第2课时 杂化轨道理论简介 配合物理论简介

第2课时 杂化轨道理论简介 配合物理论简介

1．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，并能根据杂化轨道理论判断简单分子或者离子的构型。 2.能正确叙述配位键的概念及其形成条件，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)n](3－n)＋、[Ag(NH3)2]＋等的颜色及性质。

杂化轨道理论简介

1．轨道的杂化与杂化轨道

(1)概念

①轨道的杂化：原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成与原轨道数相等的一组新轨道的过程。

②杂化轨道：杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道。

(2)杂化轨道类型

杂化类型 sp sp2 sp3

参与杂化的原子轨

道及数目 1个s轨道和

1个p轨道 1个s轨道和

2个p轨道 1个s轨道和

3个p轨道

杂化轨道的数目 2 3 4

(3)杂化轨道的四点理解

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。

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．杂化轨道类型与分子立体构型的关系

杂化类型 sp sp2 sp3

杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28′

分子立体构型名称 直线形 平面三角形 正四面体形 实例

CO2、C2H2 BF3、HCHO CH4、CCl4

当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。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构型，而呈V形，氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥形。

3．杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型

下面为几种常见分子的杂化类型、VSEPR模型与分子构型的对应关系。

CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O

价层电子对数 2 3 4 3 4 4

杂化轨道数 2 3 4 3 4 4

杂化类型 sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3

杂化轨道立体构型 直线形 平面三角形 正四面体形 平面三角形 四面体形 四面体形

VSEPR模型 直线形 平面三角形 正四面体形 平面三角形 四面体形 四面体形

分子构型 直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 V形

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。

语句描述 正误 阐释错因或列举反例

(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同

(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同

(3)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体形

(4)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键

答案：(1)√

(2)√

(3)× 不一定，如CH3Cl，碳原子采取sp3杂化，但立体构型不是正四面体形 (4)× 不一定，如BF3分子中，B原子采取sp2杂化

2．已知：NCl3分子的立体构型为三角锥形，则氮原子的杂化方式是什么？

答案：sp3。

3．已知：C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是什么？

答案：sp2。

题组一 杂化轨道类型及概念判断

1．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

解析：选D。np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化，即一个s轨道和一个p轨道杂化；②sp2杂化，即一个s轨道和两个p轨道杂化；③sp3杂化，即一个s轨道和三个p轨道杂化。

2．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出的结论正确的是( )

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

解析：选A。sp、sp2、sp3杂化轨道的夹角分别为180°、120°、109°28′。

3．(2020·芜湖高二期中)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形分子的结构都可以用sp3杂化轨道解释

D．杂化轨道全部参与形成化学键

解析：选D。杂化轨道用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。

题组二 杂化轨道与分子构型

4．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )

①BF3 ②CH2===CH2 ③ ④CH≡CH

⑤NH3 ⑥CH4

A．①②③ B．①⑤⑥

C．②③④ D．③⑤⑥ 解析：选A。sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。

5．(1)(2019·高考全国卷Ⅰ)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是________、________。

(2)(2018·高考全国卷Ⅰ)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子立体构型是__________、中心原子的杂化形式为________。

(3)(2018·高考全国卷Ⅲ)《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子立体构型为__________，C原子的杂化形式为________。

解析：(1)乙二胺分子中，1个N原子形成3个单键，还有一对孤电子对，故N原子价层电子对数为4，N原子采取sp3杂化；1个C原子形成4个单键，没有孤电子对，价层电子对数为4，采取sp3杂化。(2)[AlH4]－中Al采用sp3杂化，呈正四面体结构。(3)CO2－3中碳原子的价层电子对数为3，中心碳原子采取sp2杂化，故CO2－3的立体构型为平面三角形。

答案：(1)sp3 sp3 (2)正四面体 sp3 (3)平面三角形 sp2

判断中心原子杂化轨道类型的三方法

(1)根据杂化轨道数目判断

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，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。

杂化轨道数目 2 3 4

杂化类型 sp sp2 sp3

(2)根据杂化轨道的空间分布判断

①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。

②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。

③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。 (3)根据杂化轨道之间的夹角判断

①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化。

②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化。

③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp变化。

配合物理论简介

1．配位键

(1)概念：由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道接受孤电子对形成的共价键，即“电子对给予-接受键”，是一类特殊的共价键。

(2)表示方法：配位键可以用A→B来表示，其中A是提供孤电子对的原子，B是接受孤电子对的原子。

例如： H2O ↓H2O→Cu←OH2 ↑H2O2＋

2.配位化合物

(1)概念：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)形成条件：①配体有孤电子对；②中心原子有空轨道。

(3)配合物的组成

一般中心原子(或离子)的配位数为2、4、6。

(4)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，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4，

Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－， 乙醇后析出深蓝色晶体 [Cu(NH3)4]2＋＋SO2－4＋H2O===[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓

溶液颜色变成血红色 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3

3.配合物的形成对物质性质的影响

(1)溶解性的影响：一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶于含过量Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。

如银氨溶液的制备原理：

Ag＋＋NH3·H2O===AgOH↓＋NH＋4，AgOH＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]＋＋OH－＋2H2O；

AgCl溶于氨水：

AgCl＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]Cl＋2H2O。

(2)颜色的改变：当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。如Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应的离子方程式如下：

Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n](3－n)＋(n＝1～6)。

(3)稳定性增强：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。如血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，使血红蛋白失去输送O2的功能，从而导致人体CO中毒。

正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。

语句描述 正误 阐释错因或列举反例

(1)形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对

(2)配位键是一种特殊的共价键

(3)配位化合物中的配体可以是分子，也可以是阴离子

(4)共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子

答案：(1)√

(2)√