人教版选修3 第2章第2节 分子的立体构型（第2课时） 学案.docx

第2课时杂化轨道理论配合物理论目标导航1.知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。2.能正确叙述配位键概念及其形成条件；会分析配位化合物的形成及应用。3.熟知几种常见的配离子：cu(h2o)42、cu(nh3)42、fe(scn)2、ag(nh3)2等的颜色及性质。一、杂化轨道理论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ch键是等同的。可表示为 2杂化轨道的类型与分子构型的关系(1)sp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becl2分子。(2)sp2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。(3)sp3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10928。空间构型为正四面体形，如ch4分子。【议一议】1用杂化轨道理论分析nh3呈三角锥形的原因。答案nh3分子中的n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h原子形成键，一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。2原子轨道杂化后，数量和能量有什么变化？答案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。二、配合物理论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ab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)4cl2：cucl24h2o=cu(h2o)4cl2fe(scn)3：fe33scn=fe(scn)3(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。【议一议】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？答案在四水合铜离子中，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？答案因为氨水呈弱碱性，滴入agno3溶液中，会形成agoh白色沉淀，继续滴加氨水时，nh3分子与ag形成ag(nh3)2配合离子，配合离子很稳定，会使agoh逐渐溶解，反应过程如下agnh3h2o=agohnh4agoh2nh3=ag(nh3)2oh一、分子立体构型和杂化轨道类型的关系【例1】根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断nf3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为()a直线形sp杂化 b三角形sp2杂化c三角锥形sp2杂化 d三角锥形sp3杂化答案d解析判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在nf3分子中n原子的孤电子对数为1，与其相连的原子数为3，所以根据价层电子对互斥理论分子构型为三角锥形，进而可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，类似nh3。规律总结1杂化类型的判断方法杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个键，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。2杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型vsepr模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去vsepr模型中的孤电子对，就是分子(或离子)的立体构型。代表物项目co2ch2och4so2nh3h2o价层电子对数234344杂化轨道数234344杂化类型spsp2sp3sp2sp3sp3杂化轨道立体构型直线型平面三角形正四面体形平面三角形四面体形四面体形vsepr模型直线形平面三角形正四面体形平面三角形四面体形四面体形分子构型直线形平面三角形正四面体形v形三角锥形v形变式训练1下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()aco2与so2 bch4与nh3cbecl2与bf3 dc2h4与c2h2答案b解析题中a选项co2为sp杂化，so2为sp2杂化，故二者不相同，a项不正确；b选项中ch4为sp3杂化，nh3为sp3杂化，二者相同，故b项正确；c选项中becl2为sp杂化，bf3为sp2杂化，不合题意；d选项中c2h4为sp2杂化，c2h2为sp杂化，二者不相同，故d项不正确。二、配位键与配位化合物【例2】向下列配合物的水溶液中加入agno3溶液不能生成agcl沉淀的是()aco(nh3)4cl2cl bco(nh3)3cl3cco(nh3)6cl3 dco(nh3)5clcl2答案b解析配合物的内界与外界由离子键结合，只要外界存在cl，加入agno3溶液即有agcl沉淀产生。对于b项配合物分子co(nh3)3cl3，co3、nh3、cl全处于内界，很难电离，不存在cl，所以不生成agcl沉淀。故选b。规律总结1配合物的组成配合物由中心原子(或离子，提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成，分成内界和外界。如cu(nh3)4cl2可表示为：(1)中心原子：cu2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)配体：nh3分子中的氮原子提供孤电子对，是配位原子，nh3分子是配体。配体可以是阴离子，如x(卤素离子)、oh、scn、cn、rcoo(羧酸根离子)、c2o42、po43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电子对的原子，常是a、a、a族元素的原子。(3)配位数：直接同中心原子配位的原子或离子数目叫中心原子的配位数。如fe(cn)64中fe2的配位数为6。2配合物中外界离子能电离出来，而内界离子不能电离出来，通过实验及其数据可以确定内界和外界离子的个数，从而可以确定其配离子、中心离子和配位体。变式训练2向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加氨水，先生成难溶物，继续滴加氨水，难溶物溶解，得到深蓝色透明溶液。下列对此现象的说法正确的是()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)42ccu(nh3)42的立体构型为正四面体形d在cu(nh3)42配离子中，cu2给出孤电子对，nh3提供空轨道答案b解析1原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子轨道的杂化。在so42中s原子的杂化方式为()asp bsp2csp3 d无法判断答案c解析在so42中s原子的孤电子对数为0，与其相连的原子数为4，所以根据杂化轨道理论可推知中心原子s的杂化方式为sp3杂化，立体构型为正四面体形，类似于ch4。2下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是()bf3ch2=ch2chchnh3ch4a bc d答案a解析sp2杂化轨道形成夹角为120的平面三角形，bf3为平面三角形且bf键夹角为120；c2h4中碳原子以sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成键；同相似；乙炔中的碳原子为sp杂化；nh3中的氮原子为sp3杂化；ch4中的碳原子为sp3杂化。3nh3分子空间构型是三角锥形，而ch4是正四面体形，这是因为 ()a两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，nh3为sp2杂化，而ch4是sp3杂化bnh3分子中n原子形成3个杂化轨道，ch4分子中c原子形成4个杂化轨道cnh3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dnh3分子中有3个键，而ch4分子中有4个键答案c解析nh3和ch4的中心原子均是sp3杂化，但nh3分子中有一对孤电子对，ch4分子中没有孤电子对，由于孤电子对成键电子对之间的排斥作用成键电子对成键电子对之间的排斥作用，nh3分子进一步被“压缩”成三角锥形，甲烷则呈正四面体形。4下列物质：h3o、b(oh)4、ch3coo、nh3、ch4中存在配位键的是()a b c d答案a解析水分子中各原子已达到稳定结构，h3o是h和h2o中的o形成配位键，b(oh)4是3个oh与b原子形成3个共价键，还有1个oh的o与b形成配位键，而其他选项中均不存在配位键。故选a。5计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，判断中心原子的杂化轨道类型，写出vsepr模型名称。(1)s2_、_、_；(2)h4_、_、_；(3)h2 _、_、_；(4)cl3_、_、_；(5)cl3_、_、_。答案(1)2sp直线形(2)4sp3正四面体形(3)4sp3四面体形(4)4sp3四面体形(5)3sp2平面三角形6推测下列分子中，中心原子可能采取的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。(1)pcl3：_；(2)cs2：_；(3)cl2o：_。答案(1)sp3杂化，三角锥形(2)sp杂化，直线形(3)sp3杂化，v形解析(1)p原子采取sp3杂化，四个杂化轨道中有一个被孤电子对占据，另三个与cl原子形成共价键，pcl3分子呈三角锥形。(2)c原子采取sp杂化，无孤电子对，cs2分子呈直线形。(3)o原子采取sp3杂化，其中两个杂化轨道被孤电子对占据，另两个杂化轨道与两个cl原子的3p轨道形成共价键，cl2o分子呈v形。 经典基础题1在nh4中存在4个nh共价键，则下列说法正确的是 ()a4个共价键的键长完全相同b4个共价键的键长完全不同c原来的3个nh的键长完全相同，但与通过配位键形成nh键不同d4个nh键键长相同，但键能不同答案a解析nh4可看成nh3分子结合1个h后形成的，在nh3中中心原子氮采取sp3杂化，孤电子对占据一个轨道，3个未成键电子占据另3个杂化轨道，分别结合3个h原子形成3个键，由于孤电子对的排斥，所以立体构型为三角锥形，键角压缩至107。但当有h时，n原子的孤电子对会进入h的空轨道，以配位键形成nh4，这样n原子就不再存在孤电子对，键角恢复至10928，故nh4为正四面体形，4个nh键完全一致，配位键与普通共价键形成过程不同，但性质相同。2对so2与co2说法正确的是()a都是直线形结构b中心原子都采取sp杂化cs原子和c原子上都没有孤电子对dso2为v形结构，co2为直线形结构答案d解析so2中s原子采取sp2杂化，但一个杂化轨道被孤电子对占据，所以呈v形，co2中c原子采取sp杂化，是直线形。3在so2分子中，分子的立体构型为v形，s原子采用sp2杂化，那么so2的键角()a等于120 b大于120c小于120 d等于180答案c解析由于so2分子的vsepr模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120，但是由于so2分子中的s原子有一对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要小于120。4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键，也可用于形成键b杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对cnh3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ch 键答案b解析杂化轨道只用于形成键，或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成键，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ch 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cc 键，d不正确。5下列配合物的配位数是6的是()ak2co(scn)4 bfe(scn)3cna3alf6 dcu(nh3)4cl2答案c解析k2co(scn)4中co2的配位数是4；fe(scn)3中fe3的配位数是3；na3alf6中al3的配位数是6；cu(nh3)4cl2中cu2的配位数是4。6下列说法中正确的是()apcl3分子是三角锥形，这是因为磷原子是sp2杂化的结果bsp3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，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或v形dab3型的分子立体构型必为平面三角形答案c解析pcl3分子中心磷原子上的价电子对数键电子对数孤电子对数34，因此pcl3分子中磷原子以sp3杂化，选项a错误；sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，故选项b错误；一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的立体构型为四面体形，如甲烷分子，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则构型发生变化，如nh3、pcl3分子是三角锥形，h2o分子是v形，故选项d错误，c正确。7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cnh4no3、h2so4都含有配位键d共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子答案d解析配位键是成键的两个原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道而形成的共价键，可见成键双方都不存在未成对电子，故a、b对，d错；nh4no3、h2so4中的nh4、so42含有配位键，故c对。8下列推断正确的是()abf3为三角锥形分子bnh4的电子式为，离子呈平面正方形结构cch4分子中的4个ch键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的sp 键d甲醛分子为平面三角形，有一个键垂直于三角形平面答案d解析bf3为平面三角形，nh4为正四面体形，ch4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道形成4个sp3杂化轨道，然后与氢的1s轨道重叠，形成4个ssp3键。甲醛分子为平面三角形，c为sp2杂化，还有一个未参与杂化的p轨道与o原子形成键，该键垂直于杂化轨道的平面。9clo、clo2、clo3、clo4中，中心原子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_；clo2的立体构型是_；clo3的立体构型是_；clo4的立体构型是_。答案直线形v形三角锥形正四面体形解析clo的组成决定其立体构型为直线形。其他3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化，那么从离子的组成上看其立体构型依次类似于h2o、nh3、ch4(或nh4)。能力提升题10如图是甲醛分子