中心原子杂化轨道类型的判断和总结.docx

中心原子杂化轨道类型的判断总结五台实验中学 李俊红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，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 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 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 c2h6、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、CCI4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F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轨道类型2 直线形 sp3 平面三角形 sp24 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xm] =22. 对于主族元素，中心原子（A）的价电子数二最外层电子数；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=口（价电子对数）一m （配位原子B数）4. 杂化轨道由形成g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：（l）BeCl「HQ、（2）SO°、NH、⑶NH4+、PO/-。

2 2 3 3 4解析第⑴组都是AB2型分子，BeCl2的价电子对数n=（2+1x2） =2 = 2, Be采用sp杂化, 中心原子孤电子对数n-m=2-2=0,无孤电子对，故分子呈直线型；H2O的价电子对数n=(6+lx2) =2=4, O采用sp3杂化，n—m=4 —2 = 2,有2对孤电 子对，故分子呈折线型第⑵组都是AB3型分子，SO3的价电子对数n= (6+0x3) =2=3, S采用sp2杂化n—m = 3 — 3 = 0,无孤电子对，分子呈平面三角形；NH3的价电子对数n=(5 + 1x3) =2=4 N采用sp3杂化，n—m=4 —3 = 1,有1对孤电子对，故分子呈三角锥型第⑶组都是AB4型离子，NH4 +的价电子对数n=(5 + 1x4 —1) =2=4, N采用sp3杂化， n—m=4—4=0,无孤电子对，故分子呈正四面体；PO43-的价电子对数n=(5 + 0x3 + 3) =2=4, P采用sp3杂化，n—m=4—4 = 0,无孤电子对，分子呈正四面体结构三、 根据o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=o键数+孤电子对数，如果我们已知o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o键数和孤电子对数, 从而判断出杂化方式1 号 C 形成 4 个 o 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o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、 O、 O 呈正三角形分布； 3 号 O 形成 2 个 o 键， 2 个孤 电子对，所以有 4 个价电子对， O 原子为 sp3 杂化，其周围的 C 和 H 呈折线形分布四、 根据等电子原理判断教材的 “资料卡”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= (4+0x2) =2=2，判断出 sp 杂化，直线型，所以 N2O 也应为 sp 杂化，直线型同样，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可以看作一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.。