化学选修3第二章第二节第2课时

第2课时 杂化轨道理论 配合物理论[知 识 梳 理]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【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，n s轨道与n 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.用杂化轨道理论解释NH3、H2O的立体构型？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个杂化轨道中是孤对电子，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个杂化轨道是孤对电子，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。

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？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。

二、配合物理论简介1.配位键（1）概念：共用电子对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”，是一类特殊的共价键。

（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孤电子对给予铜离子，铜离子接受水分子的孤电子对形成的。

（3）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，叫做配体；B是接受电子对的原子。

例如：①NH＋4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。

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）写出生成下列配合物的反应方程式：[Cu（H2O）4]Cl2：CuCl2＋4H2O===[Cu（H2O）4]Cl2；Fe（SCN）3：Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3。

（3）配合物的稳定性配位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的很不稳定。

许多过渡金属离子对多种配体具有很强的结合力，因而过渡金属配合物远比主族金属配合物多。

【自主思考】1.配位键与一般共价键有何区别与联系？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。

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.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。

（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。

（）（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）×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。

答案直线形V形三角锥形正四面体形3.完成下表：答案[Ag（NH3）2]OH：Ag＋NH3NH3Ag＋Na3[AlF6]：Al3＋F－F－Al3＋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。

2.杂化轨道的作用是什么，π键是怎么形成的？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sp 2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C 2H 4中有1个π键，C 2H 2中有2个π键。

3.在同一分子中，同一种原子的杂化方式都相同吗？提示不一定。

在分子中，同一种原子可以有多种不同的杂化轨道类型。

如：。

【点拨提升】 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。

根据杂化轨道数判断杂化类型，如下表所示：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。

3.分子的立体构型与杂化类型的关系（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。

【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（）A.CO2与SO2B.CH4与NH3C.BeCl2与BF3D.C2H4与C2H2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）C2H2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。

2.配合物都有内界、外界之分吗？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。

【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程上有所不同。

配位键的共用电子对由成键原子单方面提供，普通共价键的共用电子对则由成键原子双方共同提供，但实质是相同的，都是成键原子双方共用，如NH＋4中4个N—H键完全等同。

2.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。