中心原子杂化类型的判断
1、根据价层电子对理论来判断
根据价层电子对互斥理论来判断中心原子的成键电子对数，再根据中心原子成键电子对数来确定中心原子的杂化类型。没有孤对电子对的叫着等性杂化，有孤对电子对的叫着不等性杂化。
ABm型分子
2
m ?
+ =配位原子提供的电子数
中心原子的价电子数
中心原子价电子对数
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。
n=2 直线形
n=3 平面三角形
n=4 四面体
中心原子孤对电子对数=中心原子价电子对数－配位原子的个数
再根据价层电子对互斥理论判断出空间构型，确定是什么样的空间构型，根据空间构型找到对应的杂化类型与之匹配，这样就确定了中心原子的杂化类型。
2、根据中心原子σ键数和孤对电子对数逆向判断
常见的物质中，我们能够比较容易判断出中心原子有多少个σ键和孤对电子对数，逆向推出中心原子的价电子对数，判断出杂化类型。
例1：判断乙酸中和中心原子的杂化类型
3、根据等电子原理判断
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2、指出N2O分子的空间构形和杂化轨道类型
例3、指出CNO－分子的空间构形和杂化轨道类型
4、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CH3OH等醇类都可以看作代换中的R－因为H2O 中H原子为sp3杂化，所以CH3OH中的O原子也为sp3杂化，H2N－NH2可以看作H2N－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
第26卷第3期2011年6月 大学化学 UNIVERSITY CHEMISTRY Vol．26No．3 Jun．2011关于中心原子杂化轨道数的计算方法 苏金昌 （大庆教育中心黑龙江大庆163001） 摘要对于H m AB n 型的共价分子（或离子），本文提出用公式G=V/2－3n计算中心原子A的杂化轨道 数，并由此确定对应的杂化轨道类型。该方法简单、直接、有效。 关键词中心原子价层电子总数杂化轨道数杂化轨道类型 杂化轨道理论是大学化学的重要基础理论之一，主要用来讨论共价分子（或离子）的成键情况以及预测其几何构型或阐述其物理化学性质。对于如何判定给定的分子（或离子）的中心原子轨道杂化方式，在杂化轨道理论里并没有系统论述，导致在应用杂化轨道理论教与学时遇到困难。为了有利于应用杂化轨道理论阐述相关问题，本文给出一个有关中心原子杂化轨道数的计算公式，并根据计算得出的杂化轨道数确定对应的杂化轨道类型。 1中心原子杂化轨道数的计算公式 在H m AB n型共价分子（或离子）中，设A为选定的中心原子，H为与A直接相连的氢原子（或氢离子）配位体，B为与A直接相连的非氢原子及其离子（或价电子数不大于8的原子团及其离子，如OH 与OH－）配位体；n、m分别为B、H的数目（即配位数）；V为H m AB n型分子（或离子）的价电子总数，即所有原子（m个H、1个A和n个B）的价电子数之代数和。计算价电子总数V时应该注意的是：对于阴离子要再加上所带的电荷数，例如，PO3－4的价电子总数V=5+6?4+3=32；对于阳离子要再减去所带的电荷数，例如，NH4+的价电子总数V=5+1?4－1=8。 根据价键理论，在共价分子（或离子）中，氢原子（H）的价层一般满足2电子的稳定结构，而非氢原子（B）的价层一般满足8电子的稳定结构。当每个H、B都通过一个双电子的σ键与A共享2个电子时，满足2电子稳定结构的每个H的价电子就都参与了双电子σ键的形成，并没有剩余未成键的价电子；而每个B的价层8个电子中除了有2个是与中心原子A共用的σ键电子外，还有6个是未参与双电子σ键的电子，n个B共有6n个电子未参与σ键形成。那么，对于H m AB n的V个价电子中余下的（V－6n）个价电子，如果假定它们都有在A与B、A与H之间形成双电子σ键的倾向，则中心原子A倾向参与形成双电子σ键的最大数为：（V－6n）/2，即V/2－3n。 假定在共价分子（或离子）中，中心原子键合时之所以进行轨道杂化，其主要目的是最大限度地促进中心原子与配位体之间形成更多牢固的σ键，即尽可能地促使σ键的数目倾向于最大。因为“头碰头”式重叠的σ键越多、越牢固，构成的分子（或离子）就越稳定。可见，中心原子倾向参与形成σ键的最大数与其杂化轨道数之间存在着对应关系。若令G表示中心原子A的杂化轨道数，则计算中心原子杂化轨道数的公式可写为： G=V/2－3n（1）由式（1）可知，G的大小与V、n有关。即对于H m AB n型分子（或离子），其中心原子（A）的杂化轨道数（G），由分子（或离子）的价电子总数（V）和非氢配位体数目（n）决定。 （1）计算得出的中心原子的杂化轨道数及其杂化轨道类型、杂化轨道空间取向的对应关系归
直线型 sp杂化 A-B-A 如CO 2 sp CO CO 2, CS 2 ,N 2 O, C 2 H 2 BeCl 2 ,B e H 2 ,Ag(NH 3 ) 2 +, Cu(NH3) 2 + Cu (CN) 2 - sp2 BF 3, NO 3 - BBr 3 SO 3,SO 2 , NO 2 O 3 , 平面三角型 SP2杂化如 BCl 3 V型 Sp3不等性杂化如H 2 O 三角锥型 SP3不等性杂化如NH 3 正四面体型 SP3杂化如 CH 4 sp3 CH 4, CCl 4 , NH 4 +, SO 4 2-, SiX 4 SiH 4 NH 3 , PH 3 NF 3 ,PX 3 ,ClO 3 - , H 2O ,H 2 S ,OF 2 , Cl 2 O ZnCl 42- FeCl 4 - Zn(CN) 4 2- sp3d PF 5 , PCl 5 , SF 4, TeCl 4 , ICl 4 +
ClF 3, BrF 3 XeF 2, ICl 2 -, I 3 - 三角双锥型 SP3d杂化如PCl 5 正八面体型 SP3d2杂化如常见的六氟化物 8．杂化与分子构型的关系： 杂化类型 sp sp2 sp3 d2sp3或sp3d2等性等性不等性等性不等性不等性等性不等性分子形状直线形Δ形 V形正四面体三角锥角形 参加杂化的 轨道数目 2 3 3 4 4 4 6 6 杂化轨道中 孤电子对数目 0 0 1 0 1 2
杂化轨道的 几何图形直线形正Δ形Δ正四面体四面体四面体八面体 键角 180° 120° 109°28， 180°90° 例 C 2H 2 C 2 H 4 SO 2 CH 4 NH 3 H 2 O [Cu(H 2 O) 6 ]2+ 判断物质的杂化类型，空间结构 首先可以根据经验判断，先记住几种杂化的典型物质，再将给出的物质和他们相互比较一下，一般同族的而且化学式类似，杂化类型相同。 eg：判断下列分子的杂化类型并判断分子的空间构型及是否具有极性 H 2S，PH 3 ，NF 3 ，CCl 4 , 解：（1）H 2S，中心原子是S，我们学过H 2 O是SP3不等性杂化，V字型，具有极性，O和S是同族元素，而 且H 2S和H 2 O分子式非常类似，所以H 2 S也是SP3不等性杂化，V字型，具有极性。 （2）PH 3 ，中心原子是P，我们学过NH 3 是不等性杂化，三角锥型，具有极性，N和P是同族元素， 而且NH 3和PH 3 分子式非常类似，所以PH 3 也是SP3不等性杂化，三角锥型，具有极性。 （3）CCl 4 ，中心原子C，我们学过CH 4 ，为SP3等性杂化，正四面体，非极性分子，CCL 4 和CH 4 分子 式非常相似，所以CCl 4 也为SP3等性杂化，正四面体，非极性分子。如果C相连接的四个原子不完全相同，
高中化学7：杂化轨道 1、概念理解 原子在形成分子时，原子轨道不可能只重叠而本身不变，实际上个原子的价电子运动状态必然改变，而使成键能力尽可能增加，体系能量尽可能降低。能量相近的不同原子轨道重新合成相同数目的新原子轨道。通常有sp型、dsp型、spd型等。 杂化并非一个实际过程，而是一个数学概念。为了得到波动方程有关价层电子的解，及波函数而采取的一个步骤。 和原有的s、p轨道相比，杂化轨道分布图具有一个肥大的正瓣，这一区域大大有利于成键轨道之间的重叠。而且杂化轨道空间分布合理，降低了成键电子的排斥。2个方面都有利于体系能量的下降。 2、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）对轨道形状的推测2.1、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）： 对于一个ABm型分子（或离子），围绕中心A原子的价层对子对（包括成键电子对和未成键的孤电子对）的空间分布是受静电相互作用所支配。电子对之间尽可能互相远离，这样斥力小，体系趋于稳定。 2.2、A原子价层电子对数的确定： [A原子价层电子数 + B原子提供的用于形成共价单键的电子数（双剑、三键均按生成一个单键考虑）]/2 若是阴离子，电子数要加阴离子电荷数，阳离子则要减去。 B是H或卤素元素，每个原子提供一个共用电子。 B若是是氧族元素，规定不提供共用电子。
四氯化碲TeCl4分子：Te有6个价层电子，加上4个Cl提供的共用电子，中心Te原子价层电子数等于10，对数为5。 SO42-离子：S有6个价层电子，规定O原子不提供共用电子，加上离子电荷数2，中心S原子价层电子数等于8，对数为4。 2.3、VSEPR理论推测分子形状： 判断非过渡元素化合物的分子（或离子）的几何构型是相当成功的。价层电子对数在4以内，未发现例外；价层电子对数为5、6时，发现个别例外；价层电子对数为7以上时，中心不单一，出入较大；步骤：1、确定中心原子的价层电子对数 2、确定价层电子对对应的最佳分布构型：2直线、3平面三角、4正四面体、5三角双锥体、6正八面体。 3、依据价层电子对相互作用斥力大小选出最稳定布局。依此布局将配位原子排列在中心原子周围。 电子对之间斥力大小：孤-孤＞孤-成＞成-成 按照力学分析，很好理解。 2个同等力作用1个点，稳定结构是直线，夹角180度。 3个同等力作用1个点，稳定结构是平面，夹角120度。 4个同等力作用1个点，稳定结构是（正四面体、平面正方体等），正四面体夹角109.5度。 5个同等力作用1个点，稳定结构是三角双锥体 6个同等力作用1个点，稳定结构是正八面体
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
中心原子杂化类型的判断 1、根据价层电子对理论来判断 根据价层电子对互斥理论来判断中心原子的成键电子对数，再根据中心原子成键电子对数来确定中心原子的杂化类型。没有孤对电子对的叫着等性杂化，有孤对电子对的叫着不等性杂化。 ABm型分子 2 m ? + =配位原子提供的电子数 中心原子的价电子数 中心原子价电子对数 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。 n=2 直线形 n=3 平面三角形 n=4 四面体 中心原子孤对电子对数=中心原子价电子对数－配位原子的个数 再根据价层电子对互斥理论判断出空间构型，确定是什么样的空间构型，根据空间构型找到对应的杂化类型与之匹配，这样就确定了中心原子的杂化类型。 2、根据中心原子σ键数和孤对电子对数逆向判断 常见的物质中，我们能够比较容易判断出中心原子有多少个σ键和孤对电子对数，逆向推出中心原子的价电子对数，判断出杂化类型。 例1：判断乙酸中和中心原子的杂化类型 3、根据等电子原理判断 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2、指出N2O分子的空间构形和杂化轨道类型 例3、指出CNO－分子的空间构形和杂化轨道类型
4、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CH3OH等醇类都可以看作代换中的R－因为H2O 中H原子为sp3杂化，所以CH3OH中的O原子也为sp3杂化，H2N－NH2可以看作H2N－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
如何判断分子的杂化类型 直线型sp杂化A-B-A 如CO2 sp CO CO2, CS2,N2O, C2H2 BeCl2 ,B e H2,Ag(NH3)2+, Cu(NH3)2+ Cu (CN)2-sp2 BF3, NO3- BBr3 SO3,SO2, NO2 O3, 平面三角型SP2杂化如BCl3 V型Sp3不等性杂化如H2O 三角锥型SP3不等性杂化如NH3 正四面体型SP3杂化如CH4 sp3 CH4, CCl4, NH4+, SO42-, SiX4 SiH4 NH3 , PH3 NF3 ,PX3 ,ClO3- , H2O ,H2S ,OF2 , Cl2O ZnCl42- FeCl4- Zn(CN)42- sp3d PF5 , PCl5, SF4, TeCl4, ICl4+ ClF3, BrF3 XeF2, ICl2-, I3- 三角双锥型SP3d杂化如PCl5 正八面体型SP3d2杂化如常见的六氟化物
8．杂化与分子构型的关系： 杂化类型sp sp2sp3d2sp3或sp3d2 等性等性不等性等性不等性不等性等性不等性 分子形状直线形Δ形V形正四面体三角锥角形 参加杂化的 轨道数目 2 3 3 4 4 4 6 6 杂化轨道中 孤电子对数目0 0 1 0 1 2 杂化轨道的 几何图形直线形正Δ形Δ正四面体四面体四面体八面体 键角180°120°109°28，180°90° 例C2H2C2H4 SO2CH4NH3H2O [Cu(H2O)6]2+ 判断物质的杂化类型，空间结构 首先可以根据经验判断，先记住几种杂化的典型物质，再将给出的物质和他们相互比较一下，一般同族的而且化学式类似，杂化类型相同。 eg：判断下列分子的杂化类型并判断分子的空间构型及是否具有极性 H2S，PH3，NF3，CCl4, 解：（1）H2S，中心原子是S，我们学过H2O是SP3不等性杂化，V字型，具有极性，O和S是同族元素，而且H2S和H2O分子式非常类似，所以H2S也是SP3不等性杂化，V字型，具有极性。 （2）PH3，中心原子是P，我们学过NH3是不等性杂化，三角锥型，具有极性，N和P是同族元素，而且NH3和PH3PH3也是SP3不等性杂化，三角锥型，具有极性。 （3）CCl4，中心原子C，我们学过CH4，为SP3等性杂化，正四面体，非极性分子，CCL4和CH4分子式非常相似，所以CCl4也为SP3等性杂化，正四面体，非极性分子。如果C相连接的四个原子不完全相同，C依然是SP3等性杂化但空间构型为四面体，极性分子。 （4）NF3，也是SP3不等性杂化，三角锥，极性分子。
如何判断分子的杂化类型直线型sp杂化A-B-A 如CO2 sp CO CO 2, CS 2 ,N 2 O, C 2 H 2 BeCl 2 ,B e H 2 ,Ag(NH 3 ) 2 +, Cu(NH3) 2 + Cu (CN) 2 - sp2 BF 3, NO 3 - BBr 3 SO 3,SO 2 , NO 2 O 3 , 平面三角型SP2杂化如BCl3 V型Sp3不等性杂化如H2O 三角锥型SP3不等性杂化如NH3正四面体型SP3杂化如CH4 sp3 CH 4, CCl 4 , NH 4 +, SO 4 2-, SiX 4 SiH 4 NH 3 , PH 3 NF 3 ,PX 3 ,ClO 3 - , H 2O ,H 2 S ,OF 2 , Cl 2 O ZnCl 42- FeCl 4 - Zn(CN) 4 2- sp3d PF 5 , PCl 5 , SF 4, TeCl 4 , ICl 4 + ClF 3, BrF 3 XeF 2, ICl 2 -, I 3 - 三角双锥型SP3d杂化如PCl5 正八面体型SP3d2杂化如常见的六氟化物 常用软件课程设计
8．杂化与分子构型的关系： 杂化类型sp sp2sp3d2sp3或sp3d2 等性等性不等性等性不等性不等性等性不等性 分子形状直线形Δ形V形正四面体三角锥角形 参加杂化的 轨道数目 2 3 3 4 4 4 6 6 杂化轨道中 孤电子对数目0 0 1 0 1 2 杂化轨道的 几何图形直线形正Δ形Δ正四面体四面体四面体八面体 键角180°120°109°28，180°90° 例C2H2C2H4 SO2CH4NH3H2O [Cu(H2O)6]2+ 判断物质的杂化类型，空间结构 首先可以根据经验判断，先记住几种杂化的典型物质，再将给出的物质和他们相互比较一下，一般同族的而且化学式类似，杂化类型相同。 eg：判断下列分子的杂化类型并判断分子的空间构型及是否具有极性 H 2S，PH 3 ，NF 3 ，CCl 4 , 解：（1）H 2S，中心原子是S，我们学过H 2 O是SP3不等性杂化，V字型，具有极性，O和S是同族元素，而 且H 2S和H 2 O分子式非常类似，所以H 2 S也是SP3不等性杂化，V字型，具有极性。 （2）PH 3 ，中心原子是P，我们学过NH 3 是不等性杂化，三角锥型，具有极性，N和P是同族元素， 而且NH 3和PH 3 分子式非常类似，所以PH 3 也是SP3不等性杂化，三角锥型，具有极性。 （3）CCl 4 ，中心原子C，我们学过CH 4 ，为SP3等性杂化，正四面体，非极性分子，CCL 4 和CH 4 分子 式非常相似，所以CCl 4 也为SP3等性杂化，正四面体，非极性分子。如果C相连接的四个原子不完全相同， 常用软件课程设计
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
1.碳原子的sp3、sp2和sp杂化轨道 杂化轨道理论已在第四章讨论过了。本节仅对碳原子的杂化轨道作一简单介绍。 甲烃分子中的碳原子是sp3杂化的，杂化后的四个sp3轨道构成109°28′的夹角[图10-1（a）]。在甲烷分子中，碳原子的四个sp3杂化轨道分别与四个氢原子1s轨道重叠形成键角为109°28′的正四面体分子[图10-1（b）]。 (a)(b) 图10-1 四个sp3杂化轨道和甲烷 成键情况 图10-2 由sp3-s和sp3-sp3形成的碳氢o键和碳碳o键 烷烃分子中的碳氢键和碳碳键是碳原子的一个sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道或另一个碳原子的一个sp3杂化轨道重叠而成（图10-2）。这样形成的碳氢单键和碳碳单键，其电子云具有圆柱状的轴对称，叫做σ键。由于它是轴对称的，所以用单键相连的碳氢原子或碳碳原子可以围绕轴自由旋转。 乙烯分子中的碳原子与甲烷的碳原子不同，它是sp2杂化的。也就是说，碳原子的三个p轨道中的两个参与杂化，而另一个p轨道未参与杂化。杂化后生成了三个相同的sp2轨道。这三个轨道轴在同一个平面上，互成120°的角。另一个未参与杂化的p轨道的对称轴垂直于这个平面。 在乙烯分子中，碳原子的三个sp2杂化轨道中的两个同氢原子的1s轨道重叠形成碳氢σ键。未参与杂化的两个p轨道用侧面互相重叠形成一个π键（图10-3）。
图10－3 sp杂化轨道及乙烯的o键和π键 所以，双键是由一个σ键和一个π键组成的。 碳原子的2s轨道同一个2p轨道杂化，形成两个相同的sp杂化轨道。它们对称地分布在碳原子的两侧，二者之间的夹角为180°。乙炔分子中的键就是由sp杂化轨道形成的。碳原子的一个sp杂化轨道同氢原子的1s轨道形成碳氢σ键，另一个sp杂化轨道与相邻的碳原子的sp杂化轨道形成碳碳σ键，组成直线结构的乙炔分子。没有参与杂化的两个p轨道与另一个碳的两个p轨道相互平行，且“肩并肩”地重叠，形成两个相互垂直的π键（图10-4）。 图10-4sp杂化轨道及乙炔的o键和π键
专题24 如何判断中心原子的杂化类型 学号 姓名 1．（2018年江苏卷21题）（1）SO 42-中心原子轨道的杂化类型为___________； 2．（2018年全国卷Ⅲ 35题）（4）《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石（ZnCO 3）入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO 3中，阴离子空间构型为________________，C 原子的杂化形式为________________。 3．（2018年全国卷Ⅰ 35题）（3）LiAlH 4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH 4中的阴离子空间构型是______、中心原子的杂化形式为______。 4. （2017年全国卷Ⅰ 35题）（3）X 射线衍射测定等发现，36I AsF 中存在3I +离子，3I +离子的几何构型为 ，中心原子的杂化形式为____________。 5．（2019年全国卷Ⅰ 35题）（2）乙二胺(H 2NCH 2CH 2NH 2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是 、 。 6．（2017年江苏卷 21题）（2）丙酮（CH 3COCH 3）分子中碳原子轨道的杂化类型是 7．（2016年全国卷Ⅰ 37题）(5)Ge 单晶具有金刚石型结构，其中Ge 原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________。 8.（2015年山东卷 33题）(3)F 2通入稀NaOH 溶液中可生成OF 2，OF 2分子构型为________，其中氧原子的杂化方式为________。 9．（2019年全国卷Ⅲ 35题）（4）NH 4H 2PO 4中，电负性最高的元素是______；P 的_______杂化轨道与O 的2p 轨道形成_______键。 10．（2015年江苏卷 21题）(2)CH 3COOH 中C 原子轨道杂化类型为____________；1 mol CH 3COOH 分子含有σ键的数目为__________。 11．（2015年全国卷Ⅰ 37题）(3)CS 2分子中，共价键的类型有________，C 原子的杂化轨道类型是________ 12．（2014年全国卷Ⅰ 37题）(3)新制备的氢氧化铜可将乙醛(CH 3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu 2O 。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_____________ 13. （2013年全国卷Ⅰ 37题）在硅酸盐中，SiO 44-四面体(如下图(a))通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸
一、等电子体的判断 等电子体的判断一般可采取以下几种方法： 1、同族元素互换法 即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如： （1）CCl4的等电子体确定： 换IVA族元素有SiCl4、GeCl4等； 换VIIA族元素有CF4、CBr4 、CI4、CFCl3、……； 同时换可有SiF4、SiFCl3、……。 （2）CO2的等电子体确定： 可将O原子换为S原子得COS、CS2， 注意不能将C原子换为Si原子，因为CO2和SiO2的结构不同（前者为分子晶体，后者为原子晶体）。 同理，不能将BeCl2的等电子体确定为MgCl2或BeF2（后两种为离子晶体）。 （3）SO42－的等电子体确定：将一个O原子换为S原子得S2O32－； NO3－的等电子体可确定为PO3－。 （4）对于原子晶体类也可作类似推导：金刚石Cn与晶体硅Sin互为等电子体。 2、价电子迁移法 （1）CO2的等电子体确定，（由此也可以看出N2与CO互为等电子体）得N2O；另一个等电子体BeCl2。 同样可以判断：金刚石C2n与晶体硅Si2n的等电子体还可以为金刚砂(SiC)n、GaAs、AlP等；石墨C2n与白石墨(BN)n互为等电子体；无机苯B3N3H6与有机苯C6H6互为等电子体。 （2）离子之间的等电子体也可以推导：与N3－的等电子体查找方法，可将2个N原子换为1个C原子和一个O原子可得CNO－。 3、电子—电荷互换法 即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子的互判。如： CN－的等电子体查找可用N原子1个电子换作1个负电荷，则N原子换为C原子，离子带2个负电荷，其等电子体即为C22－；反之，将CN－的电荷转化为1个电子，该电子给C原子，即得N2，若给N原子即得CO。同样可判断HNO3的等电子体为HCO3－；ICl4－与XeCl4互为等电子体。例题1、（徐州三检）与CNO－互为等电子体的分子、离子化学式依次为、（各写一种）。 分析：就与CNO－互为等电子体的分子而言，首先需将这1个电荷转化为1个价电子，这个价电子给C变为N得N2O，给N变为O则得CO2（也可直接看作将N2O中2个N原子进行价电子转移换为C、O从而得CO2，再由CO2进行价电子转移或同族元素互换可得COS、CS2、BeCl2等。若进行离子查找，除前面判断出的N3－外，利用同族元素互换可得CNS－；利用电子—电荷互换可得NO2+和CN22－。 答案：N2O或CO2或COS或CS2或BeCl2；N3－或CNS－或NO2+或CN22－。 例2、（1）（江苏高考）根据等电子原理，写出CO分子的结构式； （2）（南通二检）写出NO2+离子的电子式。 分析：CO分子的结构式、NO2+离子的电子式中学中并不作已有知识要求，直接作答难度大，但在题给信息提示下，可以利用等电子原理，先找出我们熟知结构的等电子体：CO与N2互为等电子体，NO2+与CO2互为等电子体，等电子体的结构相同，参照熟悉的N2的结构式、CO2的电子式便可轻松作答。 答案：C≡O；
分子（或离子）构型与中心原子的杂化方式 高考频度：★★★★★难易程度：★★★☆☆ 典例在线 用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是 A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 【参考答案】C 【试题解析】A．SO2是V形分子；CS2、HI是直线形的分子，错误；B.BF3键角为120°，是平面三角形结构；而Sn原子价电子是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，错误；C.CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子，正确；D.PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，错误。 解题必备 利用VSEPR理论预测分子立体构型的思路 σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型分子的立体构型。 其中正确地确定σ键数和a、x、b的值是计算价电子对数的关键，也是判断、预测VSEPR模型和立体构型的关键。a为中心原子的价电子数(主族元素原子的价电子就是最外层电子)；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l，其他原子等于“8?该原子的价电子数”)。 一些常见的分子、离子的价层电子对数和立体构型如下表： 分子或离子 σ键电 子对数 中心原子上的孤电子对数 价层电 子对数 立体构型a x b(a?xb) 分子 CO2 2 4 2 2 0 2 直线形BeCl2 2 2 2 1 0 2 直线形
杂化轨道类型判断 摘要 1、杂化轨道类型与什么有关 2、杂化轨道类型判断方法有哪些 3、解析杂化轨道类型的判断方法。 关键词 杂化轨道、价层电子对数、数轴法、中心原子 正文 1、 在无机化学中, 准确地预测和判断共价多原子分子或离子的中心原子轨道杂化类型是确定分子或离子空间构型、原子间成键情况及有关性质的前提. 由于原子结合成分子的复杂性和多样性, 即使同一元素的原子在不同分子或离子中做中心原子时, 往往也采用不同的杂化类型( 例如价电子结构为2s2p的C 原子做中心原子时, 在CH中呈sp杂化,CO中呈sp杂化, 而在CO中则呈sp 杂化) . 中心原子轨道杂化类型的预测和分析,需在列出中心原子价电子结构的基础上, 充分考虑与其键合原子的结构、数目及可能出现复键的形式, 分析中心原子价电子是否需要激发, 是否需要预留纯粹的部分轨道形成π键或大π键, 以及中心原子在轨道杂化后是否含孤对电子及其数目等诸多不确定因素, 采用试探的方法进行分析和确定杂化类型. 一般在预知分子空间构型的前提下, 中心原子轨道杂化类型较易确定, 但对不知空间构型且结构比较复杂的分子或离子, 中心原子轨道杂化类型的确定就比较困难。现在也有简单判断杂化轨道类型的说法：中心原子通过杂化轨道与成键原子的价层轨道形成共价键的时候, 为了保证分子的稳定性最强, 杂化轨道间也必须采取夹角最大、斥力最小的分布. 所以, 成键时中心原子杂化轨道中填充的必定是σ键电子对和孤电子对, 而不可能是π键电子, π键电子只能填充在非杂化轨道中. 2、价层电子对数判断法，中心原子成键数目判断法，数轴法判断法，不饱和度判断法（不 要求） 3、 （一）价层电子对数判断中心原子的杂化轨道类型 不需要预知共价多原子分子或离子的空间构型, 只要简单的计算出其价层电子对数, 即可预测中心原子轨道可能的杂化类型, 然后再根据其原子轨道上电子的具体排布等进一步确定杂化情况( 杂化轨道中无孤电子对存在的为等性杂化, 有孤电子对存在的为不等性杂化) . 如SF的中心原子S 的价电子数为6, 键合原子F 各提供1 个成键电子, 价电子对数= ( 6+ 1×6) / 2= 6, 则S 应发生spd杂化; AsO中心原子As 的价电子数为5, 原子O 属氧族, 可认为不提供电子, 离子带3 个负电荷, 价电子对数= ( 5+3) / 2= 4, 则As 应发生sp杂化; COCl中心原子C 的价电子数为4, 键合原子O 属氧族,可认为不提供电子, 每个Cl 提供一个成键电子, 价电子对数= ( 4+ 1×2) / 2= 3, 则C 应发生sp杂化; XeOF中心原子Xe 的价电子数为8, 键合原子O 可认为不提供电子, F 各提供一个成键电子, 价电子对数= ( 8+ 1×4) / 2= 6, 则Xe 应发生spd杂化( 键合原子数少于价电子对数存在孤电子对, 因而为不等性杂化) . （二）、中心原子的成键数目判断杂化轨道类型 设H为中心原子的杂化轨道数，S为端基与中心原子形成σ键的数目，m为孤电子对，n为配位
等电子体与杂化类型的判断方法归纳 一、等电子体的判断 等电子体的判断一般可采取以下几种方法： 1、同族元素互换法 即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如： （1）CCl4的等电子体确定： 换IV A族元素有SiCl4、GeCl4等； 换VIIA族元素有CF4、CBr4 、CI4、CFCl3、……； 同时换可有SiF4、SiFCl3、……。 （2）CO2的等电子体确定： 可将O原子换为S原子得COS、CS2， 注意不能将C原子换为Si原子，因为CO2和SiO2的结构不同（前者为分子晶体，后者为原子晶体）。 同理，不能将BeCl2的等电子体确定为MgCl2或BeF2（后两种为离子晶体）。 （3）SO42－的等电子体确定：将一个O原子换为S原子得S2O32－； NO3－的等电子体可确定为PO3－。 （4）对于原子晶体类也可作类似推导：金刚石Cn与晶体硅Sin互为等电子体。 2、价电子迁移法 （1）CO2的等电子体确定，（由此也可以看出N2与CO互为等电子体）得N2O；另一个等电子体BeCl2。 同样可以判断：金刚石C2n与晶体硅Si2n的等电子体还可以为金刚砂(SiC)n、GaAs、AlP 等；石墨C2n与白石墨(BN)n互为等电子体；无机苯B3N3H6与有机苯C6H6互为等电子体。（2）离子之间的等电子体也可以推导：与N3－的等电子体查找方法，可将2个N原子换为1个C原子和一个O原子可得CNO－。 3、电子—电荷互换法 即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子的互判。如： CN－的等电子体查找可用N原子1个电子换作1个负电荷，则N原子换为C原子，离子带2个负电荷，其等电子体即为C22－；反之，将CN－的电荷转化为1个电子，该电子给C原子，即得N2，若给N原子即得CO。同样可判断HNO3的等电子体为HCO3－；ICl4－与XeCl4互为等电子体。
二种计算杂化轨道数的方法 方法一： 公式：杂化轨道数＝[中心原子价电子数+ 配原子数－π键数－电荷数]/2 例1：SO2(6+2-2)/2=3 sp2杂化。 说明：S的价电子数6；配原子为2个氧原子，氧为二价，所以硫与氧间为双键，其一为π键，共二个π键。 例2：SO3(6+3-3)/2=3 sp2杂化。（解析同上，下同）。 例3：SO32－(6+3-3+2)/2=4 sp3杂化。（SO32－带二个单位负电荷）。 例4：SO42－(6+4-4+2)/2=4 sp3杂化。 例5：CN－(4+1－2+1)/2=2 sp1杂化。（氮元素为三价，所以碳氮间为叁键，其中有二个π键） 例6：NH4+(5+4－1)/2=4 sp3杂化。 例7：ClO3－(7+3-3+1)/2=4 sp3杂化。 例8：PO33－(5+3-3+3)/2=4 sp3杂化。 例9：PO43－(5+4-4+3)/2=4 sp3杂化。 例10：H－N＝N－H (5+2-1)/2=3 sp2杂化。 练习：sp1杂化：BeCl2、CO2；sp2杂化：BF3、HCHO(中心原子为C：(4+3-1)/2=3； sp3杂化CH4、NH3、H2O。 方法二：因为杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳孤电子对，故有：公式：杂化轨道数=中心原子价层电子对数(成键电子对数+孤电子对数) 价层电子对数中心原 子杂化 类型 电子对 的空间 构型 成键电 子对数 孤电 子 对数 分子的 空间构 型 实例 2 sp 直线 2 0 直线BeCl2、CO2 3 sp2三角形3 0 三角形BF3、SO3 2 1 V形SnBr2、PbCl2 4 sp3四面体4 0 四面体CH4、CCl4 3 1 三角锥NH3、PCl3 2 2 V形H2O
等电子体杂化类型判断方法 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；能根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型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）。围绕这两个考点设计的问题应该是很容易作答的，但学生实际作答时错误率极高，经分析发现关键在于等电子体确定、中心原子的杂化类型判断上缺乏方法，就此两个问题的分析方法作如下归纳。 一、等电子体的判断 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，这一原理称为等电子原理。如果仅从概念字面出发，判断与A粒子互为等电子体的B粒子的化学式，往往感觉无从下手，或东拼西凑的试写，试写也往往只注意“价电子数”或“原子数”相同某一方面而错答。如写CH4分子的等电子体时许多学生写成NH3（原子数不同）、CCl4（价电子数不同）等，至于再稍复杂一些的，错的更多，实际体现为问题解决方法的欠缺。等电子体的判断一般可采取以下几种方法： 1、同族元素互换法 即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如： （1）CCl4的等电子体确定：换IVA族元素有SiCl4 、GeCl4 等；换VIIA族元素有CF4 、CBr4 、CI4、CFCl3、……；同时换可有SiF4、SiFCl3、……。 （2）CO2的等电子体确定：可将O原子换为S原子得COS、CS2，注意不能将C原子换为Si原子，因为CO2和SiO2的结构不同（前者为分子晶体，后者为原子晶体）。同理，不能将BeCl2的等电子体确定为MgCl2或BeF2（后两种为离子晶体）。 （3）SO42－的等电子体确定：将一个O原子换为S原子得S2O32－；NO3－的等电子体可确定为PO3－。 （4）对于原子晶体类也可作类似推导：金刚石Cn与晶体硅Sin互为等电子体。 2、价电子迁移法 即将既定粒子中的某元素原子的价电子逐一转移给组成中的另一种元素的原子，相应原子的质子数也随之减少或增加，变换为具有相应质子数的元素。 一般来说，讨论的元素为s区或p区元素，即主族元素居多，通常相关元素的族序数满足A+B=C+D（或A+B=2C）关系的，可考虑将A、B等个数换为C、D（或1A、1B换为2C）。如： （1）CO2的等电子体确定，除了上述结果以外，还可以采用价电子迁移法：C、O原子的价电子数分别为4、6，从周期表中的位置看，中间夹着N元素，N原子价电子数为5，一个O原子拿一个电子给C原子，在电性不变条件下质子数同时变为7（价电子同时变为5），则可换为两个N原子（由此也可以看出N2与CO互为等电子体）得N2O；如果将C原子的两个价电子转移给两个O原子，元素原子分别转换为1个Be、2个Cl，就可以得到CO2的另一个等电子体BeCl2。 同样可以判断：金刚石C2n与晶体硅Si2n的等电子体还可以为金刚砂 (SiC)n、GaAs、AlP等；石墨C2n与白石墨(BN)n互为等电子体；无机苯B3N3H6与有机苯C6H6互为等电子体。 （2）离子之间的等电子体也可以推导：与N3－的等电子体查找方法，可将2个N原子换为1个C原子和一个O原子可得CNO－。 3、电子—电荷互换法 即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子的互判。如： CN－的等电子体查找可用N原子1个电子换作1个负电荷，则N原子换为C原子，离子带2个负电荷，其等电子体即为C22－；反之，将CN－的电荷转化为1个电子，该电子给C原子，即得N2，若给N原子即得CO。同样可判断HNO3的等电子体为HCO3－；ICl4－与XeCl4互为等电子体。 在具体问题分析时，通常几种方法同时联想，灵活使用，方可快速准确的回答问题。现以几例说明。 例题1、（徐州三检）与CNO－互为等电子体的分子、离子化学式依次为、（各写一种）。 分析：就与CNO－互为等电子体的分子而言，首先需将这1个电荷转化为1个价电子，这个价电子给C变为N 得N2O，给N变为O则得CO2（也可直接看作将N2O中2个N原子进行价电子转移换为C、O从而得CO2，再由CO2进行价电子转移或同族元素互换可得COS、CS2、BeCl2等。若进行离子查找，除前面判断出的N3－外，利用同族元素互换可得CNS－；利用电子—电荷互换可得NO2+和CN22－。 答案：N2O或CO2或COS或CS2或BeCl2；N3－或CNS－或NO2+或CN22－。 例2、（1）（江苏高考）根据等电子原理，写出CO分子的结构式； （2）（南通二检）写出NO2+离子的电子式。
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： 杂化轨道类型杂化轨道空间构型键角 sp 直线形 180° sp2 平面三角形 120° sp3 正四面体 109．5° 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）。 中心原子价电子对数价电子对几何分布中心原子杂化类型 2 直线形 sp 3 平面三角形 sp2 4 正四面体 sp3 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 ＝［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。 3．中心原子孤电子对数＝n（价电子对数）－m（配位原子B 数）。 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：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、H2O ⑵SO3、NH3