高中化学 第2章 第2节 第2课时 杂化轨道理论简介 配合物理论简介课件 新人教版选修3.ppt

成才之路 化学 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 分子结构与性质 第二章 第二节分子的立体构型 第二章 第2课时杂化轨道理论简介配合物理论简介 第二章 c原子的价电子排布是2s22p2 按电子排布规律 2个s电子是已配对的 只有2个p电子未成对 而许多含碳化合物中c都呈4价而不是2价 那么碳原子价电子是如何参与成键 形成空间结构各异的分子呢 通过学习这节课的内容你可知道其中的缘由 明了于心 学习目标 1 杂化轨道的含义与理论要点 1 碳原子的电子排布式为 当2s的一个电子被激发到2p空轨道后 电子排布式为 2 在外界条件影响下 原子内部能量 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 简称 3 参与杂化的原子轨道数等于 4 原子轨道的杂化改变了原子轨道的 原子轨道的杂化使原子的成键能力增加 1s22s22p2 1s22s12p3 相近 新组合形成新的原子轨道 重 杂化原子轨道 杂化轨道 形成的杂化轨道数 形状 方向 不同 键角 直线 1个s 1个p 180 平面三角 1个s 2个p 120 四面体 1个s 3个p 109 28 3 杂化轨道与共价键的类型杂化轨道只能用于形成 键或者 不能形成 键 未参与杂化的p轨道可用于形成 键 4 配位键 1 cu2 的电子排布式为 2 cu h2o 4 2 读 呈 色 在此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铜离子 铜离子接受水分子提供的孤电子对形成的 这类 被称为配位键 3 配位键的形成条件是 1 一方 2 一方 用来容纳未参与成键的孤 电子对 1s22s22p63s23p63d9 四水合铜离子 天蓝 电子对给予接受键 有孤电子对 有空轨道 5 配位化合物 1 配位化合物 通常把金属离子 或原子 与某些分子或离子 称为配体 以 结合形成的化合物称为配位化合物 2 cu h2o 4 2 中cu2 称为 h2o称为 4称为 6 与配位键有关的几个重要反应 1 完成下列反应 cu2 2nh3 h2o cu oh 2 4nh3 h2o 配位键 中心离子 配体 配位数 2 向氯化铁溶液中加入一滴硫氰化钾溶液 现象为 离子方程式为 3 氨气与盐酸反应的离子方程式为 铵根离子中的化学键类型是 空间构型是 氮原子的杂化方式是 4 agcl 2nh3 h2o 5 agno3 nh3 h2o agoh 2nh3 h2o 溶液呈血红色 fe3 scn fe scn 2 三个 键一个配位键 正四面体形 sp3 ag nh3 2 cl 2h2o agoh nh4no3 ag nh3 2oh 2h2o 自主探究 1 碳原子的价电子构型为2s22p2是由一个2s轨道和三个2p轨道组成的 用它们和4个氢原子的1s原子轨道重叠 可得到正四面体构型的甲烷分子 请用杂化轨道理论解释 提示 形成甲烷分子时 中心原子的2s和2px 2py 2pz等四条原子轨道发生杂化 形成一组新的轨道 这些新杂化轨道不同于s轨道 也不同于p轨道 而是四条完全相同的sp3杂化轨道 夹角为109 28 2 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 3 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 是由提供孤对电子的给予体与接受孤对电子的中心原子以配位键结合而形成的化合物 4 任意不同的轨道都可以杂化吗 提示 原子轨道只有在形成分子的过程中才能杂化 孤立的原子不会发生杂化 另外 不是任意的不同轨道都能杂化 只有能量相近的轨道才能杂化 5 becl2 氯化铍 分子中be原子采用什么样的杂化方式 其分子具有什么样的空间构型 提示 铍原子的电子层结构是1s22s2 在激发态下 铍的一个2s电子可以进入2p轨道 经过杂化可以形成两个sp杂化轨道 分别与2个氯原子的3p轨道重叠形成两个 键 由于sp杂化轨道间的夹角为180 所以becl2分子的空间构型为直线形 6 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 7 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 教材点拨 1 杂化与杂化轨道的含义 1 杂化是指在形成分子时 由于原子的相互影响 若干不同类型 能量相近的原子轨道混合起来 重新组合成一组新轨道 这种轨道重新组合的过程叫做杂化 所形成的新轨道就称为杂化轨道 2 杂化的过程 激发 杂化 轨道重叠 杂化轨道 3 杂化轨道的数目 等于参与杂化的原子轨道的总数 由于价层原子轨道的种类和数目不同 可以组成不同类型的杂化轨道 常见的有ns和np轨道形成的杂化轨道 2 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 3 杂化轨道的类型 1 sp杂化 sp杂化轨道由1个ns轨道和1个np轨道组合而成 每个sp杂化轨道含有1 2s和1 2p轨道的成分 sp杂化轨道间的夹角为180 呈直线形 如becl2 2 sp2杂化 sp2杂化轨道由1个ns轨道和2个np轨道组合而成 每个sp2杂化轨道含有1 3s和2 3p轨道的成分 sp2杂化轨道间的夹角为120 呈平面三角形 如bf3 3 sp3杂化 sp3杂化轨道由1个ns轨道和3个np轨道组合而成 每个sp3杂化轨道含有1 4s和3 4p轨道的成分 sp3杂化轨道间的夹角为109 28 呈空间正四面体形 如ch4 cf4 ccl4等 4 分子的构型与杂化类型的关系 1 杂化轨道全部用于形成 键 2 杂化轨道中有未参与成键的孤电子对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 提示 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 键 而杂化轨道只能用于形成 键或者用来容纳未参与成键的孤电子对 典例透析 d 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 解析 ch3cl是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子 其几何构型是四面体 但不是正四面体 a项错误 ch4分子中的sp3杂化轨道是由碳原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道 b项错误 c项正确 ab3型的共价化合物 其中心原子a可采用sp3杂化轨道成键 也可采用sp2杂化轨道成键 d项错误 答案 c 点评 要理解sp sp2 sp3杂化的含义 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而成的 杂化轨道不但形成共价键 还可以容纳孤电子对 分子的空间构型不考虑孤电子对占据的空间 方法二 根据化学式也可判断杂化方式 分为两种情况 一种是如果中心原子无未成键的孤电子对 有几个 键就有几个杂化轨道 如becl2只有两个 键 无孤电子对 所以有两个杂化轨道 即sp杂化 另一种是如果中心原子有未成键的孤电子对 一般是孤电子对数加上 键数等于杂化轨道数 如nh3中孤电子对数为1 加上3个 键 共为4 所以有4个杂化轨道 即sp3杂化 答案 b 1 氨气分子空间构型是三角锥形 而甲烷是正四面体形 这是因为 a 两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同 nh3为sp2杂化 而ch4是sp3杂化b nh3分子中n原子形成三个杂化轨道 ch4分子中c原子形成4个杂化轨道c nh3分子中有一对未成键的孤电子对 它对成键电子的排斥作用较强d 氨气分子是极性分子而甲烷是非极性分子 变式训练 解析 nh3 ch4中n c原子均采取sp3杂化 而nh3中有一对孤电子对占据一条杂化轨道 它对成键电子的排斥作用较强 使其呈三角锥形 ch4中的杂化轨道全部成键 呈正四面体 答案 c 2 下列对so2与co2的说法正确的是 a 都是直线形结构b 中心原子都采用sp杂化c 硫原子和碳原子上都没有孤电子对d so2为v形结构 co2为直线形结构 解析 so2中的s采用sp2杂化 三个杂化轨道呈平面三角形 两个杂化轨道与氧原子形成化学键 另有一个杂化轨道被孤电子对占据 所以分子构型是v形 co2中的c采用sp杂化 两个杂化轨道均与氧原子形成化学键 分子构型是直线形 答案 d 教材点拨 3 不同配位数的配合单元的空间结构 4 配合物形成的条件和过程形成配合物的中心离子m必须存在空轨道 配位体一般都存在着孤对电子 当配位体接近中心离子时 为了增加成键能力 中心离子m用能量相近的空轨道杂化 配位体的孤对电子填到中心离子已杂化的空轨道中形成配离子 配离子的空间构型 配位数及稳定性等主要决定于杂化轨道的数目和类型 5 配合物的命名 1 配合物的命名 关键在于配合物内界 即配离子 的命名 命名顺序 自右向左 配位体数 即配位体右下角的数字 配位体名称 合 字或 络 字 中心离子的名称 中心离子的化合价 如 zn nh3 2 so4内界名称为 二氨合锌 k3 fe cn 6 内界名称为六氰合铁 中心离子的化合价由外界离子电荷 配位体电荷按配合物电荷为零计算得到 在中心离子后面用小括号加罗马数字表示 2 配合物可看做盐类 若内界为阳离子 外界必为阴离子 若内界为阴离子 外界必为阳离子 可按盐的命名方法命名 自右而左为某酸某或某化某 如 zn nh3 2 cl2命名为氯化二氨合锌 cu nh3 4 so4命名为硫酸四氨合铜 k3 fe cn 6 命名为六氰合铁 酸钾 ag nh3 2 oh命名为氢氧化二氨合银 若有不同配位体 可按自右向左的顺序依次读出k pt nh3 cl3 读作三氯一氨合铂 酸钾 配合物溶于水易电离为内界配离子和外界离子 而内界的配体离子和分子通常不能电离 如 co nh3 5cl cl2 co nh3 5cl 2 2cl 有三分之一的氯不能电离 6 配合物的应用 1 工业生产中的应用提取贵金属 湿法冶金 au与nacn在氧化气氛中生成 au cn 2 配离子将金从难溶的矿石中溶解与其不溶物分离 再用zn粉作还原剂置换得到单质金 4au 8nacn 2h2o o2 4na au cn 2 4naohzn 2 au cn 2 zn cn 4 2 2au 2 定量分析中的应用 检验离子的特效试剂 通常利用鳌合剂与某些金属离子生成有色难溶的内络盐 作为检验这些离子的特征反应 如k4 fe cn 6 与fe3 生成特征的蓝色fe4 fe cn 6 3溶液或kscn与fe3 生成特征血红色溶液鉴定fe3 隐藏剂 掩蔽剂 多种金属离子共同存在时 要测定其中一金属离子 由于其他金属离子往往会与试剂发生同类型反应干扰测定 因此常用配合物来防止杂质离子的干扰 例如fe3 的存在会影响比色法测定co2 若在溶液中加入掩蔽剂naf 使共存的fe3 生成稳定的无色 fef6 3 从而排除fe3 的干扰 提示 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 许多过渡金属离子 或原子 都有接受孤对电子的空轨道 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 7 配合物的形成对性质的影响 1 对溶解性的影响某些难溶物形成配合物时可使溶解度增大 如agoh可溶于氨水中 i2在浓ki溶液中的溶解度比在水中的溶解度大得多 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 我们根据颜色的变化就可以判断是否有配离子形成 如fe3 与scn 在溶液中可生成红色的铁的硫氰酸根配离子 无水cuso4为白色 溶于水得蓝色溶液 就是因为cu2 与h2o形成了天蓝色的 cu h2o 4 2 配离子 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 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 提示 1 配离子的电荷数 中心离子和配体总电荷的代数和 2 中心原子 离子 和配体之间通过配位键结合 一般很难电离 典例透析 5 在浓的ecl3的盐酸溶液中加入乙醚 并通入hcl至饱和 可得到配位数为6 组成为ecl3 6h2o的绿色晶体 该晶体中两种配体的物质的量之比为1 5 则该配离子的化学式为 解析 a b c d e原子序数依次增大 a位于周期表的s区 其原子中电子层数和未成对电子数相同 a为h b的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道 且每种轨道中电子总数相同 b为c d的核外成对电子数是未成对电子数的3倍 d为o c为n a b d三种元素形成的化合物m是新装修居室中常含的有害气体 m为甲醛 a b形成的原子个数比为1 1的常见有机溶剂n为苯 e有 生物金属 之称 e4 离子和氩原子核外电子排布相同 e为ti 1 ti基态外围电子排布式为3d24s2 2 hcn分子中含有2个 键 2个 键 3 甲醛与水分子间能形成氢键 且为极性分子 苯不溶于水 苯为非极性分子 a项对 甲醛分子的中心原子采用sp2杂化 二氧化碳分子的中心原子采用sp杂化 b项错 苯分子中含有12个 键和1个大 键 c项错 co2晶体是分子晶体 sio2晶体是原子晶体 co2晶体熔 沸点都比二氧化硅晶体低 d项对 4 c n o第一电离能顺序为c o n 5 ticl3 6h2o为绿色晶体 该晶体中两种配体的物质的量之比为1 5 内界配位离子为 ticl h2o 5 2 整个化学式表示为 ticl h2o 5 cl2 h2o 4 棕黄色固体在水中的溶解度比淡黄色固体的大 原因是 解析 根据题给分子存在同分异构体 则可判断其构型 根据相似相溶规则可判断分子的极性 pt nh3 2cl2可以形成两种固体 且性质不同 其结构不可能为空间四面体 若是空间四面体 只有一种结构 故pt nh3 2cl2是平面四边形结构 两种固体在水中的溶解度不同 根据相似相溶规则 淡黄色固体为非极性分子 较难溶于极性溶剂水 而棕黄色固体为极性分子 易溶于极性溶剂水 答案 1 平面四边形结构 3 非极性分子极性分子 4 根据相似相溶规则 淡黄色固体为非极性分子 较难溶于极性溶剂水 而棕黄色固体为极性分子 易溶于极性溶剂水 3 2014 经典习题选萃 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 变式训练 解析 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 原子 也可以是阴离子 答案 d 点评 注意配位键与一般共价键的区别 配位键成键电子由单方提供 一般共价键成键电子由双方提供 4 有两种配合物a b 它们的实验式都为cocl3 5nh3 h2o 1 分别取a和b的固体于试管中微热 a中未见明显现象 b中试管口出现少量水珠 2 向a和b的溶液中加入agno3溶液后均有agcl沉淀生成 3 沉淀过滤后 分别向滤液中加agno3溶液均无变化 但加热煮沸 b溶液中又有agcl沉淀生成 其沉淀量为原来b溶液中agcl的一半 已知两种配合物中心原子的配位数均为6 试按照 ag nh3 2 oh 的书写格式写出a b的化学式 a b 1 2014 黄冈调研 下列有关杂化轨道的说法不正确的是 a 原子中能量相近的某些轨道 在成键时能重新组合成能量相等的新轨道b 轨道数目杂化前后可以相等 也可以不等c 杂化轨道成键时 要满足原子轨道最大重叠原理 最小排斥原理d 杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道 解析 原子轨道形成杂化轨道前后 轨道数目没有变化 用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近 并满足最大重叠程度 答案 b 2 2014 韶关测试 关于甲醛 ch2o 分子 下列说法不正确的是 分子中碳原子采用sp2杂化 分子中所有原子处于同一平面上 分子中每个原子都达到8电子稳定结构 分子的立体构型为四面体形a b c d 答案 c 3 2014 泉州测试 水分子在特定条件下容易得到一个h 形成水合氢离子 h3o 下列对上述过程的描述不合理的是 a 氧原子的杂化类型发生了改变b 微粒的形状发生了改变c 微粒的化学性质发生了改变d 微粒中的键角发生了改变 解析 水与氢离子结合形成配位键 氧原子杂化方式仍为sp3 氧原子与三个氢原子间的共用电子对和剩下的