2019-2020学年高中化学 第2章 第2节 第2课时 杂化轨道理论、配合物理论课件 新人教版选修

第二章分子结构与性质第二节分子的立体构型第2课时杂化轨道理论、配合物理论目标与素养：1.了解杂化轨道理论、杂化类型对立体构型的解释及判断。(微观探析与模型认知)2.了解配位键的特点及形成，了解配合物的理论及其成键特征。(微观探析与科学探究)自主预习探新知一、杂化轨道理论简介1．轨道的杂化在外界条件影响下，原子内部的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。能量相近2．杂化轨道理论解释CH4的正四面体结构C与H形成CH4时，碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道发生混杂，形成能量、成分相同的个sp3杂化轨道(其中每个杂化轨道中s成分占，p成分占)，相等41/43/4如图1所示；4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使4个杂化轨道指向空间距离最远的的4个顶点，碳原子以4个杂化轨道分别与4个氢原子的轨道重叠，形成4个C—H键，从而形成CH4分子。由于4个C—H键完全相同，所以形成的CH4分子为形，键角是，如图2所示。图1CH4分子中碳原子的杂化图2正四面体sp31sσ正四面体109°28′3．杂化轨道类型与VSEPR模型的关系杂化类型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杂化轨道间的夹角_________________________________VSEPR模型_________________________________111213234180°120°109°28′直线形平面三角形四面体形4.杂化轨道与共价键类型的关系杂化轨道只能用于形成键或用来容纳未参与成键的，不能形成键；未参与杂化的p轨道可用于形成键。σ孤电子对ππH2O分子中心原子是什么类型杂化？杂化轨道的作用是什么？[答案]sp3杂化，sp3杂化轨道形成2个σ键，两个sp3杂化轨道分别容纳一对孤电子对。二、配合物理论简介1．配位键(1)配位键是一类“”，是特殊的共价键。(2)表示方法：配位键可以用A→B来表示，其中A孤电子对，B孤电子对。如：电子对给予­接受键提供接受2．配位化合物(1)定义：通常把金属离子(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。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，形成溶液，滴加乙醇后析出，，蓝色沉淀深蓝色深蓝色晶体Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－[Cu(NH3)4]2＋＋SO2－4＋H2O=====乙醇[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓溶液颜色，(3)其他配离子[Ag(NH3)2]＋，[Zn(NH3)4]2＋等。变红Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)31．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(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)杂化轨道可用于形成σ键和π键()(3)含有配位键的化合物一定是配位化合物()(4)在[Cu(NH3)4]2＋中NH3为配体，N为配位原子()[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[答案]D3．下列分子或离子的中心原子轨道杂化类型是什么？(1)CO2________；(2)H2S________；(3)SO2________；(4)CO2－3________；(5)NH＋4________。[答案](1)sp(2)sp3(3)sp2(4)sp2(5)sp3核心突破攻重难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。1．杂化轨道的4点认识(1)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(ns，np)发生杂化，双原子分子中不存在杂化过程。杂化轨道类型判断(2)杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等。(3)杂化过程中，轨道的形状发生变化，但杂化轨道的形状相同，能量相等。(4)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，且杂化轨道之间要满足最小排斥原理。2．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CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp3(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VSEPR模型判断：直线形为sp杂化，平面三角形为sp2杂化，四面体为sp3杂化。(4)根据杂化轨道之间的夹角判断sp3：109°28′，sp2：120°，sp：180°。1．有关杂化轨道的说法不正确的是()A．杂化前后的轨道数目不变，但轨道的形状发生了改变B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°C．四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用杂化轨道理论解释D．杂化轨道全部参与形成化学键[答案]D2．下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是()①BF3②CH2===CH2③④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③B．①⑤⑥C．②③④D．③⑤⑥A[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。]3．写出下列物质的杂化类型与粒子空间构型：(1)CS2____________________；(2)H3O＋___________________；(3)NO－3____________________；(4)SO2－4____________________。[答案](1)sp，直线形(2)sp3，三角锥形(3)sp2，平面三角形(4)sp3，正四面体形(1)sp杂化和sp2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′。1.配位键：电子对给予­接受键，可用A→B表示，A为配体中配位原子，B为接受电子对的中心原子或离子。2．配合物(1)配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图表示。配位键与配合物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－、PO3－4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＋，则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]＋。4．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是()A．X、Y只能均是分子B．X、Y只能均是离子C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y[答案]C5．Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物：P：[Co(NH3)5Br]SO4，Q：[Co(SO4)(NH3)5]Br。向P、Q的溶液中分别加入BaCl2溶液后，下列有关说法错误的是()A．Q溶液中会产生白色沉淀B．P溶液中会产生白色沉淀C．Q中SO2－4是配体D．P、Q的配位数均是6A[由P、Q的化学式知P的外界是SO2－4，Q的外界是Br－，在溶液中前者能电离出大量的SO2－4而后者不能，故Q溶液中不能产生白色沉淀。]6．(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AlF3－6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)。[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AlF3－6，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＋＋AlF3－6(3)O当堂达标提素养1．能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为()[答案]D2．下图是乙烯分子的模型，对乙烯分子中的化学键分析正确的是()A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键C．C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键D．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键A[乙烯分子中存在4个C—H键和1个C===C键，C原子上孤电子对数为0，σ键电子对数为3，则C原子采取sp2杂化，C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，还有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键。]3．下列不能形成配位键的组合是()A．Ag＋NH3B．H2OH＋C．Co3＋COD．Ag＋H＋[答案]D4．用过量的AgNO3溶液处理含0.01mol氯化铬(CrCl3·6H2O)的水溶液，生成0.02mol的AgCl沉淀，此氯化铬最可能是()A．[Cr(H2O)6]Cl3B．[CrCl(H2O)5]Cl2·H2OC．[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2OD．[CrCl3(H2O)3]·3H2OB[与Ag＋反应生成AgCl沉淀的Cl－是由配合物在水溶液中电离出来的，因此在该配合物中1个Cl－在内界，2个Cl－在外界。]甲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：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[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。[答案](1)sp2杂化甲醛分子