2016-2017学年高中化学选修3配套文档：第二章第二节

1、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(H20)42+、Cu(NH3)42+、Fe(SCN)2、Ag(NH3)2+等的颜色及性质。尹知识聚焦J梳理二知识点拨_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 sf 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

2、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(1) sp 杂化sp 型杂化轨道是由一个 j 轨道和一个.轨道组合而成的，轨道间的夹角为 180呈直线形，如 BeCI2分子。2(2) sp 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 109 28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。2s 2p答案 NH3分子中的 N 原子价电子排布图为*LL

3、XO，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 c 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。

4、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 _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:HHH XxIHx X : -FH1_Hx X : H +或或HKH十十HHi2. 配位化合物定义：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： CuCI?+ 4HzO=Cu(H2O)4Cl23+Fe(SCN)3： Fe + 3SCN =Fe(SCN)(3)

5、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_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，该离子可表示为骨骨) )*:CUT)HJ 叭HO4.配制银氨溶液时，向 AgN03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 AgN03溶液中，会形成 AgOH 白色沉淀，继 续滴加氨水时，NH3分子与 A

6、g+形成Ag(NH3)2广配合离子，配合离子很稳定，会使 AgOH 逐渐溶解，反应过程如下Ag+NH3H2O=AgOHJ +NH4AgOH + 2NH3=Ag(NH3)2+ OH-壬难壬难点突破点突破 星星 理解理解 深化二探究深化二探究_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

7、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c键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形 成一个c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XCO2CH2OCH4SO2NH3H2O价层电子对数234344杂化轨道数234

8、344杂化类型sp2sp3sp2sp3sp3sp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（）A . CO2与 SO2B . CH4与 NH3C. BeCb 与 BF3D. C2H4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

9、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 AgCI 沉淀的是()A . Co(NH3)4Cl2ClB . Co(NH3)3Cl3C. Co(NH3)6Cl3D. Co(NH3)5CICl2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 C，加入 AgNO3溶液即有AgCl 沉淀产生。对于 B 项配合物分子Co(NH3)3Cl3，Co*、NH3、 C全处于内界，很难电离，不存在 C，所以不

10、生成 AgCl 沉淀。故选 B。规律总结1.配合物的组成内界外Z_*一、界CufNHjUKh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一、RCOO(羧酸根 离子)、C2O42-、PO43-等，也可以是中性分子，女口 H2O、NH3、CO、醇、胺、 醚等。配位原子

11、必须是含有孤电子对的原子，常是VA、WA、VDA 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)4盼C. Cu(NH

12、3)4广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解析产产当堂当堂过关全过关全巩固，应用巩固，应用 反惯反惯_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()2A.spB. spC. sp3D .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()0 BF3 CH2=CH

13、2 CH 三 CH NH3CH4A .B.C.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B F 键夹角为 120;C2H4中碳原子以 sp2杂化，且未杂化的 2p 轨道形成n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。3.NH3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B . NH3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C. NH3分子中有一

14、对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强D . NH3分子中有 3 个c键，而 CH4分子中有 4 个c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，由于孤电子对一一成键电子对之间的排斥作用 成 键电子对一一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： 出 0十、B(0H)4、CH3C00、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，H30*是 H+和 H20 中的 0 形成配位 键， B(0H)4是 3 个 0

15、H与 B 原子形成 3 个共价键，还有 1 个 0H-的 0 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。c S2_、_ 、_；(2)NH4+_、_ 、_;H20 _、_ 、_；(4) PCl3_、_ 、_；(5) BCl3_、_。答案 (1)2 sp 直线形 (2)4 sp3正四面体形 (3)4 sp3四面体形(4)4 sp3四面体形 (5)3 sp2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。PCI3： _； (2)CS2： _；(3)_CbO:

16、。答案(1)sp3杂化，三角锥形(2)sp 杂化，直线形3(3)sp 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 CI 原子形成共价键，PCI3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)0 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 CI 原子的 3p 轨道形成共价键，CI20 分子呈 V 形。产分层训练 丿解疑纠偏二检测经典基础题1.在 NH4*中存在 4 个 N H 共价键，则下列说法正确的是()A.4 个共价键的键长完全相同B.4 个共价键的键长完全不同C.

17、原来的 3 个 N H 的键长完全相同，但与通过配位键形成 N H 键不同D . 4 个 N H 键键长相同，但键能不同答案 A解析 NH/可看成 NH3分子结合 1 个 H 后形成的，在 NH3中中心原子氮米 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c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但当有时，N 原子的孤电子对会进入 才的 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 109 28故 NH4+为正四面体形，4 个 N H 键完全一致，配位键与普通共

18、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C. S 原子和 C 原子上都没有孤电子对D . S02为 V 形结构，CO2为直线形结构答案 D解析 S02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，C02中 C 原子采取 sp 杂化，是直线形。3 .在 S02分子中， 分子的立体构型为 V 形， S 原子采用 sp2杂化， 那么 S02的 键角 ( ) A 等于 120 B 大于 120 C 小于 120 D 等于 180 答案 C解析 由于 S02分子的 VSEPR 模型为平面三角形，从

19、理论上讲其键角应为 120但是由于 S02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c键，也可用于形成n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CHc键答案 B解析 杂化轨道只用于形成c键，或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成n键，故 B 正确，A

20、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 CHc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 Cc键，D 不正确。5.下列配合物的配位数是 6 的是A .K2CO(SCN)4B. Fe(SCN)3C. Na3AIF6D. Cu(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;

21、 Na3AIF6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()A . PCI3分子是三角锥形，这是因为磷原子是 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，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V 形D . AB3型的分子立体构型必为平面三角形答案 C解析 PCI3分子中心磷原子上的价电子对数二C键电子对数+孤电子对数二 353X1+ 2 = 4,因此 PCI3分子中磷原子以 sp3杂化，选项 A 错误；sp3杂化轨 道是原子最

22、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、PCI3分子是三角锥形，H20 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C . NH4NO3、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

23、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A . BF3为三角锥形分子II：ll: N : H +B . NH4+的电子式为，离子呈平面正方形结构C. CH4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 s p（键D .甲醛分子为平面三角形，有一个n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

24、道重叠，形成 4 个 s sp3c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 0 原子形成n键，该n键垂直于杂化轨道的平面。9.ClO、CI02、CI03、CI04一中，中心原子 Cl 都是以 sp3杂化轨道方式与 0原子成键，则 CI0的立体构型是_ ; CI02一的立体构型是_；CI03-的立体构型是_； CI04-的立体构型是_。答案直线形 V 形三角锥形正四面体形解析 CI0-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 H20、 NH3、CH4（或 NH4+）0能力提

25、升题10. 如图是甲醛分子的模型，根据该图和所学化学知识回答下列问题：甲醛分子的比例模型甲醛分子的比例模型甲醛分子的球棍模型甲醛分子的球棍模型甲醛分子中碳原子的杂化方式是 _ ，作出该判断的主要理由是下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是 _ （填序号）1单键 双键 c键 n键 c键和n键甲醛分子中 cH 键与 c H 键间的夹角_(填“=”“或“”)120 出现该现象的主要原因是_。答案(1)sp2杂化 甲醛分子的立体构型为平面三角形(3)碳氧双键中存在n键，它对 CH 键的排斥作用较强解析(1)原子的杂化轨道类型不同，分子的立体构型也不同。由图可知，甲 醛分子为平面三角形，所以甲醛分

26、子中的碳原子采取sp2杂化。(2) 醛类分子中都含有 C=O 键，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说， 双键是c键和n键的组合。(3) 由于碳氧双键中存在n键，它对 C H 键的排斥作用较强，所以甲醛分子中 C H 键与 CH 键间的夹角小于 120。11已知 Y、Q、R 元素的特征如下表，请填空:Y原子核外的 L 层有 3 个未成对电子。Q单质常温、常压下是气体，原子的 M 层上有 1 个未成对的 p 电子。R核电荷数是丫与 Q 的核电荷数之和R 的最高化合价为 _ 。R 的一种配合物的化学式为 RCI3 6H2O。已知0.01 mol RCI3 6H2O 在水溶液中用过量硝酸银溶液处理

27、，产生0.02 mol AgCI沉淀。此配合物最可能是_。A. R(H2O)6Cl3B . R(H2O)5ClCl2 H2OC. R(H2O)4Cl2Cl 2H2OD. R(H2O)3Cl3 3H2O答案 + 6 B解析 丫为 N 元素，Q 为 Cl 元素，R 为 Cr 元素。Cr 的价电子排布式为 3d54s1，最高正价为+ 6 价，根据生成沉淀的物质的量其外界应为2 个 C，B 正确。12.已知 A、B、C、D 四种分子所含原子的数目依次为 1、3、6、6,且都含有 18 个电子，B、C 由两种元素的原子组成，且分子中两种原子的个数比均为 1 : 2。D 是假酒中一种有毒的有机物。(1)

28、组成 A 分子的原子的元素符- 号是 _ 。(2) 已知 B 分子的键角为 105,判断该分子构型为 _中心原子杂化类型为_C(3) C 分子为_。(4) D 分子中共有_ 个c键，_个n键。答案(1)Ar(2)V 形 sp3杂化 N2H4(4)5 0解析 本题以 18 电子分子为突破点，考查了键角、共价键的类型、轨道杂化 等知识。根据题目所给信息可以判断出A、B、C、D 四种分子分别为 Ar、H2S、N2H4、CH3OH。H2S 中心 S 原子轨道杂化类型为 sp3杂化，且有两个孤 电子对，所以 H S H 键角为 105立体构型为 V 形。假酒中含有毒的物 质甲醇(CH30H)，在 CH3

29、OH 中有 5 个共价键均为c键，没有n键。13.一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中 的一氧化碳和甲醛(HCHO)。(1)向一定物质的量浓度的 Cu(NO3)2和 Mn(N。3)2溶液中加入 NazCOs溶液，所 得沉淀经高温灼烧，可制得 CuM n2O4。1Mn2*基态的电子排布式可表示为 _ 。2NO3一的空间构型是_ (用文字描述)。在铜锰氧化物的催化下，CO 被氧化为 CO2, HCHO 被氧化为 CO2和 出 0。1根据等电子原理，CO 分子的结构式为 _ 。2H2O 分子中 O 原子轨道的杂化类型为_ 。31 mol CO2中含有的c键数目为

30、_。(3)向 CuSO4溶液中加入过量 NaOH 溶液可生成Cu(OH)42_。不考虑空间构型，Cu(OH)42-的结构可用示意图表示为 _。答案 1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5)平面三角形(2) O sp32X6.02X1023个(或 2 mol)本题考查物质结构与性质，涉及电子排布式、空间构型、杂化方式、HOOH 12-OHCu( (或或L_ HOOH JTOH2-解析化学键的数目以及配位键的表示， 意在考查对结构中的基础知识的掌握情况。(1)Mn 的原子序数为 25,价电子排布式为 3d54s2,失去 4s 上的两个电子，即得 Mn2+0N03-离子中氮原子无孤电子对，结合的原子数为3,则 N 采用 sp2杂化，所以 N03的空间构型为平面三角形。(2)C0 与 N2互为等电子体，根 据氮分子的结构式可以写出 CO 的结构式为 C=OoH2O 中 O 原子存在两对孤 电子对，结合的原子数为 2,杂化轨道数为 4,所以 O 原子采用 sp3杂化。二 氧化碳分子内