第2课时 杂化轨道理论、配合物理论
目标与素养：1.了解杂化轨道理论、杂化类型对立体构型的解释及判断。(微观探析与模型认知)2.了解配位键的特点及形成，了解配合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．杂化轨道理论解释CH4的正四面体结构
C与H形成CH4时，碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到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sp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sp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sp_杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H σ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。
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图1 CH4分子中碳原子的杂化 图2
3．杂化轨道类型与VSEPR模型的关系
杂化类型 参与杂化的原子轨道及数目 杂化轨道的数目 杂化轨道间的夹角 VSEPR模型 sp 1个s轨道 1个p轨道 2 180° 直线形 sp 1个s轨道 2个p轨道 3 120° 平面三角形 2sp 1个s轨道 3个p轨道 4 109°28′ 四面体形 34.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。
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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] sp杂化，sp杂化轨道形成2个σ键，两个sp杂化轨道分别容纳一对孤电子对。 二、配合物理论简介 1．配位键
(1)配位键是一类“电子对给予-接受键”，是特殊的共价键。
(2)表示方法：配位键可以用A→B来表示，其中A提供孤电子对，B接受孤电子对。
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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，简称配合物。
(2)配合物的形成举例 实验操作 实验现象 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，形成深 蓝色溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体 溶液颜色变红 (3)其他配离子[Ag(NH3)2]，[Zn(NH3)4]等。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)sp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sp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一定是配位化合物( ) (4)在[Cu(NH3)4]中NH3为配体，N为配位原子( ) [答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ 2．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( ) A．sp杂化 C．sp杂化
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2＋
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＋2＋2＋有关离子方程式 Cu＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH4， Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]＋2OH， 乙醇2＋2－[Cu(NH3)4]＋SO4＋H2O=====[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 3＋－2＋－＋Fe＋3SCN===Fe(SCN)3 B．sp杂化 D．sp杂化
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[答案] D
3．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)CO3________；(5)NH4________。
[答案] (1)sp (2)sp (3)sp (4)sp (5)sp
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2
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2－
＋
杂化轨道类型判断
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点认识
(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，且杂化轨道之间要满足最小排斥原理。
2．杂化轨道类型的判断
(1)根据杂化轨道数判断：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，由杂化轨道数可判断杂化类型。
代表物 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 杂化轨道数 0＋2＝2 0＋3＝3 0＋4＝4 1＋2＝3 1＋3＝4 2＋2＝4 杂化轨道类型 sp sp sp sp sp sp 2
33232(2)根据中心原子的价层电子对数判断：2个价层电子对为sp杂化，3个价层电子对为sp杂化，4个价层电子对为sp杂化。
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(3)根据分子或离子的VSEPR模型判断：直线形为sp杂化，平面三角形为sp杂化，四面体为sp杂化。
(4)根据杂化轨道之间的夹角判断sp：109°28′，sp：120°，sp：180°。
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2
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，但轨道的形状发生了改变
B．sp、sp、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解释 D．杂化轨道全部参与形成化学键 [答案] D
2．下列分子的空间构型可用sp杂化轨道来解释的是( ) ①BF3 ②CH2===CH2 ③ ④CH≡CH ⑤NH3 ⑥CH4 A．①②③ C．②③④
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B．①⑤⑥ D．③⑤⑥
A [sp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sp杂化，且未杂化的2p轨道形成π键；③同②相似；④乙炔中的C原子为sp杂化；⑤NH3中的N原子为sp杂化；⑥CH4中的C原子为sp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)NO3____________________； (4)SO4____________________。
[答案] (1)sp，直线形 (2)sp，三角锥形 (3)sp，平面三角形 (4)sp，正四面体形
(1)sp杂化和sp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一定相同，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sp杂化，但是键角分别为107°和109°28′。
配位键与配合物
1.配位键：电子对给予-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。
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2
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2－－＋
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2．配合物
(1)配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图表示。
①中心原子：提供空轨道能接受孤电子对的原子或金属阳离子。配合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、PO4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：直接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]
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4
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3－
中Fe的配位数为6，[Cu(NH3)4]Cl2中Cu的配位数为4。
④配合物离子的电荷数：等于中心原子或离子与配位体总电荷数的代数和。如
2＋2＋
[Co(NH3)5Cl]中，中心离子为Co，则n＝2。
(2)形成配合物的条件 ①配体有孤电子对。 ②中心原子有空轨道。 (3)配合物的稳定性
配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。
(4)配合物形成时性质的改变 ①颜色的改变，如Fe(SCN)3的形成。 ②溶解度的改变，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提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对 D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y [答案] C
5．Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物：
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 ( )
＋
n＋3＋
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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
