2024-2025學年高中化學第2章第2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

PAGE7-第2課時雜化軌道理論、協(xié)作物理論目標與素養(yǎng)：1.了解雜化軌道理論、雜化類型對立體構(gòu)型的說明及推斷。(微觀探析與模型認知)2.了解配位鍵的特點及形成，了解協(xié)作物的理論及其成鍵特征。(微觀探析與科學探究)一、雜化軌道理論簡介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．雜化軌道理論說明CH4的正四面體結(jié)構(gòu)C與H形成CH4時，碳原子2s軌道中1個電子汲取能量躍遷到2p空軌道上，這個過程稱為激發(fā)，但此時各個軌道的能量并不完全相同，于是1個2s軌道和3個2p軌道發(fā)生混雜，形成能量相等、成分相同的4個sp3雜化軌道(其中每個雜化軌道中s成分占1/4，p成分占3/4)，如圖1所示；4個sp3雜化軌道上的電子間相互排斥，使4個雜化軌道指向空間距離最遠的正四面體的4個頂點，碳原子以4個sp3_雜化軌道分別與4個氫原子的1s軌道重疊，形成4個C—Hσ鍵，從而形成CH4分子。由于4個C—H鍵完全相同，所以形成的CH4分子為正四面體形，鍵角是109°28′，如圖2所示。圖1CH4分子中碳原子的雜化圖23．雜化軌道類型與VSEPR模型的關(guān)系雜化類型spsp2sp3參與雜化的原子軌道及數(shù)目1個s軌道1個p軌道1個s軌道2個p軌道1個s軌道3個p軌道雜化軌道的數(shù)目234雜化軌道間的夾角180°120°109°28′VSEPR模型直線形平面三角形四面體形4.雜化軌道與共價鍵類型的關(guān)系雜化軌道只能用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對，不能形成π鍵；未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。H2O分子中心原子是什么類型雜化？雜化軌道的作用是什么？[答案]sp3雜化，sp3雜化軌道形成2個σ鍵，兩個sp3雜化軌道分別容納一對孤電子對。二、協(xié)作物理論簡介1．配位鍵(1)配位鍵是一類“電子對賜予-接受鍵”，是特別的共價鍵。(2)表示方法：配位鍵可以用A→B來表示，其中A供應孤電子對，B接受孤電子對。如：2．配位化合物(1)定義：通常把金屬離子(或原子)與某些分子或離子(稱為配體)以配位鍵結(jié)合形成的化合物，簡稱協(xié)作物。(2)協(xié)作物的形成舉例試驗操作試驗現(xiàn)象有關(guān)離子方程式滴加氨水后，試管中首先出現(xiàn)藍色沉淀，氨水過量后沉淀漸漸溶解，形成深藍色溶液，滴加乙醇后析出深藍色晶體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↓溶液顏色變紅Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3(3)其他配離子[Ag(NH3)2]＋，[Zn(NH3)4]2＋等。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)sp3雜化軌道是由隨意的1個s軌道和3個p軌道混合形成的4個sp3雜化軌道()(2)雜化軌道可用于形成σ鍵和π鍵()(3)含有配位鍵的化合物肯定是配位化合物()(4)在[Cu(NH3)4]2＋中NH3為配體，N為配位原子()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．s軌道和p軌道雜化的類型不行能有()A．sp雜化 B．sp2雜化C．sp3雜化 D．sp4雜化[答案]D3．下列分子或離子的中心原子軌道雜化類型是什么？(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雜化軌道類型推斷在形成多原子分子時，中心原子價電子層上的某些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，叫做軌道的雜化。1．雜化軌道的4點相識(1)在形成多原子分子時，中心原子價電子層上的某些能量相近的原子軌道(ns，np)發(fā)生雜化，雙原子分子中不存在雜化過程。(2)雜化過程中，原子軌道總數(shù)不變，即雜化軌道的數(shù)目與參與雜化的原子軌道數(shù)目相等。(3)雜化過程中，軌道的形態(tài)發(fā)生變更，但雜化軌道的形態(tài)相同，能量相等。(4)雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對，且雜化軌道之間要滿意最小排斥原理。2．雜化軌道類型的推斷(1)依據(jù)雜化軌道數(shù)推斷：雜化軌道數(shù)＝中心原子上的孤電子對數(shù)＋中心原子結(jié)合的原子數(shù)，由雜化軌道數(shù)可推斷雜化類型。代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道類型CO20＋2＝2spCH2O0＋3＝3sp2CH40＋4＝4sp3SO21＋2＝3sp2NH31＋3＝4sp3H2O2＋2＝4sp3(2)依據(jù)中心原子的價層電子對數(shù)推斷：2個價層電子對為sp雜化，3個價層電子對為sp2雜化，4個價層電子對為sp3雜化。(3)依據(jù)分子或離子的VSEPR模型推斷：直線形為sp雜化，平面三角形為sp2雜化，四面體為sp3雜化。(4)依據(jù)雜化軌道之間的夾角推斷sp3：109°28′，sp2：120°，sp：180°。1．有關(guān)雜化軌道的說法不正確的是()A．雜化前后的軌道數(shù)目不變，但軌道的形態(tài)發(fā)生了變更B．sp3、sp2、sp雜化軌道的夾角分別為109°28′、120°、180°C．四面體形、三角錐形、V形分子的結(jié)構(gòu)可以用雜化軌道理論說明D．雜化軌道全部參與形成化學鍵[答案]D2．下列分子的空間構(gòu)型可用sp2雜化軌道來說明的是()①BF3②CH2=CH2③④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③ B．①⑤⑥C．②③④ D．③⑤⑥A[sp2雜化軌道形成夾角為120°的平面三角形雜化軌道。①BF3為平面三角形且B—F鍵夾角為120°；②C2H4中C原子為sp2雜化，且未雜化的2p軌道形成π鍵；③同②相像；④乙炔中的C原子為sp雜化；⑤NH3中的N原子為sp3雜化；⑥CH4中的C原子為sp3雜化。]3．寫出下列物質(zhì)的雜化類型與粒子空間構(gòu)型：(1)CS2____________________；(2)H3O＋___________________；(3)NOeq\o\al(－,3)____________________；(4)SOeq\o\al(2－,4)____________________。[答案](1)sp，直線形(2)sp3，三角錐形(3)sp2，平面三角形(4)sp3，正四面體形(1)sp雜化和sp2雜化的兩種形式中，原子還有未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵，而雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。(2)雜化軌道間的夾角與分子內(nèi)的鍵角不肯定相同，中心原子雜化類型相同時孤電子對越多，鍵角越小。例如，NH3中的氮原子與CH4中的碳原子均為sp3雜化，但是鍵角分別為107°和109°28′。配位鍵與協(xié)作物1.配位鍵：電子對賜予-接受鍵，可用A→B表示，A為配體中配位原子，B為接受電子對的中心原子或離子。2．協(xié)作物(1)協(xié)作物[Cu(NH3)4]SO4的組成如下圖表示。①中心原子：供應空軌道能接受孤電子對的原子或金屬陽離子。協(xié)作物的中心原子一般是帶正電荷的陽離子，最常見的是過渡金屬的原子或離子。②配體：含有孤電子對的原子、分子或陰離子。a．陰離子：如X－(鹵素離子)、OH－、SCN－、CN－、RCOO－、POeq\o\al(3－,4)等。b．分子：如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。c．原子：常為ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的原子。③配位數(shù)：干脆同中心原子配位的原子或離子的數(shù)目叫中心原子的配位數(shù)。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位數(shù)為6，[Cu(NH3)4]Cl2中Cu2＋的配位數(shù)為4。④協(xié)作物離子的電荷數(shù)：等于中心原子或離子與配位體總電荷數(shù)的代數(shù)和。如[Co(NH3)5Cl]n＋中，中心離子為Co3＋，則n＝2。(2)形成協(xié)作物的條件①配體有孤電子對。②中心原子有空軌道。(3)協(xié)作物的穩(wěn)定性協(xié)作物具有肯定的穩(wěn)定性。協(xié)作物中的配位鍵越強，協(xié)作物越穩(wěn)定。當作為中心原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)。(4)協(xié)作物形成時性質(zhì)的變更①顏色的變更，如Fe(SCN)3的形成。②溶解度的變更，如AgCl→[Ag(NH3)2]＋。4．若X、Y兩種粒子之間可形成配位鍵，則下列說法正確的是()A．X、Y只能均是分子B．X、Y只能均是離子C．若X供應空軌道，則Y至少要供應一對孤電子對D．若X供應空軌道，則配位鍵表示為X→Y[答案]C5．Co(NH3)5BrSO4可形成兩種鈷的協(xié)作物：P：[Co(NH3)5Br]SO4，Q：[Co(SO4)(NH3)5]Br。向P、Q的溶液中分別加入BaCl2溶液后，下列有關(guān)說法錯誤的是()A．Q溶液中會產(chǎn)生白色沉淀B．P溶液中會產(chǎn)生白色沉淀C．Q中SOeq\o\al(2－,4)是配體D．P、Q的配位數(shù)均是6A[由P、Q的化學式知P的外界是SOeq\o\al(2－,4)，Q的外界是Br－，在溶液中前者能電離出大量的SOeq\o\al(2－,4)而后者不能，故Q溶液中不能產(chǎn)生白色沉淀。]6．(1)在[Ni(NH3)6]2＋中Ni2＋與NH3之間形成的化學鍵稱為__________，供應孤電子對的成鍵原子是________。(2)CaF2難溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，緣由是_________(用離子方程式表示，已知AlFeq\o\al(3－,6)在溶液中可穩(wěn)定存在)。(3)協(xié)作物[Cr(H2O)6]3＋中，與Cr3＋形成配位鍵的原子是________(填元素符號)。[解析](1)Ni2＋與NH3之間形成共價鍵時，Ni2＋供應空軌道，N供應孤電子對，形成配位鍵。(2)CaF2中存在沉淀溶解平衡：CaF2(s)Ca2＋(aq)＋2F－(aq)，溶液中的F－與Al3＋形成配位離子AlFeq\o\al(3－,6)，使沉淀溶解平衡向右移動，導致氟化鈣溶解。(3)H2O分子中的O原子有孤對電子，能與Cr3＋形成配位鍵。[答案](1)配位鍵N(2)3CaF2＋Al3＋=3Ca2＋＋AlFeq\o\al(3－,6)(3)O1．能正確表示CH4中碳原子成鍵方式的示意圖為()[答案]D2．下圖是乙烯分子的模型，對乙烯分子中的化學鍵分析正確的是()A．sp2雜化軌道形成σ鍵、未雜化的2p軌道形成π鍵B．sp2雜化軌道形成π鍵、未雜化的2p軌道形成σ鍵C．C、H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、C之間是未能參與雜化的2p軌道形成的π鍵D．C、C之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、H之間是未能參與雜化的2p軌道形成的π鍵A[乙烯分子中存在4個C—H鍵和1個C=C鍵，C原子上孤電子對數(shù)為0，σ鍵電子對數(shù)為3，則C原子實行sp2雜化，C、H之間是sp2雜化軌道形成的σ鍵，C、C之間有1個是sp2雜化軌道形成的σ鍵，還有1個是未參與雜化的2p軌道形成的π鍵。]3．下列不能形成配位鍵的組合是()A．Ag＋NH3 B．H2OH＋C．Co3＋CO D．Ag＋H＋[答案]D4．用過量的AgNO3溶液處理含0.01mol氯化鉻(CrCl3·6H2O)的水溶液，生成0.02mol的AgCl沉淀，此氯化鉻最可能是()A．[Cr(H2O)6]Cl3B．[CrCl(H2O)5]Cl2·H2OC．[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2OD．[CrCl3(H2O)3]·3H2OB[與Ag＋反應生成AgCl沉淀的Cl－是由協(xié)作物在水溶液中電離出來的，因此在該協(xié)作物中1個Cl－在內(nèi)界，2個Cl－在外界。]5．下圖是甲醛分子的模型。依據(jù)該圖和所學化學鍵學問回答下列問題：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雜化方式