高中化学选修三（人教版 课件）-第二章　分子结构与性质 2.2.2.pptx

1、第第 2 课时课时 杂化轨道理论与配合物杂化轨道理论与配合物 理论简介理论简介 目标导航 预习导引 1.了解杂化轨道,掌握轨道杂化的类型,能运用杂化轨道理 论来解释常见分子的立体构型。 2.了解配合物的定义,知道配位键的形成,掌握配位键的表 示方法 1.通过 sp3、sp2、sp 杂化情况的分析,加深对杂化轨道理论 的理解,能够对简单分子或离子的立体构型作出判断。 2.能说明简单配合物的成键特点 目标导航 预习导引 一 二 一、杂化轨道理论简介一、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

2、,所得的杂化轨道完全相同。 (1s22s12p 12p1 2p 1) 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

3、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,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

4、成一个C C 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

5、导航 预习导引 一 二 二、配合物理论简介二、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: H +H+H H+或 + 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)以配位 键结合形成的化合物,简称配合物。 (2)写出生成

6、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。 Cu(H2O)4Cl2:CuCl2+4H2OCu(H2O)4Cl2 Fe(SCN)3:FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl 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(

7、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,铝原子提供空轨道。 答案:或 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、常见的杂化类型 杂化 类型 用于杂化 的轨道 杂化轨道 间的夹角 杂化轨 道构型 实例 sp 1 个 s 轨道和 1 个 p 轨道 180 直线形 CO2 sp2 1 个 s 轨道和 2 个 p 轨道 120 平面三 角形 SO2、SO3 sp3 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道 10928 四面体形 H2O、NH3、 CH4 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

8、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.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。

9、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2p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

10、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H2O、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N

11、H3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(C

12、o)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 。 往浓CuSO4溶液中加入过量较浓的氨水直到

13、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)4SO4 H2O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? 。 SO4 2- 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“加入

14、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)4SO4 H2O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

15、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)4SO4 H2O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)2SO4 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 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:SiO2可与强碱溶液发生反应,而Fe与强碱溶液不反应,可利 用这点来用强碱溶液除去Fe粉中的SiO2,与配合物的形成无关。 答案:A