杂化轨道理论、配合物理论

第2课时杂化轨道理论、配合物理论探究1杂化轨道理论研读教材·自主认知1.杂化轨道理论:相近相等相同等于形状方向增强2.杂化轨道类型及空间构型:杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目_______________________________________杂化轨道的数目______杂化轨道的夹角______________________杂化轨道的空间构型_____________________________杂化轨道示意图1个ns和1个np1个ns和2个np1个ns和3个np234180°120°109°28′直线形平面三角形正四面体形杂化类型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3.杂化轨道与共价键的类型。杂化轨道只能形成___键或_____________________________,不能形成___键;未参与杂化的p轨道可用于形成___键。σ用来容纳未参与成键的孤电子对ππ合作探究·核心归纳仔细观察上面关于碳原子的三种杂化轨道图示,回答下列问题:1.2s轨道与3p轨道能否形成杂化轨道?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不在同一能级组,能量相差较大。2.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。3.用杂化轨道理论探究CH4的中心原子的杂化类型。提示:在形成CH4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sp3杂化轨道。四个sp3杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道重叠成键形成甲烷分子,所以四个C—H键是等同的。可表示为4.用杂化轨道理论探究NH3呈三角锥形的原因。提示:NH3分子中的氮原子价电子排布图为,1个2s轨道与3个2p轨道杂化后,形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中是单电子,分别与3个氢原子形成σ键,1个杂化轨道中是成对电子,不形成共价键。sp3杂化轨道应为正四面体构型,但由于孤电子对不形成化学键,故NH3分子为三角锥形。5.CO2和SO2都是三原子分子,为什么它们的立体构型不同?试用杂化轨道理论解释。提示:①CO2分子中的中心原子碳原子采用的是sp杂化,2个杂化轨道以碳原子为中点,呈直线形分布,分别与2个氧原子的2p轨道形成σ键,键角为180°,分子呈直线形;②SO2分子中的中心原子硫原子采用的是sp2杂化,3个杂化轨道以硫原子为中心,呈平面三角形分布,其中1个轨道中是孤电子对,另2个轨道中的未成对电子,分别与2个氧原子的2p轨道形成σ键,分子呈V形,由于孤电子对的排斥作用,使键角小于120°。6.为什么CH4、NH3、H2O的中心原子均为sp3杂化,但键角却分别为109°28′、107°、105°?提示:因为CH4分子的中心原子碳原子上无孤电子对,4个σ键伸向正四面体的4个顶点,键角为109°28′,NH3分子中氮原子上有一对孤电子对,孤电子对对另外三个σ键产生排斥作用,使三个σ键的键角变小,同理,H2O分子中的氧原子上有2对孤电子对,对σ键排斥力更大,故键角更小。【归纳总结】杂化类型的判断方法由于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=4sp3过关小练·即时应用1.(2015·银川高二检测)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.是三角锥形4NH＋【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)分子结构与杂化类型的联系。(2)杂化类型中的特殊性:是否含有孤电子对。【解析】选C。根据价层电子对互斥理论可知A项CHCl3是四面体形,B项H2O分子中氧原子为sp3杂化,其分子几何构型为V形。C项二氧化碳中碳原子为sp杂化,为直线形分子,正确。D项是正四面体形。4NH＋2.如下图所示是甲醛分子模型的示意图。根据该图和所学的化学键知识回答下列问题:(1)甲醛分子中碳原子轨道杂化的方式是,做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(用序号填空)。①单键②双键③极性键④非极性键⑤σ键⑥π键⑦σ键和π键(3)甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角(填“=”“”或“”)120°,出现该现象的主要原因是。【解题指南】解答本题时应注意以下3点:(1)学会从甲醛的分子结构模型判断中心原子的杂化类型;(2)清楚共价键的分类标准和类型;(3)掌握价层电子对互斥理论对分子构型的判断。【解析】本题考查的是杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子的立体构型与成键的类型、键参数等知识的综合运用。(1)原子杂化轨道的类型不同,分子的空间构型也不同。由题图可知,甲醛分子的空间构型为平面三角形,所以甲醛分子中的碳原子的杂化方式是sp2杂化。(2)碳与氧的电负性不同,所以碳氧键是极性键。醛的分子中都含有羰基(CO),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。＝(3)由于碳氧双键中存在π键,它对C—H键电子对的排斥作用较强,所以甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角小于120°。答案:(1)sp2杂化甲醛分子的空间构型为平面三角形(2)②③⑦(3)碳氧双键中存在π键,它对C—H键电子对的排斥作用较强【方法规律】判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法(1)根据杂化轨道的空间分布构型判断。①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形,则分子的中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子的中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子的中心原子发生sp杂化。(2)根据杂化轨道之间的夹角判断。若杂化轨道之间的夹角为109°28′,则分子的中心原子发生sp3杂化;若杂化轨道之间的夹角为120°,则分子的中心原子发生sp2杂化;若杂化轨道之间的夹角为180°,则分子的中心原子发生sp杂化。【补偿训练】(2015·石家庄高二检测)在乙烯分子中有5个σ键和1个π键,它们分别是()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σ键,C—C之间是未杂化的2p轨道形成π键D.C—C之间是sp2杂化轨道形成σ键,C—H之间是未杂化的2p轨道形成π键【解析】选A。在乙烯分子中,每个碳原子的2s轨道与两个2p轨道杂化形成3个sp2杂化轨道,其中两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的1s轨道“头碰头”重叠形成C—Hσ键,另1个sp2杂化轨道形成C—Cσ键。两个碳原子未杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成1个π键。探究2配合物理论研读教材·自主认知1.配位键:(1)含义:成键的两个原子,一方提供_________,另一方提供_______,形成共价键,这类共价键称为配位键。即“电子对__________键”,是一类特殊的共价键。孤电子对空轨道给予-接受(2)形成条件。①一个成键原子中含有_________。②另一个成键原子或离子有_______。孤电子对空轨道(3)表示方法。配位键可以用A→B来表示,其中A是提供孤电子对的粒子,叫作给予体(也称配位原子);B具有空轨道,是接受电子的粒子,叫作接受体。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_______结合形成的化合物,简称配合物。配位键(2)配合物形成举例。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_____,滴加乙醇后析出___________________________________________________________________________溶液颜色_____Fe3++3SCN-====Fe(SCN)34NH蓝色沉淀溶解深蓝色晶体Cu2++2NH3·H2O====Cu(OH)2↓+2、Cu(OH)2+4NH3====[Cu(NH3)4]2++2OH-变红合作探究·核心归纳1.配位键与共价键有何异同?提示:配位键的性质和共价键相同,只是成键方式不同;配位键是一种特殊的共价键。2.已知配合物的品种超过数百万,是一个庞大的化合物家族。它们的共同特点是什么?提示:是由提供孤电子对的给予体与接受孤电子对的中心原子(接受体)以配位键结合而形成的化合物。3.在四水合铜离子中,铜离子与水分子之间的化学键是如何形成的?该化学键如何表示?提示: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,该离子可表示为。4.把CuSO4、CuCl2·2H2O、CuBr2、NaCl、K2SO4、KBr溶于水后,观察现象并思考:哪些现象能够说明溶液的颜色是水合铜离子的颜色?提示:前三种物质的溶液呈蓝色,而后三种物质的水溶液均为无色,这说明溶液的蓝色是铜盐特有的,而硫酸铜呈白色,这说明溶液的蓝色不是由铜离子引起的,而是由铜离子和水生成的新物质引起的。5.实验室配制银氨溶液时,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?提示:因为氨水呈弱碱性,滴入AgNO3溶液中,会形成AgOH白色沉淀,当氨水过量时,NH3分子与Ag+形成[Ag(NH3)2]+配离子,配离子很稳定,会使AgOH逐渐溶解,反应过程如下Ag++NH3·H2O====AgOH↓+,AgOH+2NH3====[Ag(NH3)2]++OH-4NH＋【归纳总结】配位键对分子构型的影响配位键的形成对分子构型的影响:若分子中含有孤电子对,则容易与含有空轨道的原子或离子形成配位键,随着配位键的形成,相应的分子空间构型也发生变化。(1)由于中心原子(ABn型分子)上的孤电子对也占据原子周围的空间,并参与相互排斥,这就使得价层电子对(包括σ键电子对和孤电子对)的空间构型与分子(原子的空间排布)的空间构型不同,但是判断分子的空间构型必须根据价层电子对的空间构型,如在H2O分子中有两个σ键和2对孤电子对,由于排斥作用使这四对价层电子对呈四面体形排布,因此水分子中两个H与O的空间结构为“V”形,即水分子的空间结构为“V”形。(2)当孤电子对形成配位键时,价层电子对的空间构型没变化,但由于原子数增多,故分子(或离子)的结构也相应的变化。如H3O+中由于多一个H+,使H3O+的空间构型呈三角锥形而与H2O的构型不同。过关小练·即时应用1.下列各种说法中错误的是()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【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)配位键的性质;(2)配位键的形成条件。【解析】选D。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,也可以是阴离子。2.向盛有硫酸铜水溶液的试管里滴加氨水,首先形成难溶物,继续滴加氨水,难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液,下列对此现象说法正确的是()A.反应后溶液中不存在任何沉淀,所以反应前后Cu2+的浓度不变B.沉淀溶解后,生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2+C.向反应后的溶液中加入乙醇,溶液将不会发生变化,因为[Cu(NH3)4]2+不会与乙醇发生反应D.在[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+给出孤电子对,NH3提供空轨道【解析】选B。CuSO4溶液中加入过量氨水发生的变化:CuSO4+2NH3·H2O====Cu(OH)2↓+(NH4)2SO4;Cu(OH)2