高中化学 第二章第二节 第2课时 杂化轨道理论 配合物理论教案 新人教版选修3.docx

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高中化学第二章第二节第2课时杂化轨道理论配合物理论教案新人教版选修3

第2课时　杂化轨道理论　配合物理论

[明确学习目标]　1.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型（sp，sp2，sp3），并能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。

2.能说明简单配合物的成键情况。

学生自主学习

一、杂化轨道理论简介

1．杂化轨道理论

杂化轨道理论是一种

价键理论，是鲍林为了解释分子的

立体构型提出的。

（1）轨道的杂化：

在外界条件影响下，原子内部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。

（2）杂化轨道：

原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。

2．杂化轨道的类型

（1）sp3杂化轨道

sp3杂化轨道是由

1个s轨道和

3个p轨道杂化形成的。

sp3杂化轨道间的夹角是109°28′，立体构型为

正四面体形（如下图所示）。

（2）sp2杂化轨道

sp2杂化轨道是由

1个s轨道和

2个p轨道杂化而成的。

sp2杂化轨道间的夹角是

120°，呈

平面三角形（如下图所示）。

（3）sp杂化轨道

sp杂化轨道是由

1个s轨道和

1个p轨道杂化而成的。

sp杂化轨道间的夹角是

180°，呈

直线形（如下图所示）。

特别说明：

sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。

二、配合物理论简介

1．配位键

在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供

孤电子对给予铜离子，铜离子接受水分子的孤电子对形成的，这类

“电子对给予接受键”被称为配位键。

2．配合物

（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称为配位化合物，简称配合物。

（2）配合物的形成举例。

1．为什么H2O分子的键角既不是90°也不是109°28′，而是105°？

提示：

因为H2O分子的中心原子O的价电子排布式为2s22p4，O原子采取sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道。

其中两个轨道各有一个未成对电子，与氢原子成键；另两个轨道则各有一对孤电子对，它们未参与成键。

孤电子对与成键电子对的排斥作用使O—H键之间的夹角被压缩到105°。

所以，水分子呈V形，键角为105°。

2．在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的配位键是如何形成的？

该配位键如何表示？

提示：

在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的配位键是由水分子提供孤电子对给予铜离子，铜离子接受水分子的孤电子对形成的，该离子可表示为

课堂互动探究

一、判断中心原子杂化轨道类型的方法

（1）根据杂化轨道的立体构型判断

①若杂化轨道在空间的分布为四面体，则中心原子发生sp3杂化；

②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化；

③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。

（2）根据杂化轨道之间的夹角判断

①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；

②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；

③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。

（3）根据中心原子的价层电子对数判断

①若价层电子对数为2，则中心原子发生sp杂化；

②若价层电子对数为3，则中心原子发生sp2杂化；

③若价层电子对数为4，则中心原子发生sp3杂化。

[即时练]

1．下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是（　　）

A．分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构

B．杂化轨道可用于形成σ键、π键或用于容纳未参与成键的孤电子对

C．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变

D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°

答案　B

解析　分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构，可能是三角锥形或V形，如NH3是三角锥形、H2O是V形，故A正确；杂化轨道用来形成σ键或容纳孤电子对，未杂化的轨道可用来形成π键，故B错误；杂化前后原子轨道数目不变，但杂化后轨道形状发生改变，各个轨道尽可能分散、对称分布，故C正确；sp3、sp2、sp杂化轨道夹角分别为109°28′、120°、180°，故D正确。

2．通过计算判断下列中心原子的杂化轨道类型（带“·”的原子为中心原子）。

答案　①4　sp3　②3　sp2　③4　sp3　④4　sp3　

⑤4　sp3

解析　根据杂化轨道数＝中心原子孤对电子数＋中心原子结合的原子数，以及杂化轨道数为2时杂化方式为sp，杂化轨道数为3时杂化方式为sp2，杂化轨道数为4时杂化方式为sp3，可得出正确答案。

二、配合物理论简介

1．配位键

（1）配位键：

成键的一方提供孤电子对（配体），另一方提供空轨道而形成的“电子对给予接受键”，叫做配位键。

（2）配体：

应含有孤电子对，可以是分子，也可以是离子，如NH3、H2O、F－、OH－等。

（3）成键条件：

形成配位键的一方能够提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。

（4）配位键的表示方法：

（5）配位键与普通共价键的异同

①配位键实质上是一种特殊的共价键。

②配位键与普通共价键只是在形成过程上有所不同。

配位键的共用电子对由成键原子单方面提供，普通共价键的共用电子对则由成键原子双方共同提供，但它们的实质是相同的，都是由成键原子双方共用，如配离子

③同共价键一样，配位键可以存在于分子之中[如Ni（CO）4]，也可以存在于离子之中（如NH

）。

2．配合物的组成

配合物由中心原子或离子（提供空轨道）和配体（提供孤电子对）组成，分为内界和外界，以[Cu（NH3）4]SO4为例表示为

3．配合物的形成对性质的影响

（1）对溶解性的影响

一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨的溶液中，或依次溶解于含过量的OH－、CI－、Br－、I－、CN－的溶液中，形成可溶性的配合物。

如Cu（OH）2＋4NH3===[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－。

（2）颜色的改变

Fe3＋与SCN－形成硫氰化铁配离子，其溶液显红色。

（3）稳定性增强

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。

当作为中心离子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。

例如，血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。

[即时练]

3．下列不是配合物的是（　　）

A．[Cu（NH3）4]SO4·H2O

B．[Ag（NH3）2]OH

C．KAl（SO4）2·12H2O

D．Fe（SCN）3

答案　C

解析　A、B、D三项均为配合物，C项为复盐，不是配合物。

4．有两种配合物A、B，化学式都是CoCl3·5NH3·H2O，中心离子的配位数都为6。

试根据下面的实验结果，确定它们的配离子、中心离子和配位体。

（1）A和B的水溶液呈微酸性，向其中加入强碱并加热至沸腾，有NH3放出，同时有Co2O3的沉淀。

（2）向A和B的溶液中，加入AgNO3后均有AgCl沉淀。

（3）沉淀过滤后，再加AgNO3均无变化，但加热至沸腾，B溶液又有AgCl沉淀生成，其沉淀量为原来B溶液的一半。

答案　A：

[Co（NH3）5·H2O]Cl3，

配离子为[Co（NH3）5·H2O]3＋，中心离子为Co3＋，

配位体NH3、H2O

B：

[Co（NH3）5Cl]Cl2·H2O，

配离子为[Co（NH3）5Cl]2＋，中心离子为Co3＋，

配位体NH3、Cl－。

解析　根据实验

（1）可知：

两种物质配离子被破坏而放出NH3。

根据

（2）可知：

Cl－为外界，加AgNO3后有沉淀析出。

由（3）可知：

A再滴加AgNO3，加热前后无变化，证明Cl－全是外界，而B再滴加AgNO3加热后，沉淀量为原来的一半，证明有2个Cl－在外界，1个Cl－在内界，所以A为[Co（NH3）5·H2O]Cl3，B为

[Co（NH3）5Cl]Cl2·H2O。

规律方法

配合物中外界离子能电离出来，内界离子不能电离出来，通过实验及其数据可以确定内界和外界离子的个数，从而可以确定配离子、中心离子和配位体。

学习效果检测

1．下列说法正确的是（　　）

A．H2SO4分子中三种原子均以杂化轨道成键

B．NH

的电子式为

，该离子呈平面正方形

C．CH4分子中的4个C—H键都是由氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道重叠形成的

D．CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H键

答案　D

解析　H2SO4分子中H、O原子没有发生轨道杂化，A错误；NH

呈正四面体形，B错误；CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道进行杂化形成4个sp3杂化轨道，然后碳原子的sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠形成C—Hσ键，C错误，D正确。

2．以下微粒中不含配位键的是（　　）

①NH

　②CH4　③OH－　④NH3　⑤N2H

⑥Fe（SCN）3　⑦H3O＋　⑧Ag（NH3）2OH

A．①②④⑦⑧B．①④⑥⑦⑧

C．③④⑤⑥⑦D．②③④

答案　D

解析　①氨气分子中氮原子含有孤电子对，氢离子提供空轨道，可以形成配位键，NH

中含有配位键；②甲烷的电子式为，无空轨道，无孤电子对，CH4中不含配位键；③OH－的电子式为[H

]－，无空轨道，OH－中不含配位键；④氨气分子中氮原子含有孤电子对，但没有形成配位键；⑤氢离子提供空轨道，N2H4中的氮原子提供孤电子对，能够形成配位键，故N2H

中含有配位键；⑥SCN－的电子式是[

C⋮⋮N

]－，铁离子提供空轨道，硫原子提供孤电子对，Fe（SCN）3中含有配位键；⑦H3O＋中氧原子提供孤电子对，H＋提供空轨道，二者形成配位键，H3O＋中含有配位键；⑧Ag＋有空轨道，NH3中的氮原子有孤电子对，可以形成配位键，Ag（NH3）2OH中含有配位键。

3．小明同学上网查阅了如下资料：

中心原子杂化类型的判断方法：

（1）公式：

n＝（中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数）÷2。

说明：

配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数看为0；当电荷数为正值时，公式中取“－”号，当电荷数为负值时，公式中取“＋”号。

（2）根据n值判断杂化类型：

当n＝2时为sp杂化；n＝3时为sp2杂化；n＝4时为sp3杂化。

请运用该方法计算下列微粒的n值，并判断中心原子的杂化类型。

（1）NH3：

n＝________，________杂化。

（2）NO

：

n＝________，________杂化。

（3）NH

：

n＝________，________杂化。

（4）SO2：

n＝________，________杂化。

答案　

（1）4　sp3　

（2）3　sp2　（3）4　sp3　（4）3　sp2

解析　

（1）NH3中n＝

＝4，N为sp3杂化。

（2）NO

中n＝

＝3，N为sp2杂化。

（3）NH

中n＝

＝4，N为sp3杂化。

（4）SO2中n＝

＝3，S为sp2杂化。

4．配位化学创始人维尔纳发现，取CoCl3·6NH3（黄色）、CoCl3·5NH3（紫红色）、CoCl3·4NH3（绿色）和CoCl3·4NH3（紫色）四种化合物各1mol分别溶于水，加入足量硝酸银溶液，生成氯化银沉淀的物质的量分别为3mol、2mol、1mol和1mol。

（1）请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。

CoCl3·6NH3________________，

CoCl3·5NH3________________，

CoCl3·4NH3（绿色和紫色）________________。

（2）后两种物质的组成相同而颜色不同的原因是____________________。

（3）上述配合物中，中心离子的配位数都是________。

答案　

（1）[Co（NH3）6]Cl3　[Co（NH3）5Cl]Cl2　

[Co（NH3）4Cl2]Cl　

（2）空间构型不同　（3）6

解析　

（1）1molCoCl3·6NH3与AgNO3反应只生成3molAgCl，则1molCoCl3·6NH3中有3molCl－为外界离子，钴的配位数为6，配体为NH3，所以其化学式为[Co（NH3）6]Cl3；1molCoCl3·5NH3与AgNO3反应只生成2molAgCl，则1molCoCl3·5NH3中有2molCl－为外界离子，钴的配位数为6，配体为NH3和Cl－，所以其化学式为[Co（NH3）5Cl]Cl2；1molCoCl3·4NH3（绿色）和1molCoCl3·4NH3（紫色）分别与AgNO3反应均只生成1molAgCl，则1molCoCl3·4NH3中有1molCl－为外界离子，钴的配位数为6，配体为NH3和Cl－，所以化学式为[Co（NH3）4Cl2]Cl。

（2）CoCl3·4NH3（绿色）和CoCl3·4NH3（紫色）的化学式都是[Co（NH3）4Cl2]Cl，但因其空间构型不同导致颜色不同。

（3）题述几种配合物的化学式分别是[Co（NH3）6]Cl3、

[Co（NH3）5Cl]Cl2、[Co（NH3）4Cl2]Cl、

[Co（NH3）4Cl2]Cl，其配位数都是6。