1819第2章第2节第2课时杂化轨道理论配合物理论.docx
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1819第2章第2节第2课时杂化轨道理论配合物理论
18-19第2章第2节第2课时杂化轨道理论、配合物理论
学习目标:
1.了解杂化轨道理论的基本内容。
2.能根据有关理论判断简单分子或离子的立体构型。
(重点)3.了解配位键的特点及配合物理论,能说明简单配合物的成键情况。
(难点)
[自主预习·探新知]
1.杂化轨道理论简介
轨道的杂化与杂化轨道:
2.杂化轨道类型
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的
原子轨道及数目
1个s轨道
1个p轨道
1个s轨道
2个p轨道
1个s轨道
3个p轨道
杂化轨道的数目
2
3
4
3.杂化轨道类型与分子立体构型的关系
杂化类型
sp
sp2
sp3
杂化轨道间的夹角
180°
120°
109°28′
立体构型名称
直线形
平面三角形
正四面体
实例
CO2
BF3
CH4
微点拨:
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,由于孤电子对参与互相排斥,会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。
如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的,其分子不呈正四面体构型,而呈V形;氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据,氨分子不呈正四面体构型,而呈三角锥形。
4.配合物理论简介
(1)配位键
①概念:
由一个原子单方面提供孤电子对,而另一个原子提供空轨道而形成的共价键,即〝电子对给予接受键〞,是一类特殊的共价键。
②表示:
配位键可以用A→B来表示,其中A是提供孤电子对的原子,叫作给予体;B是接受孤电子对的原子,叫作接受体。
(2)配位化合物
①定义:
金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物,简称配合物。
②配合物的形成举例
实验操作
实验现象
有关离子方程式
滴加氨水后,试管中首先出现深蓝色沉淀,氨水过量后沉淀逐渐溶解,滴加乙醇后析出深蓝色晶体
Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH
Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH-[Cu(NH3)4]2++SO
+H2O
[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
溶液颜色变红
Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
[基础自测]
1.判断对错(对的在括号内打√,错的在括号内打×)
(1)sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道
(2)同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化( )
(3)形成配位键的条件是一方有空轨道,一方有孤电子对( )
(4)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子( )
[答案]
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√
2.s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( )
A、sp杂化 B、sp2杂化
C、sp3杂化D、sp4杂化
D [np轨道有三个:
npx、npy、npz,当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型:
①sp杂化:
即一个s轨道和一个p轨道的杂化;②sp2杂化:
即一个s轨道和两个p轨道的杂化;③sp3杂化:
即一个s轨道和三个p轨道的杂化。
]
3.以下过程与配合物的形成无关的是( )
A、除去Fe粉中的SiO2可用强碱溶液
B、向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失
C、向FeCl3溶液中加入KSCN溶液
D、向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失
A [A.二氧化硅和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水,硅酸钠和水都不是配合物,所以与配合物的形成无关,故A选;B.银离子和氨水反应生成氢氧化银沉淀,氢氧化银能和氨水反应生成银氨配合物,所以与配合物的形成有关,故B不选;C.铁离子和硫氰化钾溶液反应生成硫氰化铁配合物,所以与配合物的形成有关,故C不选;D.铜离子和氨水反应生成氢氧化铜蓝色沉淀,氢氧化铜和氨水反应生成铜氨络合物,所以与配合物的形成有关,故D不选。
应选A。
]
[合作探究·攻重难]
杂化轨道类型的判断
在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化。
双原子分子中,不存在杂化过程。
例如sp杂化、sp2杂化的过程如下:
[思考交流]
1.观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化?
【提示】 杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。
s轨道与p轨道的能量不同,杂化后,形成的一组杂化轨道能量相同。
2.2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道?
【提示】 不能。
只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。
2s与3p不在同一能级,能量相差较大。
3.用杂化轨道理论解释NH3、H2O的立体构型。
【提示】 NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3。
1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另1个杂化轨道中是成对电子,不与H原子形成共价键,sp3杂化轨道为正四面体形,但由于孤电子对的排斥作用,使3个N—H键的键角变小,成为三角锥形的立体构型。
H2O分子中O原子的价电子排布式为2s22p4。
1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另2个杂化轨道是成对电子,不与H原子形成共价键,sp3杂化轨道为正四面体形,但由于2对孤电子对的排斥作用,使2个O—H键的键角变得更小,成为V形的立体构型。
(1)轨道的杂化过程
激发→杂化→轨道重叠→杂化轨道。
如碳原子的sp3杂化过程为:
(2)杂化轨道的特点
①原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
②杂化轨道的能量相同。
③参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。
④杂化改变了原子轨道的形状、方向,杂化使原子的成键能力增强。
⑤杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。
(3)杂化轨道类型的判断
①根据杂化轨道数判断:
杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+中心原子结合的原子数,由杂化轨道数可判断杂化类型。
代表物
杂化轨道数
杂化轨道类型
CO2
0+2=2
sp
CH2O
0+3=3
sp2
CH4
0+4=4
sp3
SO2
1+2=3
sp2
NH3
1+3=4
sp3
H2O
2+2=4
sp3
②根据中心原子的价层电子对数判断:
2个价层电子对为sp杂化,3个价层电子对为sp2杂化,4个价层电子对为sp3杂化。
③根据分子或离子的立体结构判断:
直线形为sp杂化,平面三角形为sp2杂化,四面体为sp3杂化。
(4)杂化轨道类型与分子立体构型的关系
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,由于孤电子对参与互相排斥,会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。
VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的,略去VSEPR模型中的孤电子对,就是分子(或离子)的立体构型。
如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的,其分子不呈正四面体构型,而呈V形;氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据,氨分子不呈正四面体构型,而呈三角锥形。
(1)sp杂化和sp3杂化的两种形式中,原子还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,而杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同,中心原子杂化类型相同时孤电子对越多,键角越小。
例如,NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均为sp3杂化,但是键角分别为107°和109°28′。
[对点训练]
1.以下分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ②CH2===CH2 ③
④CH≡CH
⑤NH3 ⑥CH4
A、①②③ B、①⑤⑥
C、②③④D、③⑤⑥
A [sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形杂化轨道,①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°;②C2H4中C原子为sp2杂化,且未杂化的2p轨道形成π键;③同②相似;④乙炔中的C原子为sp杂化;⑤NH3中的N原子为sp3杂化;⑥CH4中的C原子为sp3杂化。
]
配合物理论简介
向ZnCl2溶液中逐滴加入氨水至过量,最终会生成[Zn(NH3)4]Cl2。
[思考交流]
1.配合物[Zn(NH3)4]Cl2的中心原子、配体、配位数分别是什么?
【提示】
(1)Zn、NH3、4。
2.请描述过程中产生的实验现象?
【提示】 溶液先变浑浊,生成白色沉淀,后沉淀溶解,溶液变澄清。
(1)配合物的组成
配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如以下图表示。
①中心原子:
提供空轨道能接受孤电子对的原子或金属阳离子。
配合物的中心原子一般是带正电荷的阳离子,最常见的是过渡金属的原子或离子。
②配体:
含有孤电子对的原子、分子或阴离子。
A、阴离子:
如X-(卤素离子)、OH-、SCN-、CN-、RCOO-、PO
等。
B、分子:
如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。
C、原子:
常为ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的原子。
③配位数:
直接同中心原子配位的原子或离子的数目叫中心原子的配位数。
如[Fe(CN)6]4-中Fe2+的配位数为6,[Cu(NH3)4]Cl2中Cu2+的配位数为4。
④配合物离子的电荷数:
等于中心原子或离子与配位体总电荷数的代数和。
如[Co(NH3)5Cl]n+中,中心离子为Co3+,n=2。
(2)形成配合物的条件
①配体有孤电子对;
②中心原子有空轨道。
(3)配合物的稳定性
配合物具有一定的稳定性。
配合物中的配位键越强,配合物越稳定。
当作为中心原子的金属离子相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。
(4)配合物形成时性质的改变
①颜色的改变,如Fe(SCN)3的形成;
②溶解度的改变,如AgCl―→[Ag(NH3)2]+。
[对点训练]
2.
(1)在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为__________,提供孤电子对的成键原子是________。
(2)CaF2难溶于水,但可溶于含Al3+的溶液中,原因是
________________________________________________________________
(用离子方程式表示,AlF
在溶液中可稳定存在)。
(3)配合物[Cr(H2O)6]3+中,与Cr3+形成配位键的原子是________(填元素符号)。
【导学号:
79652082】
[解析]
(1)Ni2+与NH3之间形成共价键时Ni2+提供空轨道,N提供孤电子对,形成配位键。
(2)CaF2中存在沉淀溶解平衡:
CaF2(s)
Ca2+(aq)+2F-(aq),溶液中的F-与Al3+形成配位离子AlF
,使沉淀溶解平衡向右移动,导致氟化钙溶解。
(3)H2O分子中的O原子有孤对电子,能与Cr3+形成配位键。
[答案]
(1)配位键 N
(2)3CaF2+Al3+===3Ca2++AlF
(3)O
形成配合物后,物质的性质会发生一定的变化,主要有三个方面的变化:
(1)一些难溶于水的金属化合物形成配合物后,易溶解;
(2)当简单离子形成配合物时颜色会发生改变,利用此性质可检验离子的存在;
(3)形成配合物后,物质的稳定性增强。
[当堂达标·固双基]
1.以下分子中的中心原子采取sp2杂化的是( )
①C6H6 ②C2H2 ③C2H4 ④C3H8 ⑤CO2
⑥BeCl2 ⑦SO3 ⑧BF3
A、①②⑥⑦ B、③⑤⑦⑧
C、①③⑦⑧D、③⑤⑥⑦
C [苯分子的碳原子采取sp2杂化;乙炔分子中的碳原子采取sp杂化;乙烯分子中的碳原子采取sp2杂化;丙烷分子中的碳原子类似于甲烷中的碳原子,采取sp3杂化;CO2分子中碳原子采取sp杂化;氯化铍分子中铍原子采取sp杂化;三氧化硫分子中S原子采取sp2杂化;三氟化硼分子中的B原子采取sp2杂化。
]
2.在BrCH=CHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是( )
【导学号:
79652083】
A、sppB、sp2s
C、sp2pD、sp3p
C [分子中的两个碳原子都是采用sp2杂化,溴原子的价电子排布式为4s24p5,4p轨道上有一个单电子,与碳原子的一个sp2杂化轨道成键。
]
3.以下分子或离子中,能提供孤电子对与某些金属离子形成配位键的是
①H2O ②NH3 ③F- ④CN- ⑤CO
A、①②B、①②③
C、①②④D、①②③④⑤
D [配体是含有孤电子对的阴离子或分子,这几种微粒的结构中都含有孤电子对。
]
4.在NH
中存在4个N—H共价键,那么以下说法正确的选项是( )
【导学号:
79652084】
A、4个共价键的键长完全相同
B、4个共价键的键长完全不同
C、原来的三个N—H的键长完全相同,但与由配位键形成的N—H键不同
D、4个N—H键的键长相同,但键能不同
A [NH
中存在4个N—H共价键,其中一个是配位键,这4个共价键采用的是sp3杂化,键长和键能完全相同。
]
5.以下图是甲醛分子的模型。
根据该图和所学化学键知识回答以下问题:
【导学号:
79652085】
甲醛分子的比例模型 甲醛分子的球棍模型
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是________,作出该判断的主要理由是________________。
(2)以下是对甲醛分子中碳氧键的判断,其中正确的选项是________(填序号)。
①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键
(3)甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角________(填〝=〞〝>〞或〝<〞)120°,出现该现象的主要原因是____________________________________
_____________________________________________________________。
[解析]
(1)原子的杂化轨道类型不同,分子的立体构型也不同。
由图可知,甲醛分子为平面三角形,所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
(2)醛类分子中都含有C===O键,所以甲醛分子中的碳氧键是双键。
一般来说,双键是σ键和π键的组合。
(3)由于碳氧双键中存在π键,它对C—H键的排斥作用较强,所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。
[答案]
(1)sp2杂化 甲醛分子的立体结构为平面三角形
(2)②⑤ (3)< 碳氧双键中存在π键,它对C—H键的排斥作用较强