专题24-如何判断中心原子的杂化类型

分子或离子的中心原子杂化轨道类型判断方法标签：化学教学；分子；离子；杂化轨道类型；判断方法普通高中課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O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O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。

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。

化学干货II高中化学如何判断分子中中心原子的杂化类型杂化轨道理论的引进是为了更好地解释有关分子的空间构型和分子的相关性质，其核心思想是多原子分子中心原子将能级相近、能量较低的价层轨道相互作用，重新组合、再分配，构建成新的轨道，即杂化轨道。

轨道杂化的目的是为了更有利于原子成键，成键时能力更强，有利于分子的形成。

关键是中心原子的杂化类型能否准确判断，杂化类型判断正确，结合分子组成、价层电子对互斥理论，就容易解决分子构型、分子性质的相关问题。

1、取代法以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型，用其它原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团，得到的新分子中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化类型相同。

如：(1)CH3CH=CH2分子中C原子的杂化类型判断，看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个H原子，则甲基C原子为sp3杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个H原子，故两个不饱和C原子均为sp2杂化；(2)(CH3)3N看作三个甲基取代了NH3分子中的三个H原子而得，所以其分子中N原子采用sp3杂化；(3)H2O2看作羟基取代了H2O分子中一个H原子，H2O2中O原子应为sp3杂化；(4)B(OH)3看作三个羟基取代了BF3中的F原子，可知B(OH)3中B原子为sp2杂化。

2、价电子对数计算法对于ABm型分子(A为中心原子，B为配位原子)，分子的价电子对数可以通过下列计算确定：n=1/2（中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m），配位原子中卤素原子、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；若为离子，须将离子电荷计算在内：n=1/2（中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数×m±离子电荷数），阳离子取“－”，阴离子取“+”。

根据价电子对数可以有以下结论：分子价电子对数几何构型中心原子杂化类型BeCl2 2 直线型 spBF3 3 平面三角形 sp2SiCl4 4 正四面体 sp3一般来讲，计算出的n值即为杂化轨道数，能直接对映中心原子的杂化类型。

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。

中心原子杂化方式判断中心原子的杂化方式是有许多因素决定的，其中最为重要的因素就是中心原子周围的电子态。

中心原子的杂化方式不同，其分子的形状也就不同，因此正确地判断中心原子杂化的方式是非常重要的。

中心原子杂化方式的判断可以通过以下的步骤来进行：第一步，确定中心原子的电子数。

在这一步骤中，需要确定中心原子的电子构型，即其外层电子的数目。

以氢化钙为例，钙原子的电子构型为1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²，因此钙原子的外层电子数目为2+6+2=10。

第二步，确定中心原子的共价简并数。

在这一步骤中，需要计算中心原子周围的原子或离子数目，并将它们的价电子数相加。

以氢化钙为例，钙原子周围有8个氢原子，每个氢原子有1个价电子，因此氢化钙的共价简并数为8×1=8。

第三步，确定中心原子的杂化轨道数，并推断杂化轨道之间的相对能量。

在这一步骤中，需要考虑杂化方式对分子总能量的影响。

以氢化钙为例，在sp³型杂化的情况下，钙原子产生4个等能的杂化轨道，每个轨道的相对能量为s>p>d>f。

如果忽略p轨道的双重简并性，那么sp³杂化会导致中心原子的能量下降，从而使分子更加稳定。

第四步，确定中心原子周围的共价键。

在这一步骤中，需要根据杂化轨道之间的方向性和价电子与其他原子形成的键的位置来确定共价键的方向和长度。

以氢化钙为例，在sp³型杂化的情况下，钙原子的4个杂化轨道可以分别形成4个等长的sigma键。

通过以上的步骤，我们可以准确地判断出中心原子的杂化方式。

这种判断有助于我们理解分子的结构和性质，并为化学实验的设计和分析提供重要的指导。

如何判断中心原子杂化方式作者：洪赛君来源：《化学教与学》2010年第08期江苏省考试说明在“物质结构与性质”课程模块提出“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”。

因此,掌握中心原子杂化方式的判断方法是十分有用的。

基于中学化学的教学要求和学生的认知水平,我们常常采用以下三种方法来确定中心原子的杂化方式。

一、利用路易斯式确定杂化方式有机化学中我们经常使用结构式表示有机物中原子的连接方式。

结构式可以看作电子式的一种简写方式,若我们将电子式改写为结构式时保留未成键电子,得到的就是路易斯式。

以H2O 为例:路易斯式确定杂化方式的步骤为:⑴书写物质的路易斯式;⑵记录中心原子的σ键数目(设为m)和中心原子周围的孤电子对数目(设为n)⑶根据m+n的值判断中心原子的杂化方式:m+n=2sp杂化3sp杂化4sp杂化水分子的中心原子是氧原子,m=2,n=2,故氧原子的杂化方式为sp3。

甲醛的路易斯为,m=3,n=0,故碳原子的杂化方式为sp2。

二、利用价层电子对互斥理论确定杂化方式《物质结构与性质》教材中简单介绍了此理论的判断方法:(1)计算价电子对数n(2)根据n的值判断中心原子的杂化方式:n=2sp杂化3sp杂化4sp杂化(注:书上判断的是几何构型,两者没有本质上的差异。

)教材中计算价电子对数n的公式以及相关说明不少学生不能理解,所以,无法灵活运用。

我们可以用下面公式代替:对于ABm型分子(A是中心原子,B是配位原子)n=m+(注:若n为小数,则进行四舍五入取整)例如,BF3中m=3,中心原子B的最外层电子数为3,配位原子F的核外电子轨道表示式可知F的单电子数为1。

代入公式,则n=3+=3,故B的杂化方式为sp2。

三、利用等电子体原理确定杂化方式等电子原理告诉我们:两个等电子体具有相似的结构特征。

同理,可以推出等电子体的中心原子杂化方式也是相同的。

所以,我们在识记常见物质的杂化方式的基础上灵活运用等电子体原理可以快速的确定一个原子的杂化方式。

如何计算中心原子杂化类型
中心原子的杂化类型可以通过以下步骤来计算：
步骤1：确定中心原子的电子排布。

根据中心原子的原子序数和电子组态，确定中心原子的电子排布。

例如，氧原子的原子序数为8，电子组态为1s²2s²2p⁴。

步骤2：确定中心原子的有效电子数。

有效电子数是指中心原子中不参与化学键形成的内层电子和半满或空的最外层电子的总数。

例如，对于氧原子，它的有效电子数为6（2s²2p⁴中的6个电子）。

步骤3：确定中心原子的杂化状态。

根据有效电子数，可以确定中心原子的杂化状态。

常见的杂化状态有sp³、sp²和sp。

对于氧原子的例子，它的有效电子数为6，因此它的杂化状态为sp³。

步骤4：确定中心原子的杂化轨道类型。

根据杂化状态，可以确定中心原子的杂化轨道类型。

sp³杂化状态意味着中心原子的四个原子轨道（通常是一个s轨道和三个p轨道）将重新组合形成四个等能级的杂化轨道。

因此，对于氧原子的例子，它的杂化轨道类型为sp³。

通过以上步骤，你可以计算中心原子的杂化类型。

请注意，这只是一
个基本的计算过程，针对特定的原子和化合物，可能会有一些特殊情况和例外。