2024-2025学年高中化学第2章第2节第2课时杂化轨道理论配合物理论教案新人教版选修3

PAGE7-第2课时杂化轨道理论、协作物理论目标与素养：1.了解杂化轨道理论、杂化类型对立体构型的说明及推断。(微观探析与模型认知)2.了解配位键的特点及形成，了解协作物的理论及其成键特征。(微观探析与科学探究)一、杂化轨道理论简介1．轨道的杂化在外界条件影响下，原子内部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。2．杂化轨道理论说明CH4的正四面体结构C与H形成CH4时，碳原子2s轨道中1个电子汲取能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道发生混杂，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道(其中每个杂化轨道中s成分占1/4，p成分占3/4)，如图1所示；4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使4个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的4个顶点，碳原子以4个sp3_杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—Hσ键，从而形成CH4分子。由于4个C—H键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键角是109°28′，如图2所示。图1CH4分子中碳原子的杂化图23．杂化轨道类型与VSEPR模型的关系杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道及数目1个s轨道1个p轨道1个s轨道2个p轨道1个s轨道3个p轨道杂化轨道的数目234杂化轨道间的夹角180°120°109°28′VSEPR模型直线形平面三角形四面体形4.杂化轨道与共价键类型的关系杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能形成π键；未参与杂化的p轨道可用于形成π键。H2O分子中心原子是什么类型杂化？杂化轨道的作用是什么？[答案]sp3杂化，sp3杂化轨道形成2个σ键，两个sp3杂化轨道分别容纳一对孤电子对。二、协作物理论简介1．配位键(1)配位键是一类“电子对赐予­接受键”，是特别的共价键。(2)表示方法：配位键可以用A→B来表示，其中A供应孤电子对，B接受孤电子对。如：2．配位化合物(1)定义：通常把金属离子(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，简称协作物。(2)协作物的形成举例试验操作试验现象有关离子方程式滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀渐渐溶解，形成深蓝色溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)，Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，[Cu(NH3)4]2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋H2Oeq\o(=,\s\up15(乙醇))[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓溶液颜色变红Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3(3)其他配离子[Ag(NH3)2]＋，[Zn(NH3)4]2＋等。1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)sp3杂化轨道是由随意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道()(2)杂化轨道可用于形成σ键和π键()(3)含有配位键的化合物肯定是配位化合物()(4)在[Cu(NH3)4]2＋中NH3为配体，N为配位原子()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．s轨道和p轨道杂化的类型不行能有()A．sp杂化 B．sp2杂化C．sp3杂化 D．sp4杂化[答案]D3．下列分子或离子的中心原子轨道杂化类型是什么？(1)CO2________；(2)H2S________；(3)SO2________；(4)COeq\o\al(2－,3)________；(5)NHeq\o\al(＋,4)________。[答案](1)sp(2)sp3(3)sp2(4)sp2(5)sp3杂化轨道类型推断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。1．杂化轨道的4点相识(1)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(ns，np)发生杂化，双原子分子中不存在杂化过程。(2)杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等。(3)杂化过程中，轨道的形态发生变更，但杂化轨道的形态相同，能量相等。(4)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，且杂化轨道之间要满意最小排斥原理。2．杂化轨道类型的推断(1)依据杂化轨道数推断：杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子结合的原子数，由杂化轨道数可推断杂化类型。代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp3(2)依据中心原子的价层电子对数推断：2个价层电子对为sp杂化，3个价层电子对为sp2杂化，4个价层电子对为sp3杂化。(3)依据分子或离子的VSEPR模型推断：直线形为sp杂化，平面三角形为sp2杂化，四面体为sp3杂化。(4)依据杂化轨道之间的夹角推断sp3：109°28′，sp2：120°，sp：180°。1．有关杂化轨道的说法不正确的是()A．杂化前后的轨道数目不变，但轨道的形态发生了变更B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°C．四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用杂化轨道理论说明D．杂化轨道全部参与形成化学键[答案]D2．下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来说明的是()①BF3②CH2=CH2③④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③ B．①⑤⑥C．②③④ D．③⑤⑥A[sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形杂化轨道。①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中C原子为sp2杂化，且未杂化的2p轨道形成π键；③同②相像；④乙炔中的C原子为sp杂化；⑤NH3中的N原子为sp3杂化；⑥CH4中的C原子为sp3杂化。]3．写出下列物质的杂化类型与粒子空间构型：(1)CS2____________________；(2)H3O＋___________________；(3)NOeq\o\al(－,3)____________________；(4)SOeq\o\al(2－,4)____________________。[答案](1)sp，直线形(2)sp3，三角锥形(3)sp2，平面三角形(4)sp3，正四面体形(1)sp杂化和sp2杂化的两种形式中，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。(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不肯定相同，中心原子杂化类型相同时孤电子对越多，键角越小。例如，NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均为sp3杂化，但是键角分别为107°和109°28′。配位键与协作物1.配位键：电子对赐予­接受键，可用A→B表示，A为配体中配位原子，B为接受电子对的中心原子或离子。2．协作物(1)协作物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图表示。①中心原子：供应空轨道能接受孤电子对的原子或金属阳离子。协作物的中心原子一般是带正电荷的阳离子，最常见的是过渡金属的原子或离子。②配体：含有孤电子对的原子、分子或阴离子。a．阴离子：如X－(卤素离子)、OH－、SCN－、CN－、RCOO－、POeq\o\al(3－,4)等。b．分子：如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。c．原子：常为ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的原子。③配位数：干脆同中心原子配位的原子或离子的数目叫中心原子的配位数。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为6，[Cu(NH3)4]Cl2中Cu2＋的配位数为4。④协作物离子的电荷数：等于中心原子或离子与配位体总电荷数的代数和。如[Co(NH3)5Cl]n＋中，中心离子为Co3＋，则n＝2。(2)形成协作物的条件①配体有孤电子对。②中心原子有空轨道。(3)协作物的稳定性协作物具有肯定的稳定性。协作物中的配位键越强，协作物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，协作物的稳定性与配体的性质有关。(4)协作物形成时性质的变更①颜色的变更，如Fe(SCN)3的形成。②溶解度的变更，如AgCl→[Ag(NH3)2]＋。4．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是()A．X、Y只能均是分子B．X、Y只能均是离子C．若X供应空轨道，则Y至少要供应一对孤电子对D．若X供应空轨道，则配位键表示为X→Y[答案]C5．Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的协作物：P：[Co(NH3)5Br]SO4，Q：[Co(SO4)(NH3)5]Br。向P、Q的溶液中分别加入BaCl2溶液后，下列有关说法错误的是()A．Q溶液中会产生白色沉淀B．P溶液中会产生白色沉淀C．Q中SOeq\o\al(2－,4)是配体D．P、Q的配位数均是6A[由P、Q的化学式知P的外界是SOeq\o\al(2－,4)，Q的外界是Br－，在溶液中前者能电离出大量的SOeq\o\al(2－,4)而后者不能，故Q溶液中不能产生白色沉淀。]6．(1)在[Ni(NH3)6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为__________，供应孤电子对的成键原子是________。(2)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，缘由是_________(用离子方程式表示，已知AlFeq\o\al(3－,6)在溶液中可稳定存在)。(3)协作物[Cr(H2O)6]3＋中，与Cr3＋形成配位键的原子是________(填元素符号)。[解析](1)Ni2＋与NH3之间形成共价键时，Ni2＋供应空轨道，N供应孤电子对，形成配位键。(2)CaF2中存在沉淀溶解平衡：CaF2(s)Ca2＋(aq)＋2F－(aq)，溶液中的F－与Al3＋形成配位离子AlFeq\o\al(3－,6)，使沉淀溶解平衡向右移动，导致氟化钙溶解。(3)H2O分子中的O原子有孤对电子，能与Cr3＋形成配位键。[答案](1)配位键N(2)3CaF2＋Al3＋=3Ca2＋＋AlFeq\o\al(3－,6)(3)O1．能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为()[答案]D2．下图是乙烯分子的模型，对乙烯分子中的化学键分析正确的是()A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键C．C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未能参与杂化的2p轨道形成的π键D．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未能参与杂化的2p轨道形成的π键A[乙烯分子中存在4个C—H键和1个C=C键，C原子上孤电子对数为0，σ键电子对数为3，则C原子实行sp2杂化，C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，还有1个是未参与杂化的2p轨道形成的π键。]3．下列不能形成配位键的组合是()A．Ag＋NH3 B．H2OH＋C．Co3＋CO D．Ag＋H＋[答案]D4．用过量的AgNO3溶液处理含0.01mol氯化铬(CrCl3·6H2O)的水溶液，生成0.02mol的AgCl沉淀，此氯化铬最可能是()A．[Cr(H2O)6]Cl3B．[CrCl(H2O)5]Cl2·H2OC．[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2OD．[CrCl3(H2O)3]·3H2OB[与Ag＋反应生成AgCl沉淀的Cl－是由协作物在水溶液中电离出来的，因此在该协作物中1个Cl－在内界，2个Cl－在外界。]5．下图是甲醛分子的模型。依据该图和所学化学键学问回答下列问题：甲醛分子的比例模型甲醛分子的球棍模型(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式