2019-2020学年高中化学 第二章 分子结构与性质 第二节 第2课时 杂化轨道理论与配合物理论课

第2课时杂化轨道理论与配合物理论课程目标素养目标1.知道杂化轨道理论的基本内容。2．能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的立体构型。3．了解配位键的特点及配合物理论，会分析简单配合物的成键情况。1.宏观辨识与微观探析：通过对杂化轨道理论的学习，从微观的角度理解分子的空间构型，形成“结构决定性质”的观念。2．科学探究与创新意识：依据对配合物的形成这一实验，确定探究目的后能设计并优化实验方案，进行实验探究，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。01基础自主落实02要点系统认知03检测课堂达标04演练效果检测一、杂化轨道理论简介1．轨道的杂化与杂化轨道2．杂化轨道类型杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目个s轨道个p轨道个s轨道个p轨道个s轨道个p轨道杂化轨道的数目1112132343.杂化轨道类型与分子立体构型的关系杂化类型spsp2sp3杂化轨道间的夹角立体构型名称实例4.杂化轨道与σ键、π键的关系杂化轨道只能用于形成σ键或者容纳，不能形成π键；未参与杂化的p轨道可用于形成π键。180°120°109°28′直线形平面三角形正四面体形CO2、C2H2BF3、HCHOCH4、CCl4孤电子对[微思考]任意不同的轨道都可以杂化吗？[提示]原子轨道只有在形成分子的过程中才能杂化，孤立的原子不会发生杂化；另外，不是任意的不同轨道都能杂化，只有能量相近的轨道才能杂化。三、配合物理论简介1．配位键(1)概念：由一个原子单方面提供，而另一个原子提供而形成的共价键，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是提供的原子，叫作给予体；B是接受的原子，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)以结合形成的化合物，简称配合物。孤电子对空轨道孤电子对孤电子对配位键(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，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－[Cu(NH3)4]2＋＋SO2－4＋H2O=====乙醇[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓蓝色沉淀深蓝色晶体Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4实验操作实验现象有关离子方程式溶液颜色Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3变红■多维思考·自主预习1．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是()A．sp杂化轨道的夹角最大B．sp2杂化轨道的夹角最大C．sp3杂化轨道的夹角最大D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等答案：A2．下列分子中的中心原子采取sp3杂化的是()A．CO2B．H2OC．SO2D．BF3答案：B3．既有离子键又有共价键和配位键的化合物是()A．NH4NO3B．NaOHC．H2SO4D．H2O答案：A4．(1)表示出NH＋4中的配位键________。(2)①[Cu(NH3)4]SO4·H2O②[Ag(NH3)2]OH③KAl(SO4)2·12H2O④Na[Al(OH)4]其中属于配合物的是________。答案：(1)(2)①②④要点一杂化轨道类型与分子立体构型1．原子轨道的杂化过程如碳原子的sp3杂化过程为：2．杂化轨道类型的判断因为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＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。例如：代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp33.分子的构型与杂化类型的关系(1)杂化轨道全部用于形成σ键杂化类型spsp2sp3轨道组成一个ns和一个np一个ns和两个np一个ns和三个np轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图杂化类型spsp2sp3实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子构型直线形平面三角形正四面体形(2)杂化轨道中有未参与成键的孤电子对由于孤电子对占据部分杂化轨道，会使分子的构型与杂化轨道的构型不同，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形，而呈V形，氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个是由孤电子对占据的，氨分子不呈正四面体，而呈三角锥形。[典例1]下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A．CO2与SO2B．CH4与NH3C．BeCl2与BF3D．C2H4与C2H2[解析]CO2中心原子采取sp杂化，SO2中心原子采取sp2杂化，二者不相同，故A项不正确。CH4中心原子采取sp3杂化，NH3中心原子采取sp3杂化，二者相同，故B项正确。BeCl2中心原子采取sp杂化，BF3中心原子采取sp2杂化，故C项不正确。C2H4中心原子采取sp2杂化，C2H2中心原子采取sp杂化，二者不相同，故D项不正确。[答案]B[拓展探究](1)A、B、C三个选项中各分子的立体构型是怎样的？(2)D选项中分子中σ键与π键的比例分别为多少？提示：(1)CO2：直线形，SO2：V形，CH4：正四面体形，NH3：三角锥形，BeCl2：直线形，BF3：平面三角形。(2)C2H4的结构简式为因此分子中含有5个σ键，有1个π键，二者之比为5∶1；C2H2的结构简式为H—C≡C—H，因此分子中含有3个σ键，有2个π键，二者之比为3∶2。[题组训练]1．下列分子中，中心原子杂化轨道类型相同，分子的立体构型也相同的是()A．BeCl2、CO2B．H2O、SO2C．SO2、CH4D．NF3、CH2O解析：根据价层电子对互斥理论可知，水中氧原子含有的孤电子对数为(6－2×1)÷2＝2，采取sp3杂化方式，水是V形结构，SO2中硫原子含有的孤电子对数为(6－2×2)÷2＝1，采取sp2杂化方式，SO2是V形结构，B错误；同样分析氯化铍中铍原子是sp杂化，是直线形结构，CO2是直线形结构，碳原子是sp杂化，A正确；SO2是V形结构，CH4中碳原子采取sp3杂化方式，是正四面体形结构，C错误；NF3中氮原子采取sp3杂化方式，是三角锥形结构，CH2O中碳原子采取sp2杂化方式，是平面三角形结构，D错误。答案：A2．下列说法正确的是()A．PCl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果B．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C．中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V形D．AB3型的分子立体构型必为平面三角形解析：PCl3分子中心磷原子上的价电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋5－3×12＝4，因此PCl3分子中磷原子以sp3杂化，故选项A错误；sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，故选项B错误；一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的立体构型为四面体形，如甲烷分子，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则构型发生变化，如NH3、PCl3分子是三角锥形，H2O分子是V形，故选项D错误，C正确。答案：C3．下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是()①BF3②CH2CH2③④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③B．①⑤⑥C．②③④D．③⑤⑥解析：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原子以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。答案：A要点二配位键与配位化合物1．配位键与非极性键、极性键的区别与联系共价键类型比较非极性键极性键配位键本质相邻原子间的共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用成键条件(元素种类)成键原子得失电子能力相同(同种非金属元素)成键原子得失电子能力差别较小(不同非金属元素)成键原子一方有孤电子对(配体)，另一方有空轨道(中心离子或原子)特征有方向性和饱和性2.配位化合物(1)配合物的组成一般中心原子(或离子)配位数是2、4、6。(2)形成配合物的条件①配体有孤电子对。②中心原子(或离子)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)配合物形成时的性质改变。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]＋。[典例2]过渡金属在生产生活中的应用十分广泛。Ⅰ.Cu可形成多种配合物，根据下列信息回答问题：(1)向盛有硫酸铜水溶液的试管里逐滴加入氨水，首先出现蓝色沉淀，继续滴加氨水，蓝色沉淀溶解，得到深蓝色的透明溶液，请写出先后发生反应的离子方程式____________；____________。深蓝色溶液中配离子的立体构型为________。(2)再向深蓝色透明溶液中加入乙醇，析出深蓝色的晶体。深蓝色晶体的化学式为________。(3)根据以上实验过程，判断NH3和H2O与Cu2＋的配位能力：NH3________H2O(填“”“＝”或“”)。Ⅱ.Ni(CO)6为正八面体结构，其中的镍原子位于正八面体的中心，配位体CO分子则在正八面体的六个顶点上。(4)若把其中两个CO配位体换成NH3得到新的配合物，则以下物质中互为同分异构体的是________。(填字母编号，任填一组。图中黑点为NH3，圆圈为CO，Ni略去)[解析](1)向盛有硫酸铜水溶液的试管里逐滴加入氨水，首先出现蓝色沉淀，该蓝色沉淀是氢氧化铜，发生反应的离子方程式为Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4；后加入氨水，沉淀溶解，生成四氨合铜络离子，离子方程式为Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O；深蓝色溶液中配离子是[Cu(NH3)4]2＋，立体构型为平面四边形。(2)再向深蓝色透明溶液中加入乙醇，析出深蓝色的晶体，该深蓝色晶体是[Cu(NH3)4]SO4·H2O。(3)根据以上实验过程，说明氨气比水更易与Cu2＋结合形成配离子，所以配位能力NH3H2O。(4)由结构图可知，A与E是同种结构，B与C、D是一种结构，所以A(或E)与B、C、D中的任意一种互为同分异构体。[答案](1)Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O平面四边形(2)[Cu(NH3)4]SO4·H2O(3)＞(4)A(或E)与B、C、D的任意组合[题组训练]1．下列说法错误的是()A．形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤电子对B．配位键是一种特殊的共价键C．配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子D．共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子解析：配位键是一方提供孤电子对，一方提供空轨道形成的一种特殊共价键，配体可以是分子、原子，也可以是阴离子。答案：D2．关于[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O的说法正确的是()A．配体为H2O，外界为Br－B．中心离子的配位数为6C．中心离子Cr3＋提供孤电子对D．中心离子的化合价为＋2解析：[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O中内界为[Cr(H2O)4Br2]＋，Cr3＋为中心离子，配体为H2O、Br－，配位数为6，外界为Br－，Cr3＋提供空轨道。答案：B[系统归纳][课堂达标]1．下列说法正确的是()A．CHCl3是正四面体形B．H2O分子中氧原子为sp2杂化，其分子几何构型为V形C．二氧化碳中碳原子为sp杂化，为直线形分子D．NH＋4中氮原子为sp3杂化，是三角锥形解析：A.CHCl3分子的4个共价键不完全相同，所以不是正四面体形，错误。B.H2O分子中O原子的价层电子对数为4，sp3杂化，含有2个孤电子对，分