第二课时杂化轨道理论配合物理论
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[课标要求]
1．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，并能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。
2．能说明简单配合物的成键情况。
1．杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的一种价键理论。常见的杂化类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。
2．价层电子对数为2、3、4时，中心原子分别是sp、sp2、sp3杂化。
3．sp杂化得到两个夹角为180°的直线形杂化轨道，sp2杂化得到三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道，sp3杂化得到四个夹角为109°28′的四面体形杂化轨道。
4．由一个原子单方面提供而另一个原子接受孤电子对形成的共价键为配位键，金属离子或原子与某些分子或离子，通过配位键形成配位化合物。
1．轨道的杂化与杂化轨道
(1)概念：
①轨道的杂化：原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成与原轨道数相等的一组新轨道的过程。
②杂化轨道：杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道。
(2)杂化轨道类型：
杂化类型 sp sp2 sp3 参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道和1个p轨道 1个s轨道和2个p轨道 1个s轨道和3个p轨道 杂化轨道的数目 __2__ __3__ __4__
[特别提醒]
(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，轨道的形状发生变化，但杂化轨道的形状相同，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。
2．杂化轨道类型与分子立体构型的关系
杂化类型 sp sp2 sp3 杂化轨道间的夹角 __180°__ __120°__ __109°28′__ 立体构型名称 直线形 平面三角形 正四面体形 实例 CO2、C2H2 BF3、HCHO CH4、CCl4
[特别提醒]
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，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。
1．已知：NCl3分子的立体构型为三角锥形，则氮原子的杂化方式是什么？
提示：sp3。
2．已知：C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是什么？
提示：sp2。
3．已知：SO3、SO2分子中，S原子上的价层电子对数均为3，则硫原子的杂化方式是什么？
提示：sp2。
判断中心原子杂化轨道类型的方法
(1)根据杂化轨道的立体构型判断：
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生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，则中心原子发生sp杂化。
(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：
①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；
②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；
③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
(3)根据中心原子的价层电子对数判断：
①若价层电子对数为2，则中心原子发生sp杂化；
②若价层电子对数为3，则中心原子发生sp2杂化；
③若价层电子对数为4，则中心原子发生sp3杂化。
(4)根据中心原子上有无π键及π键数目判断：
①若没有π键，则为sp3杂化；
②若有一个π键，则为sp2杂化；
③若有两个π键，则为sp杂化。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)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()
(2)中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型可能是四面体形、三角锥形或V形()
(3)同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化()
(4)杂化轨道能量集中，有利于牢固成键()
答案：(1)×(2)√(3)√(4)√
2．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有()
A．sp杂化 B．sp2杂化
C．sp3杂化 D．sp4杂化
解析：选Dnp轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化；②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化；③sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。
3．sp3杂化形成的AB4型分子的立体构型是()
A．平面四方形 B．四面体
C．四角锥形 D．平面三角形
解析：选Bsp3杂化形成的AB4型分子没有未成键的孤对电子，故其立体构型应为四面体形，例如CH4、CF4等。
1．配位键
(1)概念：由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道接受孤电子对形成的共价键，即“电子对给予－接受键”，是一类特殊的共价键。
(2)表示方法：配位键可以用A→B来表示，其中A是提供孤电子对的原子，B是接受孤电子对的原子。
例如：
2．配位化合物
(1)概念：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)形成条件
①配体有孤电子对；
②中心原子有空轨道。
(3)配合物的形成举例
实验操作 实验现象 有关离子方程式 滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出深蓝色晶体 Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH，Cu(OH)2＋4NH3===
[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，
[Cu(NH3)4]2＋＋SO＋H2O
===[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 溶液颜色变成红色 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
向ZnCl2溶液中逐滴加入氨水至过量，最终会生成[Zn(NH3)4]Cl2。
(1)配合物[Zn(NH3)4]Cl2的中心原子、配体、配位数分别是什么？
(2)请描述过程中产生的实验现象？
提示：(1)Zn、NH3、4。
(2)溶液先变浑浊，生成白色沉淀，后沉淀溶解，溶液变澄清。
1．配合物的组成
一般中心原子(或离子)的配位数为2、4、6。
2．配合物形成时性质的改变
(1)溶解度的改变：一些难溶于水的金属化合物形成配合物后，易溶解，如AgCl―→[Ag(NH3)2]＋。
(2)颜色的改变：当简单离子形成配合物时颜色会发生改变，如Fe(SCN)3的形成。利用此性质可检验离子的存在。
(3)稳定性改变：形成配合物后，物质的稳定性增强。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤电子对()
(2)配位键是一种特殊的共价键()
(3)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子()
(4)共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子()
答案：(1)√(2)√(3)√(4)×
2．下列过程与配合物的形成无关的是()
A．除去Fe粉中的SiO2可用强碱溶液
B．向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失
C．向FeCl3溶液中加入KSCN溶液
D．向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失
解析：选AA项，除去Fe粉中的SiO2是利用SiO2可与强碱反应的化学性质，与配合物的形成无关；B项，AgNO3与氨水反应首先生成AgOH沉淀，继续反应生成了配合物离子[Ag(NH3)2]＋；C项，Fe3＋与KSCN反应生成了配合物离子[Fe(SCN)n]3－n；D项，CuSO4与氨水反应生成了配合物离子[Cu(NH3)4]2＋。
[三级训练·节节过关]
1．下列分子中，中心原子的杂化轨道类型相同的是()
A．CO2与SO2 B．CH4与NH3
C．BeCl2与BF3 D．C2H4与C2H2
解析：选BCO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，A不正确；CH4为sp3杂化，NH3也为sp3杂化，B正确；BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，C不正确；C2H4为sp2杂化，C2H2为sp杂化，D不正确。
2．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是()
A．sp杂化轨道的夹角最大
B．sp2杂化轨道的夹角最大
C．sp3杂化轨道的夹角最大
D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
解析：选Asp、sp2、sp3杂化轨道的夹角分别为180°、120°、109°28′。
3．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()
A．[Co(NH3)4Cl2]Cl B．[Co(NH3)3Cl3]
C．[Co(NH3)6]Cl3 D．[Co(NH3)5Cl]Cl2
解析：选B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。而B项的配合物[Co(NH3)3Cl3]分子中，Co3＋、NH3、Cl－全处于内界，很难电离，不存在Cl－，所以加入AgNO3溶液不能生成AgCl沉淀。
4．根据价层电子对互斥理论及原子的轨道杂化理论判断NF3分子的立体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
解析：选D在NF3分子中，N原子价层电子对数为4，可知中心原子的杂化方式为sp3杂化，立体构型为三角锥形。
5．下图是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题：
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是____________________________________，
作出该判断的主要理由是____________________________________________。
(2)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②双键③σ键④π键⑤σ键和π键
(3)甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角________(填“＝”“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是____________________________________________________
________________________________________________________________________。
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σ键和π键的组合。
(3)由于碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。
答案：(1)sp2杂化甲醛分子的立体结构为平面三角形(2)②⑤(3)<碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强
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