高中化学第二章分子结构与性质第二节第2课时杂化轨道理论配合物理论同步练习新人教版选修3

高中化学第二章分子结构与性质第二节第2课时杂化轨道理论配合物理论同步练习新人教版选修3

第2课时　杂化轨道理论　配合物理论 ‎[明确学习目标]　1.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，并能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。2.能说明简单配合物的成键情况。‎ 学生自主学习 一、杂化轨道理论简介 ‎1．杂化轨道理论 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。‎ ‎(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：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。‎ ‎2．杂化轨道的类型 ‎(1)sp3杂化轨道 sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。sp3杂化轨道间的夹角是109°28′，立体构型为正四面体形(如下图所示)。‎ ‎(2)sp2杂化轨道 sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120°，呈平面三角形(如下图所示)。‎ - 10 -‎ ‎(3)sp杂化轨道 sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°，呈直线形(如下图所示)。‎ 特别说明：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。‎ 二、配合物理论简介 ‎1．配位键 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，这类“电子对给予接受键”被称为配位键。‎ ‎2．配合物 ‎(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称为配位化合物，简称配合物。‎ ‎(2)配合物的形成举例。‎ - 10 -‎ ‎1．为什么H2O分子的键角既不是90°也不是109°28′，而是105°？‎ 提示：因为H2O分子的中心原子O的价电子排布式为2s22p4，O原子采取sp3杂化，形成4个sp3杂化轨道。其中两个轨道各有一个未成对电子，与氢原子成键；另两个轨道则各有一对孤电子对，它们未参与成键。孤电子对与成键电子对的排斥作用使O—H键之间的夹角被压缩到105°。所以，水分子呈V形，键角为105°。‎ ‎2．在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的配位键是如何形成的？该配位键如何表示？‎ 提示：在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的配位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，该离子可表示为 - 10 -‎ 课堂互动探究 一、判断中心原子杂化轨道类型的方法 ‎(1)根据杂化轨道的立体构型判断 ‎①若杂化轨道在空间的分布为四面体，则中心原子发生sp3杂化；‎ ‎②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化；‎ ‎③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。‎ ‎(2)根据杂化轨道之间的夹角判断 ‎①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；‎ ‎②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；‎ ‎③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。‎ ‎(3)根据中心原子的价层电子对数判断 ‎①若价层电子对数为2，则中心原子发生sp杂化；‎ ‎②若价层电子对数为3，则中心原子发生sp2杂化；‎ ‎③若价层电子对数为4，则中心原子发生sp3杂化。‎ ‎[即时练]‎ ‎1．下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是(　　)‎ A．分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构 B．杂化轨道可用于形成σ键、π键或用于容纳未参与成键的孤电子对 C．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°‎ 答案　B 解析　分子的中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构，可能是三角锥形或V形，如NH3是三角锥形、H2O是V形，故A正确；杂化轨道用来形成σ键或容纳孤电子对，未杂化的轨道可用来形成π键，故B错误；杂化前后原子轨道数目不变，但杂化后轨道形状发生改变，各个轨道尽可能分散、对称分布，故C正确；sp3、sp2、sp杂化轨道夹角分别为109°28′、120°、180°，故D正确。‎ ‎2．通过计算判断下列中心原子的杂化轨道类型(带“·”的原子为中心原子)。‎ - 10 -‎ 答案　①4　sp3　②3　sp2　③4　sp3　④4　sp3　‎ ‎⑤4　sp3‎ 解析　根据杂化轨道数＝中心原子孤对电子数＋中心原子结合的原子数，以及杂化轨道数为2时杂化方式为sp，杂化轨道数为3时杂化方式为sp2，杂化轨道数为4时杂化方式为sp3，可得出正确答案。‎ 二、配合物理论简介 ‎1．配位键 ‎(1)配位键：成键的一方提供孤电子对(配体)，另一方提供空轨道而形成的“电子对给予接受键”，叫做配位键。‎ ‎(2)配体：应含有孤电子对，可以是分子，也可以是离子，如NH3、H2O、F－、OH－等。‎ ‎(3)成键条件：形成配位键的一方能够提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。‎ ‎(4)配位键的表示方法：‎ ‎　‎ - 10 -‎ ‎(5)配位键与普通共价键的异同 ‎①配位键实质上是一种特殊的共价键。‎ ‎②配位键与普通共价键只是在形成过程上有所不同。配位键的共用电子对由成键原子单方面提供，普通共价键的共用电子对则由成键原子双方共同提供，但它们的实质是相同的，都是由成键原子双方共用，如配离子 ‎③同共价键一样，配位键可以存在于分子之中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子之中(如NH)。‎ ‎2．配合物的组成 配合物由中心原子或离子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成，分为内界和外界，以[Cu(NH3)4]SO4为例表示为 - 10 -‎ ‎3．配合物的形成对性质的影响 ‎(1)对溶解性的影响 一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨的溶液中，或依次溶解于含过量的OH－、CI－、Br－、I－、CN－的溶液中，形成可溶性的配合物。如Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－。‎ ‎(2)颜色的改变 Fe3＋与SCN－形成硫氰化铁配离子，其溶液显红色。‎ ‎(3)稳定性增强 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。当作为中心离子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。例如，血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。‎ ‎[即时练]‎ ‎3．下列不是配合物的是(　　)‎ A．[Cu(NH3)4]SO4·H2O B．[Ag(NH3)2]OH C．KAl(SO4)2·12H2O D．Fe(SCN)3‎ 答案　C 解析　A、B、D三项均为配合物，C项为复盐，不是配合物。‎ ‎4．有两种配合物A、B，化学式都是CoCl3·5NH3·H2O，中心离子的配位数都为6。试根据下面的实验结果，确定它们的配离子、中心离子和配位体。‎ ‎(1)A和B的水溶液呈微酸性，向其中加入强碱并加热至沸腾，有NH3放出，同时有Co2O3的沉淀。‎ ‎(2)向A和B的溶液中，加入AgNO3后均有AgCl沉淀。‎ - 10 -‎ ‎(3)沉淀过滤后，再加AgNO3均无变化，但加热至沸腾，B溶液又有AgCl沉淀生成，其沉淀量为原来B溶液的一半。‎ 答案　A：[Co(NH3)5·H2O]Cl3，‎ 配离子为[Co(NH3)5·H2O]3＋，中心离子为Co3＋，‎ 配位体NH3、H2O B：[Co(NH3)5Cl]Cl2·H2O，‎ 配离子为[Co(NH3)5Cl]2＋，中心离子为Co3＋，‎ 配位体NH3、Cl－。‎ 解析　根据实验(1)可知：两种物质配离子被破坏而放出NH3。根据(2)可知：Cl－为外界，加AgNO3后有沉淀析出。由(3)可知：A再滴加AgNO3，加热前后无变化，证明Cl－全是外界，而B再滴加AgNO3加热后，沉淀量为原来的一半，证明有2个Cl－在外界，1个Cl－在内界，所以A为[Co(NH3)5·H2O]Cl3，B为 ‎[Co(NH3)5Cl]Cl2·H2O。‎ 规律方法 配合物中外界离子能电离出来，内界离子不能电离出来，通过实验及其数据可以确定内界和外界离子的个数，从而可以确定配离子、中心离子和配位体。‎ ‎　　‎ 学习效果检测 ‎1．下列说法正确的是(　　)‎ A．H2SO4分子中三种原子均以杂化轨道成键 - 10 -‎ B．NH的电子式为，该离子呈平面正方形 C．CH4分子中的4个C—H键都是由氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道重叠形成的 D．CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H键 答案　D 解析　H2SO4分子中H、O原子没有发生轨道杂化，A错误；NH呈正四面体形，B错误；CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道进行杂化形成4个sp3杂化轨道，然后碳原子的sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠形成C—H σ键，C错误，D正确。‎ ‎2．以下微粒中不含配位键的是(　　)‎ ‎①NH　②CH4　③OH－　④NH3　⑤N2H　‎ ‎⑥Fe(SCN)3　⑦H3O＋　⑧Ag(NH3)2OH A．①②④⑦⑧ B．①④⑥⑦⑧‎ C．③④⑤⑥⑦ D．②③④‎ 答案　D 解析　①氨气分子中氮原子含有孤电子对，氢离子提供空轨道，可以形成配位键，NH中含有配位键；②甲烷的电子式为，无空轨道，无孤电子对，CH4中不含配位键；③OH－的电子式为[H]－，无空轨道，OH－中不含配位键；④氨气分子中氮原子含有孤电子对，但没有形成配位键；⑤氢离子提供空轨道，N2H4中的氮原子提供孤电子对，能够形成配位键，故N2H中含有配位键；⑥SCN－的电子式是[C⋮⋮N]－，铁离子提供空轨道，硫原子提供孤电子对，Fe(SCN)3中含有配位键；⑦H3O＋中氧原子提供孤电子对，H＋提供空轨道，二者形成配位键，H3O＋中含有配位键；⑧Ag＋有空轨道，NH3中的氮原子有孤电子对，可以形成配位键，Ag(NH3)2OH中含有配位键。‎ ‎3．小明同学上网查阅了如下资料：‎ 中心原子杂化类型的判断方法：‎ (1)公式：n＝(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)÷2。‎ 说明：配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数看为0；当电荷数为正值时，公式中取“－”号，当电荷数为负值时，公式中取“＋”号。‎ (2)根据n值判断杂化类型：,当n＝2时为sp杂化；n＝3时为sp2杂化；n＝4时为sp3杂化。‎ 请运用该方法计算下列微粒的n值，并判断中心原子的杂化类型。‎ ‎(1)NH3：n＝________，________杂化。‎ - 10 -‎ ‎(2)NO：n＝________，________杂化。‎ ‎(3)NH：n＝________，________杂化。‎ ‎(4)SO2：n＝________，________杂化。‎ 答案　(1)4　sp3　(2)3　sp2　(3)4　sp3　(4)3　sp2‎ 解析　(1)NH3中n＝＝4，N为sp3杂化。‎ ‎(2)NO中n＝＝3，N为sp2杂化。‎ ‎(3)NH中n＝＝4，N为sp3杂化。‎ ‎(4)SO2中n＝＝3，S为sp2杂化。‎ ‎4．配位化学创始人维尔纳发现，取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1 mol分别溶于水，加入足量硝酸银溶液，生成氯化银沉淀的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol和1 mol。‎ ‎(1)请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。‎ CoCl3·6NH3________________，‎ CoCl3·5NH3________________，‎ CoCl3·4NH3(绿色和紫色)________________。‎ ‎(2)后两种物质的组成相同而颜色不同的原因是____________________。‎ ‎(3)上述配合物中，中心离子的配位数都是________。‎ 答案　(1)[Co(NH3)6]Cl3　[Co(NH3)5Cl]Cl2　‎ ‎[Co(NH3)4Cl2]Cl　(2)空间构型不同　(3)6‎ 解析　(1)1 mol CoCl3·6NH3与AgNO3反应只生成3 mol AgCl，则1 mol CoCl3·6NH3中有3 mol Cl－为外界离子，钴的配位数为6，配体为NH3，所以其化学式为[Co(NH3)6]Cl3；1 mol CoCl3·5NH3与AgNO3反应只生成2 mol AgCl，则1 mol CoCl3·5NH3中有2 mol Cl－为外界离子，钴的配位数为6，配体为NH3和Cl－，所以其化学式为[Co(NH3)5Cl]Cl2；1 mol CoCl3·4NH3(绿色)和1 mol CoCl3·4NH3(紫色)分别与AgNO3反应均只生成1 mol AgCl，则1 mol CoCl3·4NH3中有1 mol Cl－为外界离子，钴的配位数为6，配体为NH3和Cl－，所以化学式为[Co(NH3)4Cl2]Cl。‎ ‎(2)CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)的化学式都是[Co(NH3)4Cl2]Cl，但因其空间构型不同导致颜色不同。‎ ‎(3)题述几种配合物的化学式分别是[Co(NH3)6]Cl3、‎ ‎[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、‎ ‎[Co(NH3)4Cl2]Cl，其配位数都是6。‎ - 10 -‎