第2课时 杂化轨道理论简介
配合物理论简介
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
)
1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH 4分子时,碳原子的一个2s 轨道和三个2p 轨道发生混杂,形成四个能量相等的sp 3杂化轨道。四个sp 3杂化轨道分别与四个H 原子的1s 轨道重叠成键形成CH 4分子,所以四个C —H 键是等同的。
可表示为
2.杂化轨道的类型与分子立体构型的关系
[思考探究]
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:
问题思考:
(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。
(4)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?
【提示】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。
[认知升华]
1.杂化轨道理论要点
(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。
2.中心原子轨道杂化类型的判断
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。
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:HCOH,CH2CH2。
(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。
[题组·冲关]
题组1杂化轨道类型及其判断
1.下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是()
①C6H6②C2H2③C2H4④C3H8⑤CO2
⑥BeCl2⑦SO3⑧BF3
A.①②⑥⑦B.③⑤⑦⑧
C.①③⑦⑧D.③⑤⑥⑦
【解析】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。
【答案】 C
2.在BrCH=CHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是()
【导学号:90990044】A.sp-p B.sp2-s
C.sp2-p D.sp3-p
【解析】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。
【答案】 C
3.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NH3
C.BeCl2与BF3 D.C2H4与C2H2
【解析】中心原子的杂化情况为:A选项CO2为sp杂化,SO2为sp2杂化,不合题意;B选项中CH4为sp3杂化,NH3也为sp3杂化,符合题意;C选项中BeCl2为sp杂化,BF3为sp2杂化,不合题意;D选项中C2H4为sp2杂化,C2H2为sp杂化,不合题意。
【答案】 B
题组2杂化轨道类型与分子构型
4.甲烷分子(CH4)失去一个H+,形成甲基阴离子(CH-3),在这个过程中,下列描述不合理的是()
A.碳原子的杂化类型发生了改变
B.微粒的形状发生了改变
C.微粒的稳定性发生了改变
D.微粒中的键角发生了改变
【解析】CH4为正四面体结构,而CH-3为三角锥形结构,形状、键角、稳定性均发生改变,但杂化类型不变,仍是sp3杂化。
【答案】 A
5.下列说法中正确的是() 【导学号:90990045】A.NCl3分子呈三角锥形,这是氮原子采取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】NCl3分子中心氮原子上的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子
对数=3+5-3×1
2=4,因此NCl3分子中氮原子以sp
3杂化,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“混杂”起来,形成能量相等、成分相同的4个轨道,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,选项D错误,选
项C正确。
【答案】 C
6.根据杂化轨道理论可以判断分子的立体构型,试根据相关知识填空:
(1)AsCl3分子的立体构型为________,其中As的杂化轨道类型为________。
(2)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是________。
(3)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为________。
【解析】(1)AsCl3中As元素价电子对数为4,As的杂化方式为sp3杂化,AsCl3分子的立体构型为三角锥形。(2)CS2的结构式为S===C===S,C原子形成2个双键,无孤电子对,所以为sp杂化。(3)CH3COOH的结构式为
,分子中甲基上的碳原子采用sp3杂化,羧基中碳原子采用sp2杂化。
【答案】(1)三角锥形sp3(2)sp(3)sp3、sp2
[基础·初探]
1.“电子对给予-接受键”被称为配位键。一方提供孤电子对,一方有空轨道接受孤电子对。通常把金属离子(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.Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH+4;
Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH-
在[Cu(NH3)4]2+中Cu2+称为中心离子,NH3称为配体,4称为配位数。颜色是深蓝色;[Fe(SCN)]2+的颜色是血红色。
[探究·升华]
[思考探究]