2020高中化学 第一章 原子结构与元素的性质 第1节 第2课时 能量最低原理、基态与激发态、光谱

第2课时杂化轨道理论配合物理论课程目标核心素养建构1.知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。2.能正确叙述配位键概念及其形成条件；会分析配位化合物的形成及应用。3.熟知几种常见的配离子：[Cu（H2O）4]2＋、[Cu（NH3）4]2＋、[Fe（SCN）]2＋、[Ag（NH3）2]＋等的颜色及性质。分子的立体构型VSEPR模型杂化轨道理论杂化与杂化轨道杂化轨道的类型杂化轨道的立体构型配合物理论配位键配合物性质[知识梳理]在形成CH4分子时，碳原子的一个轨道和三个轨道发生混杂，形成四个能量相等的杂化轨道。四个杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H键是等同的。可表示为一、杂化轨道理论简介1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成2s2psp3sp32.杂化轨道的类型与分子立体构型的关系杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目ns111np杂化轨道数目杂化轨道间的夹角杂化轨道示意图实例BeCl2、CO2、CS2BCl3、BF3、BBr3CF4、SiCl4、SiH4分子立体构型123234180°120°109°28′直线形平面三角形正四面体形答案不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能层，能量相差较大。杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同，ns轨道与np轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。【自主思考】1.2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道？原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？答案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个杂化轨道中有1对孤电子对，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道立体构型为正四面体形，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个杂化轨道中各有一对孤电子对，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道立体构型为正四面体形，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。2.用杂化轨道理论解释NH3、H2O的立体构型？答案CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子的孤电子对数依次为0个、1个、2个。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。3.CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？（1）概念：由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键，即“电子对给予接受键”，是一类特殊的键。（2）实例：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给予铜离子，铜离子接受水分子的形成的。（3）表示：配位键可以用A→B来表示，其中A是孤电子对的原子，叫做；B是电子对的原子。例如：二、配合物理论简介1.配位键共用电子对共价孤电子对孤电子对提供配体接受①NH中的配位键表示为。②[Cu（NH3）4]2＋中的配位键表示为。③[Cu（H2O）4]2＋中的配位键表示为。（1）定义：与某些（称为）以结合形成的化合物，简称配合物。（2）写出生成下列配合物的反应方程式：[Cu（H2O）4]Cl2：；Fe（SCN）3：。（3）配合物的稳定性配位键的强度有大有小，因而有的配合物，有的。许多过渡金属离子对多种配体具有很强的，因而远比多。2.配位化合物金属离子（或原子）分子或离子配体配位键CuCl2＋4H2O===[Cu（H2O）4]Cl2Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3很稳定很不稳定结合力过渡金属配合物主族金属配合物答案配位键是一种特殊的共价键，共用电子对由成键原子的一方提供；一般共价键的共用电子对由双方共同提供。【自主思考】1.配位键与一般共价键有何区别与联系？2.NH＋4中的配位键与其他三个N—H键的键参数是否相同？答案相同。NH＋4可看成NH3分子结合1个H＋后形成的，在NH3中中心原子氮采取sp3杂化，孤电子对占据一个轨道，3个未成键电子占据另3个杂化轨道，分别结合3个H原子形成3个σ键，由于孤电子对的排斥，所以立体构型为三角锥形，键角压缩至107°。但当有H＋时，N原子的孤电子对会进入H＋的空轨道，以配位键形成NH＋4，这样N原子就不再存在孤电子对，键角恢复至109°28′，故NH＋4为正四面体形，4个N—H键完全一致，配位键与普通共价键形成过程不同，但性质相同。3.配合物[Cu（NH3）4]SO4中含有的化学键有哪些类型？答案[Cu（NH3）4]SO4中含有的化学键有离子键（[Cu（NH3）4]2＋与SO2－4）、共价键和配位键。4.配制银氨溶液时，向AgNO3溶液中滴加氨水，先生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，为什么？答案因为氨水呈弱碱性，滴入AgNO3溶液中，会形成AgOH白色沉淀，继续滴加氨水时，NH3与Ag＋形成[Ag（NH3）2]＋配合离子，配合离子很稳定，会使AgOH逐渐溶解，反应过程如下：Ag＋＋NH3·H2O===AgOH↓＋NH＋4，AgOH＋2NH3===[Ag（NH3）2]＋＋OH－。[效果自测]（1）所有原子轨道都参与杂化。（）（2）杂化轨道能量集中，有利于牢固成键。（）（3）杂化轨道中不一定有电子。（）（4）杂化方式相同的分子，空间构型一定相同。（）（5）并非任意两个原子轨道都能发生杂化。（）（6）形成配位键的条件是一方有空轨道一方有孤电子对。（）（7）NH4NO3、H2SO4都含有配位键。（）1.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。（8）任何分子都能形成配位键。（）（9）配合物都有颜色。（）答案（1）×（2）√（3）√（4）×（5）√（6）√（7）√（8）×（9）×答案直线形V形三角锥形正四面体形2.ClO－、ClO－2、ClO－3、ClO－4中，Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，则ClO－的立体构型是；ClO－2的立体构型是；ClO－3的立体构型是；ClO－4的立体构型是。答案[Ag（NH3）2]OH：Ag＋NH3NH3Ag＋Na3[AlF6]：Al3＋F－F－Al3＋3.完成下表：物质中心离子配体电子给予体电子接受体[Ag（NH3）2]OHNa3[AlF6]提示杂化轨道与参与杂化的原子轨道相比较，数目相同，但能量不同，电子云形状不同，电子云的伸展方向不同。探究一杂化轨道理论及分子立体构型与杂化轨道类型的关系【探究讨论】1.比较杂化轨道与参与杂化的原子轨道的异同点？提示杂化轨道只用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。π键是由未参与杂化的p轨道上的单电子形成的。如在碳原子的sp2杂化、sp杂化中分别有1个、2个未参与杂化的p电子，其电子云与杂化轨道的电子云相互垂直，因而从侧面发生“肩并肩”的重叠而形成π键，如C2H4中有1个π键，C2H2中有2个π键。2.杂化轨道的作用是什么，π键是怎么形成的？提示不一定。在分子中，同一种元素原子可以有多种不同的杂化轨道类型。如：。3.在同一分子中，同一种元素原子的杂化方式都相同吗？（1）只有能量相近的原子轨道才能杂化。（2）杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同。（3）杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。（4）杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同。（5）杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对。（6）未参与杂化的p轨道可用于形成π键。【点拨提升】1.杂化轨道理论要点方法1：根据价层电子对数判断杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数＝价层电子对数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数。根据杂化轨道数判断杂化类型，如下表所示：2.中心原子轨道杂化类型的判断ABn型分子中心原子结合的原子数中心原子孤电子对数中心原子价层电子对数杂化轨道类型示例AB2202spBeCl2、CO2213sp2SO2224sp3H2O、H2SAB3303sp2BF3、SO3、CH2O314sp3NH3、PCl3AB4404sp3CH4、CCl4方法2：根据共价键类型判断由于杂化轨道形成σ键或容纳孤电子对，未参与杂化的轨道可用于形成π键，故有如下规律：（1）中心原子形成1个三键，则其中有2个π键，是sp杂化，如CH≡CH。（2）中心原子形成2个双键，则其中有2个π键，是sp杂化，如O===C===O。（3）中心原子形成1个双键，则其中有1个π键，是sp2杂化，如：，CH2===CH2。（4）中心原子只形成单键，则按方法1判断。方法3：根据等电子体原理判断等电子体的结构相似、立体构型也相似，中心原子杂化类型相同。如：H2O和H2S，CO2、CS2和N2O，BF3、SO3、NO－3和CO2－3，CCl4、SO2－4和PO3－4，NF3、PCl3和SO2－3等。（1）当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的立体构型与杂化轨道的立体构型相同。sp杂化：直线形；sp2杂化：平面三角形；sp3杂化：正四面体形（或四面体形）。（2）当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用会使分子或离子的立体构型与杂化轨道的形状有所不同。3.分子的立体构型与杂化类型的关系ABn型分子中心原子杂化轨道类型中心原子孤电子对数立体构型实例AB2sp0直线形CO2、CS2、BeCl2、HCN、N2O等AB3sp20平面三角形BF3、BCl3、BBr3、SO3、CH2O、NO－3AB21V形SO2AB4sp30正四面体形CH4、SiF4、NH＋4、SO2－4、PO3－4、SiO4－4AB31三角锥形NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2（或B2A）2V形H2S、NH－2A.CO2与SO2B.CH4与NH3C.BeCl2与BF3D.C2H4与C2H2【典题例证1】下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是（）解析中心原子杂化轨道数＝中心原子价层电子对数＝12（中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数）实例价层电子对数杂化轨道类型BeCl2n＝12×（2＋2）＝2spBF3n＝12×（3＋3）＝3sp2CO2n＝12×（4＋0）＝2spSO2n＝12×（6＋0）＝3sp2CCl4n＝12×（4＋4）＝4sp3NH3n＝12×（5＋3）＝4sp3C2H2和C2H4中每个碳原子连接的原子个数分别为2、3个，每个C原子分别形成2个σ键、2个π键和3个σ键、1个π键，C原子杂化类型分别为sp杂化、sp2杂化。答案B【学以致用1】计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，判断中心原子的杂化轨道类型，写出VSEPR模型名称。（1）、、。（2）、、。（3）、、。（4）、、。（5）、、。答案（1）2sp直线形（2）4sp3正四面体形（3）4sp3四面体形（4）4sp3四面体形（5）3sp2平面三角形提示配位键不是一类单独的化学键，只是一种特殊的共价键。化学键只有离子键、共价键、金属键3种类型。探究二配位键与配位化合物【探究讨论】1.配位键是一类单独的化学键吗？提示不都有内界、外界之分。有些配合物不存在外界，如PtCl2(NH3)2、CoCl3(NH3)3等。另外，有些配合物是由中心原子与配体构成的，如Ni(CO)4、Fe(CO)5等。2.配合物都有内界、外界之分吗？【点拨提升】1.配位键（1）配位键实质是一种特殊的共价键，在配位键中原子一方提供孤电子对，另一方具有能接受孤电子对的空轨道。（2）配位键与普通共价键只是在形成过