杂化轨道类型与分子构型演示

实验目的

理解杂化轨道的概念，会判断常见分子中心原子的杂化类型。

实验原理

同一原子中能量相近的原子轨道混合，重新组成能量相同的新轨道，称为杂化轨道。杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数，也等于中心原子的价层电子对数。2 对为 sp 杂化，夹角 180°；3 对为 sp2 杂化，夹角 120°；4 对为 sp3 杂化，夹角 109°28′。

实验器材

• s 轨道与 p 轨道
• sp 杂化轨道
• sp2 杂化轨道
• sp3 杂化轨道
• 示例分子 CO₂、BF₃、CH₄、NH₃、H₂O

实验步骤

1. 观察 s 轨道与 p 轨道混合形成杂化轨道的过程
2. 分别查看 sp、sp2、sp3 杂化轨道的形状和夹角
3. 选择示例分子，数出中心原子的价层电子对数
4. 由电子对数判断杂化类型
5. 对照杂化类型写出 VSEPR 模型和分子构型

实验现象与结论

CO₂ 中 C 为 sp 杂化，分子为直线形；BF₃ 中 B 为 sp2 杂化，分子为平面三角形；CH₄ 中 C 为 sp3 杂化，分子为正四面体形。NH₃ 的 N、H₂O 的 O 也是 sp3 杂化，因含孤电子对，分子构型分别为三角锥形和 V形。

常见问题

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。

NH3 是 sp3 杂化，为什么键角不是 109°28′？

NH₃ 中有 1 对孤电子对，排斥成键电子对，使键角减小到约 107°。