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
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．下列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。
故选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．下列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，已知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．下列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．sp pB．sp2 s
C．sp2 pD．sp3 p
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．下列分子或离子中，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，则下列说法正确的是（ ）
【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．下图是甲醛分子的模型。
根据该图和所学化学键知识回答下列问题：
【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）下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是________（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
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