型？
BF3
H3O+
第一步
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中心原子杂化轨道是指由中心原子的原子轨道通过杂化生成的新轨道。
通过对中心原子的原子轨道进行杂化，可以形成一组新的杂化轨道，以适应特定的化学键形成和配位数的要求。
对于确定杂化轨道的类型，可以根据以下方法进行判断：1. 原子轨道的角动量量子数：杂化轨道是由原子轨道重新组合形成的，它们遵循角动量守恒原则。
根据角动量守恒原则，杂化轨道的总角动量量子数必须等于原子轨道的总角动量量子数。
例如，当原子轨道的角动量量子数为s和p时，它们可以杂化成sp杂化轨道。
2. 中心原子的配位数：配位数指的是中心原子周围与之相连的配位原子或配体的数量。
配位数可以帮助决定杂化轨道的类型。
如氧原子的配位数为2，因此，它的杂化轨道应为sp杂化轨道。
3. 分子的几何形状：分子的几何形状也可以提供关于杂化轨道的信息。
例如，当分子的几何形状是线性的时，中心原子的杂化轨道类型为sp杂化轨道。
当分子的几何形状是三角形平面时，中心原子的杂化轨道类型为sp2杂化轨道。
当分子的几何形状是四面体或正方形平面时，中心原子的杂化轨道类型为sp3杂化轨道。
4.σ键的形成：σ键是由两个原子之间的重叠轨道形成的。
杂化轨道可以提供合适的轨道形状和方向，以便形成σ键。
例如，当中心原子的杂化轨道形状为线性时，它可以与其他原子的原子轨道形成线性对称性的σ键。
5. π键的形成：π键是由两个原子之间的平行轨道形成的。
对于形成π键的原子轨道，通常需要保留未杂化的原子轨道。
例如，当中心原子的杂化轨道为sp2杂化轨道时，它的未杂化的p轨道可以与其他原子的未杂化的p轨道形成平行对称性的π键。
总之，通过考虑原子轨道的角动量量子数、中心原子的配位数、分子的几何形状以及σ键和π键的形成，可以判断中心原子的杂化轨道类型。
这些判断方法可以帮助我们理解分子的构造和化学键的形成，进而深入研究分子的性质和反应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中心原子杂化轨道类型的判断方法
徐长明（湖北省十堰市房县第三中学442100）
摘要：杂化轨道理论能解释大多数分子的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类型，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。
关键词：杂化轨道理论；价层电子对互斥理论；等电子原理
高中化学选修模块《物质结构与性质》（人教版）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、根据价层电子对互斥理论判断
教材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AB m型共价化合物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．价电子对数n ＝σ键的电子对和中心原子上的孤电子对，中心原子上的孤电子对数=1/2(a-xb)
2.σ键的电子对可由分子式确定。
例如，H20中0有2对σ键电子对；NH3中N有3对σ键电子对
3．式中a为中心原子的价电子数对于主族元素，中心原子（A）的价电子数＝最外层电子数；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，氢为1 ，其他原子等于“8-该原子的价电子数”。
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（绝对值）
4．杂化轨道由形成σ键的电子对和孤电子对占据，因此分子或离子的空间构型为杂化轨道构型去掉孤电子对后剩余的形状。
例如：指出下列分子或离子的中心原子的杂化轨道类型，并预测它们的空间构型：
⑴BeCl2 ⑵SO3 ⑶NH4＋
解析：⑴是AB2型分子，BeCl2 的价电子对数
n＝1／2（2-2×1）+2=2，Be 采用sp 杂化，无孤电子对，故分子呈直线型；
⑵是AB3型分子，SO3的价电子对数n＝1／2（6-3×2）+3＝3，S 采用sp2杂化，无孤电子对，故分子呈平面三角形
⑶是AB4 型离子，NH4＋的价电子对数n＝1／2（5-1-4×1）+4＝4，N 采用sp3杂化，无孤电子对，故分子呈正四面体
二、根据分子的空间构型判断
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。
三、根据σ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＝σ 键数＋孤电子对数，如果我们已知σ 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。
例如：指出乙酸分子中标出原子的杂化轨道类型以及它们周围原子的空间分布情况。
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σ 键数和孤电子对数，从而判断出杂化方式。
1 号C 形成4 个σ 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 呈正四面体分布；
2 号C 形成
3 个σ 键，无孤电子对，所以有3 个价电子对，C 原子为sp2杂化。
四、根据等电子原理判断
教材中介绍了等电子原理，即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，这里的结构特征包括中心原子的杂化轨道类型、分子的空间结构等。
因此，我们可以根据一些熟悉的分子的杂化轨道类型来判断与它互为等电子体的不熟悉的分子的杂化轨道类型。
例如：指出N2O 分子的空间构型和杂化轨道类型。
解析：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N2O 与CO2 互为等电子体，学生对于CO2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CO2中的C 原子的价电子对数n＝2，判断出sp 杂化，直线型，所以N2O 也应为sp 杂化，直线型。
同样，如果要判断SCN－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CO2 等电子体，来判断CNS－为直线型，sp 杂化。
五、根据结构代换判断
有机化学中的取代反应是指有机物分子里某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应，根据取代反应机理，发生取代后，其中心原子的结构和成键方式都应该不变。
由此启发，对于一些复杂的分子，我们可以将其中的某些原子团代换成原子，变成简单熟悉的分子，根据这个分子的空间构型和杂化轨道类型，来判断原来的分子的空间构型和杂化轨道类型。
例如：CH3－OH 等醇类，都可以看作R—代换了H2O中的H ，因为H2O 中O 原子为sp3杂化，所以CH3－OH中的O 原子也为sp3 杂化。
H2N－NH2可以看作－NH2代换了NH3中的H ，因为NH3中N 原子为sp3杂化，所以H2N－NH2 中的N 原子也为sp3杂化。
课程标准和高考说明对这部分的教学和考试要求是这样描述的：“能根据杂化轨道理论和价层电子对互斥理论判断简单分子或离子的空间构型”，处于认知性学习目标的第三水平。
近几年的高考题对这部分内容都有考查，但难度不大。
因此，虽然这部分内容是教学难点，但并不是考试难点。
所以，教师在教学这部分内容或讲解这部分习题时，不要随意加深、加难，而要注意思维品质的培养，根据学生的掌握情况灵活运用。