2020高中化学第二章分子结构与性质2_2杂化轨道理论简介和配合物理论简介教学案新人教版选修3

第二课时 杂化轨道理论简介和配合物理论简介
学习目标：1.了解杂化轨道理论的基本内容。

2.通过sp 3
、sp 2
、sp 1
杂化情况的分析，能根据有关理论判断简单分子或离子的空间构型。

3.了解配位键的特点及配合物理论，掌握配合物中的一些基本概念，如中心原子、配位体、配位数、内界和外界，能说明简单配合物的成键情况。

[知识回顾]
分子的立体结构⎩⎪⎨⎪⎧
三原子分子⎩⎪⎨
⎪
⎧ 直线形，如CO 2Ⅴ形，如H 2O
四原子分子
⎩
⎪⎨⎪⎧ 平面形，如HCHO
三角锥形，如NH 3
五原子分子——最常见的是正四面体形，如CH
4
[要点梳理]
1．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 是等同的。

可表示为：
C 原子的杂化轨道
(2)杂化轨道的类型与分子构型的关系 ①sp 杂化
sp 型杂化轨道是由一个s 轨道和一个p 轨道组合而成的，轨道间的夹角为180°，呈直线形，如BeCl 2分子。

②sp2杂化
sp2杂化轨道是由一个s轨道和两个p轨道组合而成的，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，如：BF3分子。

③sp3杂化
sp3杂化轨道是由一个s轨道和三个p轨道组合而成，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′。

空间构型为正四面体形，如CH4分子。

2．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。

如在四水合铜离子中，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。

②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：
(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：FeCl3＋3KSCN===Fe(SCN)3＋3KCl
③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。

知识点一杂化理论简介
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：
2.
3.含σ键和π键的分子构型与杂化类型
4.s－p杂化轨道和简单分子几何构型的关系
[问题探究]
1．分析CH2===CH2和CH≡CH的中心原子的轨道杂化情况和成键情况。

[答案] 在乙烯分子中C原子由一个s轨道和两个p轨道进行杂化，组成三个等同的sp2杂化轨道，sp2轨道彼此成120°角。

乙烯中的两个碳原子各用一个sp2轨道重叠形成一个C－C σ键外，又各以两个sp2轨道分别和两个氢原子的1s轨道重叠，形成四个σ键，这样形成的五个键在同一平面上，每个C原子还剩下一个p轨道，它们垂直于这五个σ键所在的平面，形成π键。

在乙炔分子中碳原子由一个2s轨道和一个2p轨道杂化，组成两个sp杂化轨道。

两个sp杂化轨道夹角为180°，在乙炔分子中，两个碳原子各以一个sp 轨道互相重叠，形成一个C－C σ键，每一个碳原子又各以一个sp轨道分别与一个氢原子形成σ键，此外每个碳原子还有两个互相垂直的未杂化的p轨道，它们与另一个碳的两个p轨道两两重叠形成两个π键。

2．在BF3、BeF2分子中B、Be原子各用哪几个原子轨道参与杂化？形成什么类型的杂化轨道？
[答案] B原子参与杂化的原子轨道是一个2s轨道和两个2p轨道，形成三个sp2杂化轨道。

Be原子参与杂化的原子轨道是一个2s轨道和一个2p轨道，形成两个sp杂化轨道。

杂化轨道理论要点
(1)原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。

(2)参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。

(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向。

杂化使原子的成键能力增强。

(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。

(2)sp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。

1．下列说法正确的是( )
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
[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。

[答案] C
2．下列分子的空间构型可用sp 2
杂化轨道来解释的是( )
①BF 3 ②CH 2===CH 2 ③ ④CH≡CH ⑤NH 3 ⑥CH 4
A ．①②③
B ．①⑤⑥
C ．②③④
D ．③⑤⑥
[解析] sp 2
杂化轨道形成的为三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道，且其中还有未参与杂化的p 轨道，可形成一个π键，而杂化轨道只用于形成σ键或容纳未成键的孤电子对，①②③的键角均为120°，④为sp 杂化，⑤⑥为sp 3
杂化。

[答案] A
杂化类型的判断
(1)公式：n ＝1
2(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)。

(2)根据n 值判断杂化类型
n ＝2时，sp 杂化，如BeCl 2，n ＝12
(2＋2)＝2；
n ＝3时，sp 2杂化，如NO －3，n ＝12(5＋1)＝3；
n ＝4时，sp 3杂化，如NH ＋4，n ＝12
(5－1＋4)＝4。

知识点二 配合物理论简介
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。

(5)配位键的表示方法：
A―→B
电子对给予体电子对接受体
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：NH 3分子中氮原子提供孤电子对，是配位原子，NH 3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)、C 2O 2－
4、PO 3－
4等；也可以是中性分子，如H 2O 、NH 3、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Fe
2
＋
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(NH 3)2]＋
，由不溶于水的沉淀，转变为易溶于水的物质。

如教材P 42实验2－2：
CuSO 4(aq)――→氨水蓝色沉淀――→氨水深蓝色透明溶液――→乙醇深蓝色晶体[Cu(NH 3)4]SO 4·H 2O 有关离子方程式：
Cu 2＋
＋2NH 3·H 2O===Cu(OH)2↓＋2NH ＋
4 Cu(OH)2＋4NH 3===[Cu(NH 3)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Fe 3＋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Fe 2＋
与CO 分子形成的配位键比Fe 2＋
与O 2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe 2＋
与CO 分子结合后，就很难再与O 2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。

[问题探究]
1．气态氯化铝(Al 2Cl 6)是具有配位键的化合物，分子中原子间成键关系为。

请将图中你认为是配位键的斜线加上箭头。

[解析] 配位键的箭头指向提供空轨道的一方。

氯原子最外层有7个电子，通过一个共用电子对就可以形成一个单键，另有三对孤电子对。

所以氯化铝(Al2Cl6)中与两个铝原子形成共价键的氯原子中，有一个是配位键，氯原子提供电子，铝原子提供空轨道。

[答案]
2.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？
[答案] 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：。

1．配位键是一种特殊的共价键，但形成配位键的共用电子对是由一方提供而不是由双方共同提供的。

2．许多过渡金属离子(或原子)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)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．下列过程与配合物的形成无关的是( )
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
[解析] 对于A项，除去铁粉中的SiO2，是利用SiO2可与强碱反应的化学性质，与配合物的形成无关；对于B项，AgNO3与氨水反应先生成AgOH沉淀，再生成[Ag(NH3)2]＋；对于C项，Fe3＋与KSCN反应生成配离子，颜色发生改变；对于D项，CuSO4与氨水反应先生成Cu(OH)2沉淀，再生成[Cu(NH3)4]2＋。

[答案] A
2．Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物。

已知两种配合物的化学式分别为[Co(NH3)5Br]SO4和[Co(SO4)(NH3)5]Br，若在第一种配合物的溶液中加入BaCl2溶液时，现象是________________；若在第二种配合物的溶液中加入BaCl2溶液时，现象是________，若加入AgNO3溶液时，现象是________________。

[解析] 由配合物的化学式知，[Co(NH3)5Br]SO4中Br－不是游离的，而SO2－4是游离的，[Co(SO4)(NH3)5]Br中SO2－4不是游离的，而Br－是游离的。

[答案] 产生白色沉淀无明显现象产生淡黄色沉淀
配位键存在于一定的化合物中，形成配位键的两个不同原子所扮演的角色不同，一个原子提供孤电子对，另外一个原子提供空轨道，这对孤电子对维系着两个原子，从而形成了两个原子间的配位键。

所以形成配位键的条件是存在能够提供孤电子对的原子或离子，另外还要具有能够接受电子对的空轨道的原子或离子。

[知识脉络]
分子的立体构型
错误!
[核心要点]
1．杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的一种价键理论。

双原子分子中，不存在杂化过程。

常见的杂化类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。

2．价层电子对数为2、3、4时，中心原子分别是sp、sp2、sp3杂化。

3．sp杂化得到夹角为180°的直线形杂化轨道，sp2杂化得到三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道，sp3杂化得到4个夹角为109°28′的正四面体形杂化轨道。

4．由一个原子单方面提供而另一个原子接受孤电子对形成的共价键为配位键，金属离子或原子与某些分子或离子，通过配位键形成配位化合物。

5．牢记配位键形成的“两个条件”：空轨道，孤电子对。

形成配体的“两种微粒”：中心离子，配体。

1．下列关于杂化轨道的叙述正确的是( )
A．杂化轨道可用于形成σ键，也可用于形成π键
B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C －H σ键
[解析] 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，不能用来形成π键，故B正确，A不正确；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，C不正确；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C－H σ键，剩下的1个sp2杂化轨道与另
一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C－C σ键，D不正确。

[答案] B
2．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BF3D．C2H4与C2H2
[解析] CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，故二者不相同，故A项不正确。

CH4为sp3杂化，NH3也为sp3杂化，二者相同，故B项正确。

BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，故C项不正确。

C2H4为sp2杂化，C2H2为sp杂化，二者不相同，故D项不正确。

[答案] B
3．配位化合物简称配合物，它的数量巨大，组成和结构形形色色，丰富多彩。

配合物[Zn(NH3)6]Cl2的中心离子、配体、中心离子的电荷数和配位数分别为( ) A．Zn2＋、NH3、2＋、6 B．Zn2＋、NH3、1＋、6
C．Zn2＋、Cl－、2＋、2 D．Zn2＋、NH3、2＋、2
[解析] 在[Zn(NH3)6]Cl2中中心离子为Zn2＋，配体为NH3，配位数为6，构成内界[Zn(NH3)6]2＋。

[答案] A
4．下列现象与形成配合物无关的是( )
A．向FeCl3中滴入KSCN，出现红色
B．向Cu与Cl2反应后的集气瓶中加少量H2O，呈绿色，再加水，呈蓝色
C．Cu与浓硝酸反应后，溶液呈绿色；Cu与稀硝酸反应后，溶液呈蓝色
D．向AlCl3中逐滴滴加NaOH至过量，先出现白色沉淀，继而消失
[解析] Fe3＋与SCN－形成一系列配离子，都显血红色；Cu2＋在水溶液中形成配离子[Cu(H2O)2]2＋显绿色；[Cu(H2O)4]2＋显蓝色，故A、B、C项均与配合物有关。

D项中，Al3＋与OH－形成Al(OH)3，而Al(OH)3显两性，能与过量的OH－反应，生成AlO－2而与配合物无关。

[答案] D
5．指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。

(1)CS2分子中的C________杂化，分子的结构式________，空间构型________；
(2)CH2O分子中的C________杂化，分子的结构式________，空间构型________；
(3)CCl4分子中的C________杂化，分子的结构式________，空间构型________；
(4)H2S分子中的S________杂化，分子的结构式________，空间构型________。

[解析] 杂化轨道所用原子轨道的能量相近，且杂化轨道只能用于形成σ键，剩余的p轨道还可以形成π键。

杂化轨道类型决定了分子(或离子)的空间构型，如sp2杂化轨道的键角为120°，空间构型为平面三角形。

因此，也可根据分子的空间构型确定分子(或离子)中杂化轨道的类型，如CO2为直线形分子，因此分子中杂化轨道类型为sp杂化。

[答案] (1)sp S===C===S 直线形
6．(1)以下微粒：①N2H＋5②CH4③OH－④NH＋4
⑤Fe(CO)3⑥Fe(SCN)3⑦H3O＋
⑧Ag(NH3)2OH，含配位键的是________。

(2)下列不属于配合物的是________。

A．[Cu(H2O)4]SO4·H2O
B．[Ag(NH3)2]OH
C．KAl(SO4)2·12H2O
D．Na[Al(OH)4]
(3)在配合物[Fe(SCN)]2＋中，提供空轨道接受孤电子对的微粒是________，画出配合物离子[Cu(NH3)4]2＋中的配位键________。

[解析] (1)形成配位键的条件是一个原子(或离子)有孤电子对，另一个原子(或离子)有空轨道。

在②CH4、③OH－中中心原子碳和氧的价电子已完全成键，没有孤电子对。

(2)、(3)略。

[答案] (1)①④⑤⑥⑦⑧
(2)C
(3)Fe3＋。