2024高中化學(xué)第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)第2課時雜化軌道理論配合物理論教案新人教版選修3

PAGE10-第2課時雜化軌道理論協(xié)作物理論[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解雜化軌道理論及常見的雜化軌道類型(sp，sp2，sp3)，并能依據(jù)雜化軌道理論推斷簡潔分子或離子的構(gòu)型。2.能說明簡潔協(xié)作物的成鍵狀況。學(xué)生自主學(xué)習(xí)一、雜化軌道理論簡介1．雜化軌道理論雜化軌道理論是一種eq\o(□,\s\up3(01))價鍵理論，是鮑林為了說明分子的eq\o(□,\s\up3(02))立體構(gòu)型提出的。(1)軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。(2)雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。2．雜化軌道的類型(1)sp3雜化軌道sp3雜化軌道是由eq\o(□,\s\up3(03))1個s軌道和eq\o(□,\s\up3(04))3個p軌道雜化形成的。sp3雜化軌道間的夾角是109°28′，立體構(gòu)型為eq\o(□,\s\up3(05))正四面體形(如下圖所示)。(2)sp2雜化軌道sp2雜化軌道是由eq\o(□,\s\up3(06))1個s軌道和eq\o(□,\s\up3(07))2個p軌道雜化而成的。sp2雜化軌道間的夾角是eq\o(□,\s\up3(08))120°，呈eq\o(□,\s\up3(09))平面三角形(如下圖所示)。(3)sp雜化軌道sp雜化軌道是由eq\o(□,\s\up3(10))1個s軌道和eq\o(□,\s\up3(11))1個p軌道雜化而成的。sp雜化軌道間的夾角是eq\o(□,\s\up3(12))180°，呈eq\o(□,\s\up3(13))直線形(如下圖所示)。特殊說明：sp、sp2兩種雜化形式中還有未參加雜化的p軌道，可用于形成π鍵，而雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納未參加成鍵的孤電子對。二、協(xié)作物理論簡介1．配位鍵在四水合銅離子中，銅離子與水分子之間的化學(xué)鍵是由水分子供應(yīng)eq\o(□,\s\up3(01))孤電子對賜予銅離子，銅離子接受水分子的孤電子對形成的，這類eq\o(□,\s\up3(02))“電子對賜予-接受鍵”被稱為配位鍵。2．協(xié)作物(1)定義：eq\o(□,\s\up3(03))金屬離子(或原子)與某些分子或離子(稱為配體)以eq\o(□,\s\up3(04))配位鍵結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱協(xié)作物。(2)協(xié)作物的形成舉例。1．為什么H2O分子的鍵角既不是90°也不是109°28′，而是105°？提示：因?yàn)镠2O分子的中心原子O的價電子排布式為2s22p4，O原子實(shí)行sp3雜化，形成4個sp3雜化軌道。其中兩個軌道各有一個未成對電子，與氫原子成鍵；另兩個軌道則各有一對孤電子對，它們未參加成鍵。孤電子對與成鍵電子對的排斥作用使O—H鍵之間的夾角被壓縮到105°。所以，水分子呈V形，鍵角為105°。2．在四水合銅離子中，銅離子與水分子之間的配位鍵是如何形成的？該配位鍵如何表示？提示：在四水合銅離子中，銅離子與水分子之間的配位鍵是由水分子供應(yīng)孤電子對賜予銅離子，銅離子接受水分子的孤電子對形成的，該離子可表示為課堂互動探究一、推斷中心原子雜化軌道類型的方法(1)依據(jù)雜化軌道的立體構(gòu)型推斷①若雜化軌道在空間的分布為四面體，則中心原子發(fā)生sp3雜化；②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則中心原子發(fā)生sp2雜化；③若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則中心原子發(fā)生sp雜化。(2)依據(jù)雜化軌道之間的夾角推斷①若雜化軌道之間的夾角為109°28′，則中心原子發(fā)生sp3雜化；②若雜化軌道之間的夾角為120°，則中心原子發(fā)生sp2雜化；③若雜化軌道之間的夾角為180°，則中心原子發(fā)生sp雜化。(3)依據(jù)中心原子的價層電子對數(shù)推斷①若價層電子對數(shù)為2，則中心原子發(fā)生sp雜化；②若價層電子對數(shù)為3，則中心原子發(fā)生sp2雜化；③若價層電子對數(shù)為4，則中心原子發(fā)生sp3雜化。[即時練]1．下列關(guān)于雜化軌道的敘述中，不正確的是()A．分子的中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子不肯定為正四面體結(jié)構(gòu)B．雜化軌道可用于形成σ鍵、π鍵或用于容納未參加成鍵的孤電子對C．雜化前后的軌道數(shù)不變，但軌道的形態(tài)發(fā)生了變更D．sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109°28′、120°、180°答案B解析分子的中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子不肯定為正四面體結(jié)構(gòu)，可能是三角錐形或V形，如NH3是三角錐形、H2O是V形，故A正確；雜化軌道用來形成σ鍵或容納孤電子對，未雜化的軌道可用來形成π鍵，故B錯誤；雜化前后原子軌道數(shù)目不變，但雜化后軌道形態(tài)發(fā)生變更，各個軌道盡可能分散、對稱分布，故C正確；sp3、sp2、sp雜化軌道夾角分別為109°28′、120°、180°，故D正確。2．通過計(jì)算推斷下列中心原子的雜化軌道類型(帶“·”的原子為中心原子)。答案①4sp3②3sp2③4sp3④4sp3⑤4sp3解析依據(jù)雜化軌道數(shù)＝中心原子孤對電子數(shù)＋中心原子結(jié)合的原子數(shù)，以及雜化軌道數(shù)為2時雜化方式為sp，雜化軌道數(shù)為3時雜化方式為sp2，雜化軌道數(shù)為4時雜化方式為sp3，可得出正確答案。二、協(xié)作物理論簡介1．配位鍵(1)配位鍵：成鍵的一方供應(yīng)孤電子對(配體)，另一方供應(yīng)空軌道而形成的“電子對賜予-接受鍵”，叫做配位鍵。(2)配體：應(yīng)含有孤電子對，可以是分子，也可以是離子，如NH3、H2O、F－、OH－等。(3)成鍵條件：形成配位鍵的一方能夠供應(yīng)孤電子對，另一方具有能夠接受孤電子對的空軌道。(4)配位鍵的表示方法：(5)配位鍵與一般共價鍵的異同①配位鍵實(shí)質(zhì)上是一種特殊的共價鍵。②配位鍵與一般共價鍵只是在形成過程上有所不同。配位鍵的共用電子對由成鍵原子單方面供應(yīng)，一般共價鍵的共用電子對則由成鍵原子雙方共同供應(yīng)，但它們的實(shí)質(zhì)是相同的，都是由成鍵原子雙方共用，如配離子③同共價鍵一樣，配位鍵可以存在于分子之中[如Ni(CO)4]，也可以存在于離子之中(如NHeq\o\al(＋,4))。2．協(xié)作物的組成協(xié)作物由中心原子或離子(供應(yīng)空軌道)和配體(供應(yīng)孤電子對)組成，分為內(nèi)界和外界，以[Cu(NH3)4]SO4為例表示為3．協(xié)作物的形成對性質(zhì)的影響(1)對溶解性的影響一些難溶于水的金屬氫氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨的溶液中，或依次溶解于含過量的OH－、CI－、Br－、I－、CN－的溶液中，形成可溶性的協(xié)作物。如Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－。(2)顏色的變更Fe3＋與SCN－形成硫氰化鐵配離子，其溶液顯紅色。(3)穩(wěn)定性增加協(xié)作物具有肯定的穩(wěn)定性，協(xié)作物中的配位鍵越強(qiáng)，協(xié)作物越穩(wěn)定。當(dāng)作為中心離子的金屬離子相同時，協(xié)作物的穩(wěn)定性與配體的性質(zhì)有關(guān)。例如，血紅素中的Fe2＋與CO分子形成的配位鍵比Fe2＋與O2分子形成的配位鍵強(qiáng)，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結(jié)合后，就很難再與O2分子結(jié)合，血紅素失去輸送氧氣的功能，從而導(dǎo)致人體CO中毒。[即時練]3．下列不是協(xié)作物的是()A．[Cu(NH3)4]SO4·H2OB．[Ag(NH3)2]OHC．KAl(SO4)2·12H2OD．Fe(SCN)3答案C解析A、B、D三項(xiàng)均為協(xié)作物，C項(xiàng)為復(fù)鹽，不是協(xié)作物。4．有兩種協(xié)作物A、B，化學(xué)式都是CoCl3·5NH3·H2O，中心離子的配位數(shù)都為6。試依據(jù)下面的試驗(yàn)結(jié)果，確定它們的配離子、中心離子和配位體。(1)A和B的水溶液呈微酸性，向其中加入強(qiáng)堿并加熱至沸騰，有NH3放出，同時有Co2O3的沉淀。(2)向A和B的溶液中，加入AgNO3后均有AgCl沉淀。(3)沉淀過濾后，再加AgNO3均無變更，但加熱至沸騰，B溶液又有AgCl沉淀生成，其沉淀量為原來B溶液的一半。答案A：[Co(NH3)5·H2O]Cl3，配離子為[Co(NH3)5·H2O]3＋，中心離子為Co3＋，配位體NH3、H2OB：[Co(NH3)5Cl]Cl2·H2O，配離子為[Co(NH3)5Cl]2＋，中心離子為Co3＋，配位體NH3、Cl－。解析依據(jù)試驗(yàn)(1)可知：兩種物質(zhì)配離子被破壞而放出NH3。依據(jù)(2)可知：Cl－為外界，加AgNO3后有沉淀析出。由(3)可知：A再滴加AgNO3，加熱前后無變更，證明Cl－全是外界，而B再滴加AgNO3加熱后，沉淀量為原來的一半，證明有2個Cl－在外界，1個Cl－在內(nèi)界，所以A為[Co(NH3)5·H2O]Cl3，B為[Co(NH3)5Cl]Cl2·H2O。規(guī)律方法協(xié)作物中外界離子能電離出來，內(nèi)界離子不能電離出來，通過試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)可以確定內(nèi)界和外界離子的個數(shù)，從而可以確定配離子、中心離子和配位體。學(xué)習(xí)效果檢測1．下列說法正確的是()A．H2SO4分子中三種原子均以雜化軌道成鍵B．NHeq\o\al(＋,4)的電子式為，該離子呈平面正方形C．CH4分子中的4個C—H鍵都是由氫原子的1s軌道與碳原子的2p軌道重疊形成的D．CH4分子中碳原子的sp3雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C—H鍵答案D解析H2SO4分子中H、O原子沒有發(fā)生軌道雜化，A錯誤；NHeq\o\al(＋,4)呈正四面體形，B錯誤；CH4分子中碳原子的2s軌道與2p軌道進(jìn)行雜化形成4個sp3雜化軌道，然后碳原子的sp3雜化軌道與氫原子的1s軌道重疊形成C—Hσ鍵，C錯誤，D正確。2．以下微粒中不含配位鍵的是()①NHeq\o\al(＋,4)②CH4③OH－④NH3⑤N2Heq\o\al(＋,5)⑥Fe(SCN)3⑦H3O＋⑧Ag(NH3)2OHA．①②④⑦⑧ B．①④⑥⑦⑧C．③④⑤⑥⑦ D．②③④答案D解析①氨氣分子中氮原子含有孤電子對，氫離子供應(yīng)空軌道，可以形成配位鍵，NHeq\o\al(＋,4)中含有配位鍵；②甲烷的電子式為，無空軌道，無孤電子對，CH4中不含配位鍵；③OH－的電子式為[Heq\o\al(·,·)eq\o(O,\s\up6(··),\s\do4(··))eq\o\al(·,·)]－，無空軌道，OH－中不含配位鍵；④氨氣分子中氮原子含有孤電子對，但沒有形成配位鍵；⑤氫離子供應(yīng)空軌道，N2H4中的氮原子供應(yīng)孤電子對，能夠形成配位鍵，故N2Heq\o\al(＋,5)中含有配位鍵；⑥SCN－的電子式是[eq\o\al(·,·)eq\o(S,\s\up6(··),\s\do4(··))eq\o\al(·,·)C??Neq\o\al(·,·)]－，鐵離子供應(yīng)空軌道，硫原子供應(yīng)孤電子對，F(xiàn)e(SCN)3中含有配位鍵；⑦H3O＋中氧原子供應(yīng)孤電子對，H＋供應(yīng)空軌道，二者形成配位鍵，H3O＋中含有配位鍵；⑧Ag＋有空軌道，NH3中的氮原子有孤電子對，可以形成配位鍵，Ag(NH3)2OH中含有配位鍵。3．小明同學(xué)上網(wǎng)查閱了如下資料：中心原子雜化類型的推斷方法：1公式：n＝中心原子的價電子數(shù)＋配位原子的成鍵電子數(shù)±電荷數(shù)÷2。說明：配位原子為氧原子或硫原子時，成鍵電子數(shù)看為0；當(dāng)電荷數(shù)為正值時，公式中取“－”號，當(dāng)電荷數(shù)為負(fù)值時，公式中取“＋”號。2依據(jù)n值推斷雜化類型：,當(dāng)n＝2時為sp雜化；n＝3時為sp2雜化；n＝4時為sp3雜化。請運(yùn)用該方法計(jì)算下列微粒的n值，并推斷中心原子的雜化類型。(1)NH3：n＝________，________雜化。(2)NOeq\o\al(－,3)：n＝________，________雜化。(3)NHeq\o\al(＋,4)：n＝________，________雜化。(4)SO2：n＝________，________雜化。答案(1)4sp3(2)3sp2(3)4sp3(4)3sp2解析(1)NH3中n＝eq\f(5＋3,2)＝4，N為sp3雜化。(2)NOeq\o\al(－,3)中n＝eq\f(5＋0＋1,2)＝3，N為sp2雜化。(3)NHeq\o\al(＋,4)中n＝eq\f(5＋4－1,2)＝4，N為sp3雜化。(4)SO2中n＝eq\f(6＋0,2)＝3，S為sp2雜化。4．配位化學(xué)創(chuàng)始人維爾納發(fā)覺，取CoCl3·6NH3(黃色)、CoCl3·5NH3(紫紅色)、CoCl3·4NH3(綠色)和CoCl3·4NH3(紫色)四種化合物各1mol分別溶于水，加入足量硝酸銀溶液，生成氯化銀沉淀的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol、1mol和1mol。(1)請依據(jù)試驗(yàn)事好用協(xié)作物的形式寫出它們的化學(xué)式。CoCl3·6NH3________________，CoCl3·5NH3________________，CoCl3·4NH3(綠色和紫色)________________。(2)后兩種物質(zhì)的組成相同而顏色不同的緣由是____________________。(3)上述協(xié)作物中，中心離子的配位數(shù)都是________。答案(1)[Co(NH3)6]Cl3[Co(NH3)5Cl]Cl2[Co(NH3)4Cl2]Cl(2)空間構(gòu)型不同(3)6解析(1)1molCoCl3·6NH3與AgNO3反應(yīng)只生成3molAgCl，則1molCoCl3·6NH3中有3molCl－為外界離子，鈷的配位數(shù)為6，配體為NH3，所以其化學(xué)式為[Co(NH3)6]Cl3；1molCoCl3·5NH3與AgNO3反應(yīng)只生成2molAgCl，則1molCoCl3·5NH3中有2molCl－為外界離子，鈷的配位數(shù)為6，配體為NH3和Cl－，所以其化學(xué)式為[Co(NH3)5Cl]Cl2；