人教版高中化学选修3课件-杂化轨道理论和配合物简介

【提示】 形成配合物后，物质的性质会发生一定的变化， 主要有三个方面的影响：(1)一些难溶于水的金属化合物形成配合 物后，易溶解；(2)当简单离子形成配合物时颜色可能发生改变， 利用此性质可检验离子的存在；(3)形成配合物后，稳定性增强。
(1)不是所有的配合物都具有颜色。如[Ag(NH3)2]OH 溶液无 色，而 Fe(SCN)3 溶液呈红色。(2)过渡金属原子或离子都有接受 孤电子对的空轨道，对多种配体具有较强的结合力，因而过渡 金属配合物远比主族金属配合物多。
1.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？
下列分子的空间构型可用 sp2 杂化轨道来解释的是( A )
①BF3 ②CH2==ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱCH2 ③
④CH≡CH ⑤NH3
⑥CH4
A．①②③
B．①⑤⑥
C．②③④
D．③⑤⑥
解析：①BF3 是平面三角形分子，且 B—F 键夹角为 120°； ②CH2===CH2 是平面形分子，其中碳原子以 sp2 杂化，未杂化的
代表物 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O
杂化轨道数 0＋2＝2 0＋3＝3 0＋4＝4 1＋2＝3 1＋3＝4 2＋2＝4
杂化轨道类型
sp sp2 sp3 sp2 sp3 sp3
2.共价键全部为 σ 键的分子构型与杂化类型
3.含 σ 键和 π 键的分子构型和杂化类型
4.s－p 杂化轨道和简单分子几何构型的关系
(2)在 HCHO 分子的形成过程中，中心 C 原子的 1 个 2s 电 子激发到 2p 空轨道，其中含 1 个未成对电子的 2s 轨道与 2 个 2p 轨道进行 sp2 杂化，形成 3 个完全等同的 sp2 杂化轨道。然后， 中心 C 原子以夹角均为 120°的 2 个完全等同的 sp2 杂化轨道，分 别与 2 个 H 原子的 1s 轨道重叠，形成 2 个 sp2-s 型的 σ 键；C 原 子的另一个 sp2 杂化轨道与 O 原子的 2p 轨道“头碰头”重叠形 成 1 个 sp2-p 型的 σ 键，然后再用未参与杂化的一个 2p 与 O 原 子的一个 2p 肩并肩形成 π 键，从而形成 HCHO 分子。
第二章
分子结构与性质
第二节 分子的立体构型
第二课时 杂化轨道理论和配合物简介
[学习目标] 1.了解杂化轨道理论的内容。 2．能根据理论判断简单分子或离子的立体构型。 3．通过实验探究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，培养学生实验探究问题的能力。
01课前自主学习 03随堂基础巩固
。
②[Ag(NH3)2]OH(银氨溶液)可用于检验
醛基 的存
在。
③在生命科学中的应用
生命体中存在着许多金属配合物，如叶绿素、血红素和维
生素 B12 都是配合物。其中心离子分别是镁离子、亚铁离子和钴 离子。
④判断离子共存 由于配位离子很难电离，所以形成配位键的两种离子一般 不能大量共存。例如，Fe3＋与 SCN－不能大量共存。
02课堂互动探 究
课时作业
一、杂化轨道理论简介
1．杂化轨道
(1)碳原子的电子排布式为 1s22s22p2 ，当 2s 的一个电子
被激发到 2p 空轨道后，电子排布式为 1s22s12p3 。
(2)在外界条件影响下，原子内部能量 相近 的原子轨
道
重新组合形成新的原子轨道
的过程叫做原子轨道
的杂化，重新组合后的新的原子轨道，叫做 杂化原子轨道 ， 简称 杂化轨道 。
二、配合物理论简介
1．配位键
(1)概念：硫酸铜溶液中呈天蓝色的物质是 水合铜离子 ，
可表示为 [Cu(H2O)4]2＋ ，叫做
四水合铜离子 。在这
种离子中铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供 孤对电子
给予铜离子，铜离子接受水分子的 孤对电子 形成的。配
位键是一种特殊的共价键。
(2)配位键的表示方法 配位键可以用 A→B 来表示，其中 A 是提供孤对电子的原 子，叫做给予体(也称配位原子)；B 具有空轨道，是接受电子的 原子，叫做接受体。
2．配合物 (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。
(2)配合物形成的实验
(3)配合物的应用
①Fe(SCN)3 的应用
a．检验 Fe3＋ 的存在：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3。
b．Fe(SCN)3 的溶液常被用于 电影特技
和
魔术表演
2．配合物的组成 配合物由中心原子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组 成，分成内界和外界。如[Co(NH3)6]Cl3 可表示为：
①中心原子：Co3＋提供空轨道接受孤电子对，是中心原子。 配合物的中心原子一般都是带正电的阳离子，过渡金属离子最 常见。
②配位体：NH3 分子中氮原子提供孤电子对，是配位原子， NH3 分子是配位体。配位体可以是阴离子，如 X－(卤素离子)、 OH－、SCN－、CN－、RCOO－(羧酸根离子)、C2O24－、PO34－等； 也可以是中性分子，如 H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。配位 原子必须是含有孤对电子的原子，ⅤA、ⅥA、ⅦA 族元素的原 子最常见。
③配位数：直接同中心原子配位的原子数目叫中心原子的 配位数。如[Fe(CN)6]4－中 Fe2＋的配位数为 6。
3．配合物的形成对性质的影响
(1)溶解性的影响
如：AgCl―→[Ag(NH3)2]＋，由不溶于水的沉淀，转变为易 溶于水的物质。
如教材实验 2－2：
氨水
氨水
乙醇
CuSO4(aq)――→蓝色沉淀――→深蓝色透明溶液――→深
知识点一
杂化轨道理论及其应用
杂化轨道理论知识的考查方向有：杂化轨道类型、杂化轨道 的应用(解释分子空间构型)。解题关键在于掌握杂化轨道类型与 分子空间构型的关系，尤其是等性 sp3 杂化与不等性 sp3 杂化的 区别。
1．杂化类型的判断 因为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＝中心原子的孤电子对数＋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：
【提示】 利用杂化轨道理论判断分子或离子的空间构型 时，也要考虑孤电子对的数目。
【解析】 由于 NCl3 分子中 N 原子上有 1 对孤电子对和 3 个 σ 键，所以为 sp3 杂化，A 项错误；sp3 杂化轨道是由中心原子 的 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道混合形成的 4 个 sp3 杂化轨道，不是 任意的 1 个 s 轨道，B 项错误；中心原子采取 sp3 杂化的分子， 如果没有孤电子对，其几何构型为四面体形，若有 1 对孤电子对， 其几何构型为三角锥形，若有 2 对孤电子对，其几何构型为 V 形， C 项正确；AB3 型的分子空间构型也有可能为三角锥形，如 NCl3 分子，D 项错误。
Ag＋＋NH3·H2O===AgOH↓＋NH4＋ AgOH＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋OH－
【例 2】 下列过程与配合物的形成无关的是( A ) A．除去铁粉中的 SiO2 可用强碱溶液 B．向一定量的 AgNO3 溶液中加入氨水至沉淀消失 C．向 Fe3＋溶液中加入 KSCN 溶液后溶液呈血红色 D．向一定量的 CuSO4 溶液中加入氨水至沉淀消失
形状(空间结构)密切联系。
2．杂化轨道类型和空间结构 (1)sp 杂化—— 直线 形；sp 型杂化轨道是由 1 个 s 轨道和 1 个 p 轨道组合而成的，每个 sp 杂化轨
道含有12p 和12s 的成分，轨道间的夹角为 180° 。 (2)sp2 杂化—— 平面三角 形；sp2 杂化轨道是由
1 个 s 轨道和 2 个 p 轨道组合而成的，每个 sp2 杂化轨
【例 1】 下列说法正确的是( C ) A．NCl3 分子是三角锥形，这是因为氮原子是 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，其几何构型可能是四面 体形或三角锥形或 V 形 D．AB3 型的分子空间构型必为平面三角形
道含有13s 和23p 成分，杂化轨道间的夹角都是 120° ，呈平 面三角形。如 BF3 分子。
(3)sp3 杂化—— 四面体 形：sp3 杂化轨道是由 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道组合而成的，每个 sp3 杂化轨
道都含有14s 和34p 的成分，sp3 杂化轨道间的夹角为 109°28′。
1杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键与 键间排斥力的大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角， 键角越大，化学键之间的排斥力越小。只有能量相近的轨道间 才能发生杂化。2sp 杂化和 sp2 杂化这两种形式中，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。
(3)参与杂化的原子轨道数等于 形成的杂化轨道数 。 (4)原子轨道的杂化改变了原子轨道的 形状、方向 。原 子轨道的杂化使原子的成键能力增强。
(5)杂化轨道为使电子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 。在多原子 分子中，两个化学键之间的夹角叫 键角 。键角与分子的
形成？
利用杂化轨道理论解释 HCN、HCHO 分子的
【点拨】 (1)在 HCN 分子的形成过程中，C 原子采取 sp 杂化，形成 2 个完全等同的 sp 杂化轨道。其过程如下：
当形成 HCN 时，中心 C 原子以其中的 1 个 sp 杂化轨道与 H 原子的 1s 轨道重叠形成 1 个 sp-s 型的 σ 键；另 1 个 sp 杂化轨 道与 N 原子的 p 轨道重叠形成 1 个 sp-p 型的 σ 键，同时，C 原 子中 2 个未发生杂化且均有 1 个未成对电子的 2p 轨道分别与 N 原子的 2p 轨道“肩并肩”重叠形成互相垂直的 p­p π 键。所以， C 与 N 之间以三键结合，HCN 分子为直线形。
2p 轨道形成 π 键；③ 中碳原子以 sp2 杂化，未杂化的 2p 轨 道形成特殊的 π 键；④CH≡CH 为直线形分子，其中碳原子为 sp 杂化；⑤NH3 是三角锥形分子，中心原子氮原子为 sp3 杂化； ⑥CH4 是正四面体形分子，中心碳原子为 sp3 杂化。
知识点二 配合物的结构及对物质性质的影响
【点拨】 在四水合铜离子中，Cu2＋与 H2O 分子之间的化 学键是由水分子提供孤电子对给予 Cu2＋，Cu2＋接受 H2O 分子的
孤电子对形成的。该化学键可表示为：
。
2．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？
【点拨】 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：
1．配位键 (1) 概 念 ： 成 键 的 两 个 原 子 或 离 子 一 方 提 供 孤 对 电 子 ( 配 位 体)，一方提供空轨道而形成的共价键，叫做配位键。 (2)配位体：应含有孤对电子，如 NH3、H2O、F－、OH－等。 (3)成键的性质：共用电子对对两原子的电性作用。 (4)成键条件：形成配位键的一方是能够提供孤对电子的原 子或离子，另一方是具有能够接受孤对电子的空轨道的原子或离 子。
蓝色晶体[Cu(NH3)4]SO4·H2O
有关离子方程式：
Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4 Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－
(2)颜色的改变 当简单离子形成配离子时其性质往往有很大差异。颜色发 生变化就是一种常见的现象，我们根据颜色的变化就可以判断 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 的铁的硫氰酸根配离子，这种配离子的颜色是血红色的。
(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。例如，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，血红素失去 输送氧气的功能，从而导致人体 CO 中毒。