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。

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。

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【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。

立体构型判断方法小结2016年10月新的考试大纲发布以后，其中规定“选考内容为选修模块‘ 物质结构与性质’和‘有机化学基础’，考生从中任意选一个模块考试”。

直接删除了《化学与技术》选考内容，把《物质结构与性质》和《有机化学基础》作为选考内容，提高了《物质结构与性质》的考试地位，其中分子或离子立体构型的判断是近年高考中常考知识点，考试大纲要求“能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构”，这就要求学生必须掌握立体构型的判断方法，现主要讨论价层电子对互斥模型。

价层电子对互斥理论的核心内容为，在一个共价分子中，中心原子周围电子对排布的几何构型主要决定于中心原子的价电子层中电子对的数目。

所谓价层电子对包括成键电子对和孤电子对。

价层电子对各自占据的位置倾向于彼此分离得尽可能地远些，这样电子对彼此之间的排斥力最小，整个分子最为稳定。

因此，利用价层电子可以很方便地判断分子的空间结构。

VSEPR理论指出，在ABm分子中，如A与B之间通过双键或三键结合而成的，则需要把双键或三键作为一个电子对来看待。

换句话来说，在VSEPR理论中，总电子对数＝σ键电子对数+孤对电子对数。

σ键电子对数一般等于与中心原子相连的原子数目，孤电子数=1/2*(a-xb)，a为中心原子的价电子数，主族元素中a等于主族序数， 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，H为1，其他主族元素的b为8减去主族序数。

在阳离子中，a等于中心原子的主族序数减去所带的电荷数，而在阴离子中a等于中心原子的主族序数加上所带的电荷数。

这种模型一般把分子分成以下两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，如C02、CH20、CH4等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下：ABn 立体结构范例n=2 直线型 C02n=3 平面三角形 CH20n=4 正四面体型 CH4价层电子对互斥模型认为，它们之所以有这样的立体结构是由于分子中的价电子对相互排斥的结果。

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。

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。

专题4 分子空间结构与物质性质第一单元分子构型与物质的性质第1课时杂化轨道理论与分子空间构型一、教学目标1、初步认识杂化概念。

2、了解杂化轨道的类型，并能用杂化轨道理论判断分子的空间构型。

3、能运用杂化轨道理论解释或预测分子或离子的空间结构。

4、培养学生科学的世界观和实事求是的科学态度，激发学生探索未知世界的兴趣。

二、教学重点：能用杂化轨道理论判断分子的空间构型教学难点：杂化轨道理论三、教学过程复习：共价键(按成键方式) ：（1）σ键：头碰头（2）π键：肩并肩键参数：键能、键长、键角导入：我们已经知道甲烷分子呈正四面体形结构,它的4个C-H键的键长相同H —C--H的键角为109.28°。

按照我们已经学过的价键理论,甲烷的4个C-H单键都应该是0键然而碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠,不可能得到四面体构型的甲烷分子。

那这是问什么呢？师解释：形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程碳原子具有四个完全相同的轨道与四个氢原子的电子云重叠成键。

1、分子轨道杂化甲烷分子形成过程像CH4分子一个s轨道与三个p轨道的杂化形成4个sp3杂化轨道的就是sp3 杂化请同学们参照甲烷分子形成过程为例用杂化轨道理论解释BF3和BeCl2分子的形成及结构。

4.杂化轨道的类型与空间结构⑴sp 1个s轨道1个p轨道杂化当中心原子取sp杂化轨道时，形成直线形的骨架结构，中心原子上有一对垂直于分子骨架的未参与杂化的p轨道。

例如CO2中的碳原子、H-C≡N:中的碳原子、BeF2分子中的铍原子等等都是sp杂化。

⑵sp2 1个s轨道2个p轨道杂化BCl3、CO32–、NO3–、H2C=O、SO3、烯烃>C=C<结构中的中心原子都是以sp2杂化的。

以sp2杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一个垂直于sp2骨架的未参与杂化的p轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，就会形成π键。

专题突破(十五)　分子或离子的空间构型的判断分子或离子的空间构型的判断是高考命题的重要角度，主要涉及价层电子对互斥理论及应用(中心原子的价层电子对数、键角的比较、空间构型的判断等)、杂化轨道理论(中心原子杂化方式的判断、空间构型的判断)等，考查考生进行新颖的推测和设想并周密论证的能力，考查考生综合运用知识和能力应对复杂问题的水平，要求建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，建立认知模型，并能运用于解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

1．根据VSEPR理论判断(1)中心原子上的价电子都用于形成共价键，例如，CO2、CH4等分子中的碳原子，它们的空间构型可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下表：AB n型分子分子(或离子)的空间构型实例n＝2直线形CS2、BeCl2等n＝3平面三角形BF3、CH2O等n＝4正四面体形CCl4、SiH4等(2)中心原子上有孤对电子的分子，例如H2O、NH3等，中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与相互排斥。

先分析分子的中心原子的σ键电子对数和孤电子对数，确定VSEPR模型，再去除孤电子对，得出分子的实际空间构型。

2．根据杂化轨道类型判断由于杂化轨道类型不同，杂化轨道的夹角也不同，其成键时键角也不相同，故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关，具体如下表：杂化类型用于杂化的原子轨道数杂化轨道间的夹角空间构型sp杂化2180°直线形sp2杂化3120°平面三角形sp3杂化4109°28′四面体形3.根据共价键的键角判断分子的空间构型与共价键的键角的关系如下表：分子类型键角分子的空间构型实例180°直线形CO2、BeCl2等AB2型＜180°V形H2O、H2S等120°平面三角形BF 3、BCl 3等AB 3型＜120°三角锥形NH 3、H 3O ＋等AB 4型109°28′正四面体形CH 4、CCl 4等4.根据等电子体原理判断通常情况下，等电子体的空间构型相同，例如，SO 2与O 3均为V 形结构，CH 4与NH 均为正四面体形结构。

教学目标
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教学重点
杂化轨道理论的要点
教学难点
分子的立体结构，杂化轨道理论
教学方法
采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学教学过程
（2）sp 2杂化——平面三角形：sp 2
杂化轨道是由一个ns 轨
道和两个np 轨道组合而成的，每个sp 2
杂化轨道都含有31
s
和2p 成分，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形如：
（3）sp 3
杂化——四面体形：sp 3
杂化轨道是由一个ns 轨道和
三个np 轨道组合而成，每个sp 3
杂化轨道都含有41s 和43
p 的成
分，sp 3
杂化轨道间的夹角为109°28’。

空间构型为四面体形。

如CH 4分子的结构如（图2—24和图2—25）。

（学生思考，总结）。