新课标高中化学选修3第二节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学业要求素养对接1.能运用杂化轨道理论解释和预测简单分子的立体构型。

2.知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征，了解配位化合物的存在与应用。

微观探析：运用杂化轨道理论、配合物理论。

模型认知：根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型、根据配合物理论模型解释配合物的某些典型性质。

[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H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H键是等同的。

可表示为C原子的杂化轨道2.杂化轨道的类型与分子立体构型的关系杂化类型sp sp2sp3参与杂化的原子轨道及数目n s 1 1 1 n p 1 2 3杂化轨道数目 2 3 4 杂化轨道间的夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图立体构型直线形平面三角形正四面体形实例BeCl2、CO2、CS2BCl3、BF3、BBr3CF4、SiCl4、SiH4【自主思考】1.用杂化轨道理论分析CH4的杂化类型和呈正四面体形的原因？提示在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道混杂，形成4个能量相等的sp3杂化轨道，分别与四个氢原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，4个σ键之间作用力相等，键角相等形成正四面体形。

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】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？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↓＋NH＋4AgOH＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋OH－[自我检测]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：物质中心离子配体电子对给予体电子对接受体[Ag(NH3)2]OHNa3[AlF6]答案[Ag(NH3)2]OH：Ag＋NH3NH3Ag＋Na3[AlF6]：Al3＋F－F－Al3＋学习任务一杂化轨道理论及分子立体构型与杂化轨道类型的关系【合作交流】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发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。

双原子分子中，不存在杂化过程。

例如sp杂化、sp2杂化的过程如下：1.观察上述杂化过程，分析原子轨道杂化后，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。

2.2s轨道与3p轨道能否形成sp2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，能量相差较大。

3.你能用杂化轨道理论解释NH3、H2O的立体构型？提示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个杂化轨道中是成对电子，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个杂化轨道是成对电子，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。

4.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？提示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。

【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：AB n型分子中心原子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杂化轨道类型示例AB22 0 2 spBeCl2、CO23 1 2 sp2SO24 2 2 sp3H2O、H2SAB33 0 3 sp2BF3、SO3、CH2O 4 1 3 sp3NH3、PCl3AB4 4 0 4 sp3CH4、CCl4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。

【例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)实例价层电子对数杂化类型BeCl2n＝12×(2＋2)＝2spBF3n＝12×(3＋3)＝3sp2CO2n＝12×(4＋0)＝2spSO2n＝12×(6＋0)＝3sp2CCl4n＝12×(4＋4)＝4sp3NH3n＝12×(5＋3)＝4sp3C2H2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。

【变式训练】1.下表中各粒子对应的立体结构及杂化方式均正确的是()选项粒子立体结构杂化方式A SO3平面三角形S原子采取sp杂化B SO2V形S原子采取sp3杂化C CO2－3三角锥形C原子采取sp2杂化解析A项，SO3分子中硫原子的价层电子对数＝3＋12×(6－3×2)＝3，不含孤电子对，采取sp2杂化，立体结构为平面三角形，错误；B项，SO2分子中硫原子的价层电子对数＝2＋12×(6－2×2)＝3，含1对孤电子对，采取sp2杂化，立体结构为V形，错误；C项，CO2－3中碳原子价层电子对数＝3＋12×(4＋2－3×2)＝3，不含孤电子对，采取sp2杂化，立体结构为平面三角形，错误；D项，乙炔(CH≡CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键，价层电子对数是2，为sp杂化，立体结构为直线形，正确。