高中化学 第二章 分子结构与性质 2_2_2 杂化轨道理论与配合物理论简介 新人教版选修3

1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,一、杂化轨道理论简介 1.杂化轨道理论是一种价键理论,是鲍林为了解释分子的立体构型提出的。轨道在混杂时,轨道的总数保持不变,得到的新轨道称为杂化轨道,所得的杂化轨道完全相同,目标导航,预习导引,一,二,2.杂化的过程 杂化轨道理论认为在形成分子时,通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。如碳原子的基态电子排布为1s22s22p2,其2s能级上的1个电子跃迁到2p能级上,则形成激发态1s22s12p3 ,此时2s与2p轨道的能量不相同,然后1个2s轨道与3个、2个或1个2p轨道混合而形成4个、3个或2个能量相等,成分相同,电子云形状(原子轨道的电子云轮

2、廓图)完全相同的新的原子轨道,此过程即为杂化,形成的新的原子轨道分别称为sp3、sp2、sp杂化轨道,每个杂化轨道中有1个未成对电子且自旋方向相同,再与其他原子中的电子发生电子云重叠而形成键,sp3杂化可表示如下,目标导航,预习导引,一,二,3.杂化轨道的分类 对于非过渡元素,由于ns和np能级接近,往往采用s、p轨道杂化,而s、p轨道杂化又分为: (1)sp杂化:一个ns轨道和一个np轨道间的杂化。 (2)sp2杂化:一个ns轨道和两个np轨道间的杂化。 (3)sp3杂化:一个ns轨道和三个np轨道间的杂化,目标导航,预习导引,一,二,答案:在乙烯分子中C原子由一个s轨道和两个p轨道进行杂化

3、,组成三个等同的sp2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。乙烯中的两个碳原子各用一个sp2轨道重叠形成一个CC 键外,又各以两个sp2轨道分别和两个氢原子的1s轨道重叠,形成四个键,这样形成的五个键在同一平面上,每个C原子还剩下一个p轨道,它们垂直于这五个键所在的平面,形成键。在乙炔分子中碳原子由一个2s轨道和一个2p轨道杂化,组成两个sp杂化轨道。两个sp杂化轨道的夹角为180,在乙炔分子中,两个碳原子各以一个sp杂化轨道互相重叠,形成一个CC 键,每一个碳原子又各以一个sp杂化轨道分别与一个氢原子形成键,此外每个碳原子还有两个互相垂直的未杂化的p轨道,它们与另一个

4、碳原子的两个p轨道两两重叠形成两个键,分析CH2 CH2和CHCH的中心原子的轨道杂化情况和成键情况,目标导航,预习导引,一,二,二、配合物理论简介 1.配位键 (1)定义:配位键是共用电子对由一个原子单方面提供而与另一个原子形成的共价键,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;B是接受孤电子对的原子。例如,目标导航,预习导引,一,二,2.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

5、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: (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,目标导航,预习导引,一,二,气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物,分子中原子间的成键关系为。请将图中你认为是配位键的斜线加上箭头。 解析:配位键的箭头指向提供空轨道的一方。氯原子最外层有7个电子,通过一对共用电子对就可以形成一个单键,另有三对孤电子对。所以氯化铝(Al2Cl6)中氯原子同时与两个铝原子形成的共价键,有一个是配位键,氯原子提供孤电子对,铝原子提供空

6、轨道,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一、常见的杂化类型,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.2s轨道与3p轨道能否形成杂化轨道? 答案:不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与3p不在同一能层,能量相差较大。 2.杂化轨道与共价键的类型的关系是怎样的? 答案:杂化轨道只能用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对,不能形成键;未参与杂化的p轨道可用于形成键,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,例1】 根据价层电子对互斥理论及原子的轨道杂化理论判断PCl3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

7、.三角锥形sp2杂化D.三角锥形sp3杂化 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PCl3分子中P原子上的孤电子对数为1,与其相连的原子数为3,所以根据价层电子对互斥理论可推知PCl3的立体构型为三角锥形,根据轨道杂化理论可知中心原子的杂化方式为sp3杂化。 答案:D,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,在乙烯分子中有5个键、1个键,它们分别是()(导学号52700028) A.sp2杂化轨道形成键,未杂化的2p轨道形成键 B.sp2杂化轨道形成键,未杂化的2p轨道形成键 C.C、H之间是sp2杂化轨道形成的键,C、C之间是未参与杂化的2

8、p轨道形成的键 D.C、C之间是sp2杂化轨道形成的键,C、H之间是未参与杂化的2p轨道形成的键 解析:乙烯中的C原子采取sp2杂化,有两个杂化轨道分别与H原子形成键,另一个杂化轨道与另一个碳原子的杂化轨道形成键,两个碳原子中没有参与杂化的2p轨道形成键。 答案:A,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,二、配位化合物的组成 配位化合物Cu(NH3)4SO4中Cu2+称为中心离子;4个配位NH3分子叫配体,4称为配位数。 1.中心离子:配合物的中心离子一般都是带正电的阳离子,过渡金属离子最常见。 2.配体:配体可以是阴离子,如X-(卤素离子)、OH-、SCN-、CN-等;也可以是中性分子,如H

9、2O、NH3、CO等。 3.配位原子:是指配位体中直接同中心离子配合的原子,如NH3中的N原子,H2O分子中的O原子。 4.配位数:直接同中心离子(或原子)配位的原子的数目叫中心离子(或原子)的配位数,如Cu(NH3)42+的配位数为4,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,例2】 元素周期表中第四周期元素由于受3d电子的影响,性质的递变规律与短周期元素略有不同,第四周期中过渡元素中的钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌等元素的明显特征是能形成多种多样的配合物。试根据所学知识解决以下问题: (导学号52700029) (1)已知A是有“生物金属”之称的金属,A4+和氩原子的核外电子排布相同。则A的基

10、态原子的外围电子排布式为。 (2)与A同周期的另一种元素钴(Co)可形成分子式均为Co(NH3)5BrSO4的两种配合物,其中一种化学式为Co(NH3)5BrSO4,往其溶液中加BaCl2溶液时,将产生白色沉淀现象;往另一种配合物的溶液中加入BaCl2溶液时,无明显现象,若加入AgNO3溶液时,产生淡黄色沉淀,则第二种配合物的化学式为,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3)Cu2+能与NH3、H2O、Cl-等形成配位数为4的配合物。 Cu(NH3)42+具有对称的立体构型,Cu(NH3)42+中的两个NH3被两个Cl-取代,能得到两种不同结构的产物,则Cu(NH3)42+的立体构型为。 往

11、浓CuSO4溶液中加入过量较浓的氨水直到原先生成的沉淀恰好溶解为止,得到深蓝色溶液。小心加入约和溶液等体积的C2H5OH并使之分成两层,静置。经过一段时间后可观察到在两层“交界处”下部析出深蓝色Cu(NH3)4SO4H2O晶体,最后晶体析出在容器的底部。请回答: a.为什么要加C2H5OH?。 b.小心慢加和快速加C2H5OH(快加不易形成分层),请估计实验现象有何不同?。 c.如将深蓝色溶液加热,可能得到什么结果,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析:(1)被称为“生物金属”的是金属钛,其原子序数为22,故核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2。 (2)由题中的“加

12、入BaCl2溶液时,将产生白色沉淀现象”可知,第一种配合物在水溶液中能电离出 ,而第二种配合物中加入BaCl2溶液时,无现象,加入AgNO3溶液时,产生淡黄色沉淀,故第二种配合物在溶液中只电离出Br-,因此化学式为Co(SO4)(NH3)5Br。 (3)如果Cu(NH3)42+是正四面体形结构,则NH3被Cl-取代后,只会得到一种结构(类似于CH2Cl2),如果得到两种结构,则Cu(NH3)42+只能是平面正方形结构。加入乙醇的目的是为了减小离子化合物Cu(NH3)4SO4H2O的溶解度;如果乙醇的加入速度过快,析出的晶体颗粒会很小,只有慢慢加入才能得到较大的晶体;将深蓝色溶液加热后,由于NH3的挥发,将不再存在配合物,故生成蓝色沉淀Cu(OH)2,同时生成(NH4)2SO4,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,答案:(1)3d24s2 (2)Co(SO4)(NH3)5Br (3)平面正方形a.加C2H5OH,减小“溶剂”(C2H5OH和H2O)的极性,降低离子化合物 Cu(NH3)4SO4H2O的溶解度b.快速加C2H5OH会析出小晶体,而慢加乙醇会析出大晶体c.生成Cu(OH)2沉淀,同时生成(NH4)