中心原子雜化軌道類(lèi)型的判斷方法25539

1、中心原子雜化軌道類(lèi)型的判斷方法高中化學(xué)選修模塊物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中介紹了雜化軌道理論，這一重要理論能解釋大多數(shù)分子幾何構(gòu)型及價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。在使用該理論時(shí)，首先必須確定中心原子的雜化形式，在未知分子構(gòu)型的情況下，判斷中心原子雜化軌道類(lèi)型有時(shí)比較困難，成為教學(xué)難點(diǎn)。下面總結(jié)幾種高中階段判斷中心原子雜化軌道類(lèi)型的方法。一、根據(jù)分子的空間構(gòu)型判斷根據(jù)雜化軌道理論，中心原子軌道采取一定的雜化方式后，其空間構(gòu)型和鍵角如下：雜化軌道類(lèi)型雜化軌道空間構(gòu)型鍵角sp直線形180 °sp2平面三角形120 °sp3正四面體109 5°由此，可以根據(jù)分子的空間構(gòu)型或鍵角來(lái)判斷中心原子軌道的雜化方

2、式。例如一些常見(jiàn)的簡(jiǎn)單分子的結(jié)構(gòu)都是熟悉的， C2H2 、CO2 為直線型分子，鍵角為 180 °，推斷其C 原子的雜化軌道類(lèi)型為sp ； C2H4、C6H6 為平面型分子，鍵角為 120 °，推斷其 C 原子的雜化軌道類(lèi)型為sp2 ；CH4 、CCl4 為正四面體，鍵角 109 5 °，推斷其C 原子的雜化軌道類(lèi)型為sp3 。還可以擴(kuò)展到以共價(jià)鍵形成的晶體，如：已知金剛石中的碳原子、晶體硅和石英中的硅原子，都是以正四面體結(jié)構(gòu)形成共價(jià)鍵的，所以也都是采用sp3雜化；已知石墨的二維結(jié)構(gòu)平面內(nèi)，每個(gè)碳原子與其它三個(gè)碳原子結(jié)合，形成六元環(huán)層，鍵角為120 °，

3、由此判斷石墨的碳原子采用 sp2雜化。二、根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷教材的“拓展視野”中介紹了價(jià)層電子對(duì)互斥理論，根據(jù)該理論能夠比較容易而準(zhǔn)確地判斷ABm 型共價(jià)分子或離子的空間構(gòu)型和中心原子雜化軌道類(lèi)型。中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)與價(jià)電子對(duì)的幾何分布、中心原子雜化軌道類(lèi)型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表（價(jià)電子對(duì)數(shù)4 的，高中階段不作要求）。精選文庫(kù)中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)價(jià)電子對(duì)幾何分布中心原子雜化類(lèi)型2直線形sp3平面三角形sp24正四面體sp3運(yùn)用該理論的關(guān)鍵是能準(zhǔn)確計(jì)算出中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)，其計(jì)算方法是：1 價(jià)電子對(duì)數(shù) n 中心原子（ A ）的價(jià)電子數(shù)配位原子（B ）提供的價(jià)電子數(shù)× m ÷

4、;2 。2 對(duì)于主族元素， 中心原子（A ）的價(jià)電子數(shù)最外層電子數(shù)； 配位原子中鹵族原子、 氫原子提供 1 個(gè)價(jià)電子，氧族元素的原子按不提供電子計(jì)算；離子在計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)時(shí)，還應(yīng)加上負(fù)離子的電荷數(shù)或減去正離子的電荷數(shù)。3 中心原子孤電子對(duì)數(shù)n （價(jià)電子對(duì)數(shù)） m （配位原子 B 數(shù)）。4 雜化軌道由形成鍵的電子對(duì)和孤電子對(duì)占據(jù)，因此分子或離子的空間構(gòu)型為雜化軌道構(gòu)型去掉孤電子對(duì)后剩余的形狀。例：指出下列分子或離子的中心原子的雜化軌道類(lèi)型，并預(yù)測(cè)它們的空間構(gòu)型：BeCl2 、 H2O SO3 、 NH3 NH4 、 PO43 解析：第組都是 AB2型分子BeCl2的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（ 2 1

5、5; 2）÷ 22，Be 采用 sp 雜化， nm220，無(wú)孤對(duì)電子， 故分子呈直線型；H2O 的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（ 6 1× 2）÷ 24，O 采用 sp3 雜化， nm422，有 2 對(duì)孤電子對(duì)，故分子呈折線型。第組都是 AB3型分子SO3的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（ 6 0× 3）÷ 23，S 采用 sp2 雜化， nm330， 無(wú)孤對(duì)電子，故分子呈平面三角形；NH3的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（ 5 1× 3）÷ 24，N 采用 sp3 雜化， nm431，有 1 對(duì)孤對(duì)電子，故分子呈三角錐型。- 2 -精選文庫(kù)第組都是 AB4型離子NH4的價(jià)電

6、子對(duì)數(shù)n（ 5 1× 4 1）÷ 24，N 采用 sp3 雜化， nm440，無(wú)孤對(duì)電子，故分子呈正四面體；PO43的價(jià)電子對(duì)數(shù)n（ 5 0× 3 3）÷ 24，P 采用 sp3 雜化， nm440，無(wú)孤對(duì)電子，分子呈正四面體結(jié)構(gòu)。三、根據(jù) 鍵數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)逆向判斷根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)鍵數(shù)孤電子對(duì)數(shù)，如果已知鍵數(shù)和孤電子對(duì)數(shù)，就可以逆向判斷出中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)，從而判斷出雜化方式。例： 指出乙酸分子中原子的雜化軌道類(lèi)型以及它們周?chē)拥目臻g分布情況。解析： 高能熟練書(shū)寫(xiě)有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)式，根據(jù)結(jié)構(gòu)式就很容易得知鍵數(shù)和孤對(duì)電子數(shù)， 從而

7、判斷出雜化方式。1 號(hào) C形成 4 個(gè) 鍵，無(wú)孤對(duì)電子，所以有4 個(gè)價(jià)電子對(duì)， C原子為 sp3 雜化，其周?chē)?3 個(gè)H 和1 個(gè)C呈正四面體分布； 2 號(hào)C形成 3 個(gè)鍵，無(wú)孤對(duì)電子，所以有 3 個(gè)價(jià)電子對(duì)， C原子為 sp2 雜化，其周?chē)?C、O 、O 呈正三角形分布； 3 號(hào)O形成 2 個(gè)鍵，2 個(gè)孤對(duì)電子，所以有 4 個(gè)價(jià)電子對(duì)， C原子為 sp3 雜化，其周?chē)?C和H 呈折線形分布。四、根據(jù)等電子原理判斷教材的“資料卡”中介紹了等電子原理，即具有相同價(jià)電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征，這里的結(jié)構(gòu)特征包括中心原子的雜化軌道類(lèi)型、分子的空間結(jié)構(gòu)等。因此，我們可以根據(jù)一

8、些熟悉的分子的雜化軌道類(lèi)型來(lái)判斷與它互為等電子體的不熟悉的分子的雜化軌道類(lèi)型。例：指出 N2O 分子的空間構(gòu)型和雜化軌道類(lèi)型。解析：教材中介紹的價(jià)層電子對(duì)互斥理論是比較淺顯的，并沒(méi)有介紹N 作為配位原子應(yīng)該如何計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)，在解決這樣的題目時(shí)，可采用等電子原理巧解。由于N2O 與CO2 互為等電子體，大家對(duì)于 CO2 的結(jié)構(gòu)非常熟悉，直接根據(jù)直型，判斷出sp 雜化，當(dāng)然也可以計(jì)算出CO2 中的 C原子的價(jià)電子- 3 -精選文庫(kù)對(duì)數(shù) n （ 4 0×2 ）÷2 2 ，判斷為 sp 雜化，直線型，故 N2O 也應(yīng)為 sp 雜化，直線型。同樣， 如果要判斷 CNS 的空間構(gòu)型和

9、雜化軌道類(lèi)型，不必深究哪個(gè)原子是中心原子，哪個(gè)是配位原子， 如何計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)，直接根據(jù) CNS 與CO2 等電子體，來(lái)判斷 CNS 為直線型， sp 雜化。五、根據(jù)結(jié)構(gòu)代換判斷有機(jī)化學(xué)中的取代反應(yīng)是指有機(jī)物分子里某些原子或原子團(tuán)被其它原子或原子團(tuán)所代替的反應(yīng)，根據(jù)取代反應(yīng)機(jī)理，發(fā)生取代后，其中心原子的結(jié)構(gòu)和成鍵方式都應(yīng)該不變。由此啟發(fā)，對(duì)于一些復(fù)雜的分子，我們可以將其中的某些原子團(tuán)代換成原子，變成簡(jiǎn)單熟悉的分子，根據(jù)這個(gè)分子的空間構(gòu)型和雜化軌道類(lèi)型，來(lái)判斷原來(lái)的分子的空間構(gòu)型和雜化軌道類(lèi)型。例： CH3 OH等醇類(lèi)，都可以看作 R代換了 H2O 中的 H ， 因?yàn)?H2O 中O 原子為 sp3 雜化， 所以CH3 OH 中的 O原子也為 sp3 雜化。H2N NH2 可以看作 NH2 代換了 NH3 中的 H ， 因?yàn)?NH3 中N 原子為 sp3 雜化，所以 H2N NH2中的