杂化轨道理论与分子空间结构

实验目的

会判断中心原子的杂化类型，并解释常见分子的空间构型与键角。

实验原理

中心原子的价层电子对数（σ 键电子对数加孤电子对数）决定杂化类型：2 对为 sp，3 对为 sp2，4 对为 sp3。杂化轨道的空间排布由电子对数决定，而分子构型只看原子位置。孤电子对不成键，排斥力较大，使键角变小，故 NH₃ 键角约 107°，H₂O 约 105°。

实验器材

• BeCl₂ 分子模型
• BF₃ 分子模型
• CH₄ 分子模型
• NH₃ 分子模型
• H₂O 分子模型

实验步骤

1. 选择一个分子，数出中心原子的价层电子对数。
2. 根据电子对数判断中心原子的杂化类型。
3. 观察杂化轨道的空间排布和成键原子的位置。
4. 对比 CH₄、NH₃、H₂O 中孤电子对数的变化。
5. 比较各分子的空间构型和键角。

实验现象与结论

BeCl₂ 为 sp 杂化，直线形；BF₃ 为 sp2 杂化，平面三角形；CH₄ 为 sp3 杂化，正四面体形，键角 109°28′；NH₃ 为 sp3 杂化，三角锥形，键角约 107°；H₂O 为 sp3 杂化，V 形，键角约 105°。孤电子对越多，键角越小。

常见问题

H2O 是 sp3 杂化，为什么是 V 形不是正四面体？

O 原子有 2 对孤电子对，不计入分子构型，只有 2 个 O—H 键的原子位置，所以呈 V 形。

怎样快速判断中心原子的杂化类型？

先算价层电子对数：2 对为 sp，3 对为 sp2，4 对为 sp3。