学年人教版选修3 第2章第2节 分子的立体构型第2课时 学案.docx
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学年人教版选修3第2章第2节分子的立体构型第2课时学案
第二节分子的立体构型
第2课时 杂化轨道理论简介 配合物理论简介
1.知道杂化轨道理论的基本内容，能根据杂化轨道理论确定简单分子的立体构型。
2．能正确叙述配位键的概念及其形成条件，会分析配位化合物的形成及应用。
3．熟知几种常见的配离子：
[Cu（H2O）4]2＋、[Cu（NH3）4]2＋、[Fe（SCN）n]（3－n）＋、[Ag（NH3）2]＋等的颜色及性质。
杂化轨道理论简介[学生用书P24]
1．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp3杂化轨道。
四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H键是等同的。
可表示为
2．杂化轨道的类型与分子构型的关系
（1）sp杂化
sp杂化轨道是由一个s轨道和一个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如BeCl2分子。
（2）sp2杂化
sp2杂化轨道是由一个s轨道和两个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，如BF3分子。
（3）sp3杂化
sp3杂化轨道是由一个s轨道和三个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为109°28′，立体构型为正四面体形，如CH4分子。
（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。
双原子分子中，不存在杂化过程。
（2）只有能量相近的轨道才能杂化（ns，np）。
（3）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。
（4）杂化过程中，轨道的形状发生变化。
（5）杂化轨道的形状相同，能量相等。
（6）杂化轨道之间要满足最小排斥原理。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。
（ ）
（2）杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。
（ ）
（3）凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体形。
（ ）
（4）凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。
（ ）
答案：
（1）√
（2）√ （3）× （4）×
2．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是（ ）
A．①②③ B．①⑤⑥
C．②③④D．③⑤⑥
解析：
选A。
sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。
1．杂化类型的判断方法
（1）根据杂化轨道数目判断
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，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：
杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。
杂化轨道数目
2
3
4
杂化类型
sp
sp2
sp3
（2）根据杂化轨道的空间分布构型判断
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体，则分子的中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。
（3）根据杂化轨道之间的夹角判断
若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。
2．杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型
VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去VSEPR模型中的孤电子对，就是分子（或离子）的立体构型。
下面为几种常见分子的杂化类型、VSEPR模型与分子构型的对应关系。
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
价层电子对数
2
3
4
3
4
4
杂化轨道数
2
3
4
3
4
4
杂化类型
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
杂化轨道立体构型
直线形
平面三角形
正四面体形
平面三角形
四面体形
四面体形
VSEPR模型
直线形
平面三角形
正四面体形
平面三角形
四面体形
四面体形
分子构型
直线形
平面三角形
正四面体形
V形
三角锥形
V形
sp杂化和sp2杂化这两种形式中，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。
指出下列分子中，中心原子可能采取的杂化轨道类型，并预测分子的立体构型。
（1）BeCl2：
__________
（2）PCl3：
__________
（3）BCl3：
____________ （4）CS2：
__________
（5）SCl2：
____________
[解析]
微粒
σ键电子对数
中心原子孤电子对
数
价层电子对数
VSEPR模型
杂化轨道类型
分子立体构型
BeCl2
2
×（2－2×1）＝0
2
直线形
sp
直线形
PCl3
3
×（5－3×1）＝1
4
四面体形
sp3
三角锥形
BCl3
3
×（3－3×1）＝0
3
平面三角形
sp2
平面三角形
CS2
2
×（4－2×2）＝0
2
直线形
sp
直线形
SCl2
2
×（6－2×1）＝2
4
四面体形
sp3
V形
[答案]
（1）sp，直线形
（2）sp3，三角锥形 （3）sp2，平面三角形 （4）sp，直线形 （5）sp3，V形
如何确定杂化轨道类型
可以先确定分子或离子的VSEPR模型，然后确定中心原子的杂化轨道类型。
此类问题也可以通过与熟悉的物质快速对比得出结论，如CS2与CO2类似，PCl3与NH3类似，H2S与H2O类似等。
杂化轨道类型及概念判断
1．下列说法正确的是（ ）
A．PCl3分子呈三角锥形，这是磷原子采取sp2杂化的结果
B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混杂形成的4个新轨道
C．中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V形
D．AB3型分子的立体构型必为平面三角形
解析：
选C。
PCl3分子的中心原子磷的价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋
＝4，因此PCl3分子中磷原子采取sp3杂化，A项错误。
sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道混杂形成的4个新轨道，B项错误。
一般采取sp3杂化的分子，其立体构型呈四面体形，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则分子的立体构型会发生变化，如NH3、PCl3分子呈三角锥形，H2O分子呈V形，C项正确，D项错误。
2．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．sp3、sp2、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sp3杂化轨道解释
D．杂化轨道全部参与形成化学键
解析：
选D。
杂化轨道用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。
杂化轨道与分子构型
3．根据价层电子对互斥理论及原子的杂化轨道理论判断NF3分子的立体构型和中心原子的杂化方式分别为（ ）
A．直线形 sp杂化
B．平面三角形 sp2杂化
C．三角锥形 sp2杂化
D．三角锥形 sp3杂化
解析：
选D。
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NF3分子中N原子的孤电子对数为1，与其相连的原子数为3，所以根据价层电子对互斥理论判断分子构型为三角锥形，进而可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化，类似NH3。
4．如图是甲醛分子的模型。
根据该图和所学化学键知识回答下列问题：
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杂化方式是_______________________________________，
作出该判断的主要理由是
________________________________________________________________________。
（2）下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是________（填序号）。
①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键
（3）甲醛分子中C—H键与C—H键之间的夹角________（填“＝”“＞”或“＜”）120°，出现该现象的主要原因是
________________________________________________________________________。
解析：
（1）原子的杂化轨道类型不同，分子的立体构型也不同。
由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
（2）醛类分子中都含有C===O键，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。
一般来说，双键是σ键和π键的组合。
（3）由于碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键之间的夹角小于120°。
答案：
（1）sp2杂化 甲醛分子的立体构型为平面三角形
（2）②⑤ （3）＜ 碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强
配合物理论简介[学生用书P26]
1．配位键
（1）概念：
共用电子对由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键，即“电子对给予 接受键”，是一类特殊的共价键。
例如：
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A→B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：
。
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）写出生成下列配合物的反应方程式：
[Cu（H2O）4]Cl2：
CuCl2＋4H2O===[Cu（H2O）4]Cl2；
Fe（SCN）3：
Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3。
（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。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。
（ ）
（2）配位键是一种特殊的共价键。
（ ）
（3）配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。
（ ）
（4）共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子。
（ ）
答案：
（1）√
（2）√ （3）√ （4）×
2．指出下列各配合物中的配离子、中心离子、配体、配位数及配位原子。
（1）K2[Cu（CN）4]：
________________________________________________________________________。
（2）K2Na[Co（CNO）6]：
________________________________________________________________________。
（3）K2[Pt（NH3）2（OH）2Cl2]：
________________________________________________________________________。
答案：
（1）配离子为[Cu（CN）4]2－，中心离子为Cu2＋，配体为CN－，配位数为4，配位原子为C
（2）配离子为[Co（CNO）6]3－，中心离子为Co3＋，配体为CNO－，配位数为6，配位原子为O
（3）配离子为[Pt（NH3）2（OH）2Cl2]2－，中心离子为Pt2＋，配体为NH3、OH－、Cl－，配位数为6，配位原子为N、O、Cl
1．配合物的组成
一般中心原子（或离子）的配位数为2、4、6。
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．配合物的形成对物质性质的影响
（1）溶解性的影响：
一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶于含过量Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。
如银氨溶液的制备原理：
Ag＋＋NH3·H2O===AgOH↓＋NH
，AgOH＋2NH3·H2O===[Ag（NH3）2]＋＋OH－＋2H2O；
AgCl溶于氨水：
AgCl＋2NH3·H2O===[Ag（NH3）2]Cl＋2H2O。
（2）颜色的改变：
当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。
如Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应的离子方程式如下：
Fe3＋＋nSCN－===[Fe（SCN）n]3－n（n＝1～6）。
（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。
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，使血红蛋白失去输送O2的功能，从而导致人体CO中毒。
不是所有的配合物都具有颜色。
如[Ag（NH3）2]OH溶液无色，而Fe（SCN）3溶液呈血红色。
4．配位键与共价键的关系
（1）形成过程不同：
配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。
普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。
（2）配位键与普通共价键的实质相同。
它们都被成键原子双方共用，如在NH
中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。
（3）同普通共价键一样，配位键可以存在于分子中[如Ni（CO）4]，也可以存在于离子中（如NH
）。
5．配合物内界中共价键数目的判断
若配体为单核离子如Cl－等，可以不予计入，若为分子，需要用配体分子内的共价键数乘以该配体的个数，此外，还要加上中心原子与配体形成的配位键，这也是σ键。
例如：
配合物[Co（NH3）4Cl2]Cl的共价键数为3×4＋4＋2＝18。
（1）Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn（NH3）4]Cl2，1mol该配合物中含有σ键的数目为________。
（2）关于配合物[Zn（NH3）4]Cl2的说法正确的是________。
A．配位数为6
B．配体为NH3和Cl－
C．[Zn（NH3）4]2＋为内界
D．Zn2＋和NH3以离子键结合
[解析]
（1）[Zn（NH3）4]Cl2中[Zn（NH3）4]2＋与Cl－形成离子键，而1个[Zn（NH3）4]2＋中含有4个N→Zn键（配位键）和12个N—H键，共16个σ键，故1mol该配合物中含有16molσ键，即16NA。
（2）Zn2＋的配位原子个数是4，所以其配位数是4，故A错误；该配合物中氮原子提供孤电子对，所以NH3是配体，故B错误；[Zn（NH3）4]Cl2中外界是Cl－，内界是[Zn（NH3）4]2＋，故C正确；该配合物中，锌离子提供空轨道，氮原子提供孤电子对，所以Zn2＋和NH3以配位键结合，属于特殊共价键，不属于离子键，故D错误。
[答案]
（1）16NA
（2）C
含1mol[Zn（NH3）4]Cl2的溶液与足量AgNO3溶液反应，得AgCl沉淀的物质的量为________mol，若1mol[Zn（NH3）3Cl]Cl与足量AgNO3溶液反应，将产生________molAgCl沉淀。
解析：
只有外界的Cl－才能与Ag＋反应生成AgCl沉淀，故分别为2mol、1mol。
答案：
2 1
配位键的形成与判断
1．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
解析：
选C。
形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应指向提供空轨道的X，D项错误。
2．下列不能形成配位键的组合是（ ）
A．Ag＋、NH3 B．BF3、NH3
C．Co3＋、COD．Ag＋、H＋
解析：
选D。
形成配位键的条件：
一方有孤电子对，另一方有空轨道，D选项中，Ag＋和H＋中都只有空轨道而没有孤电子对。
配合物的性质与判断
3．下列关于[Cr（H2O）4Br2]Br·2H2O的说法正确的是（ ）
A．配体为水分子，外界为Br－
B．中心离子的配位数为6
C．中心离子采取sp3杂化
D．中心离子的化合价为＋2
解析：
选B。
[Cr（H2O）4Br2]Br·2H2O中内界为[Cr（H2O）4Br2]＋，Cr3＋为中心离子，配体为H2O、Br－，配位数为6，外界为Br－，Cr3＋提供的空轨道数为6，中心离子未采取sp3杂化。
4．（2017·遵义高二检测）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（ ）
A．Q溶液中会产生白色沉淀
B．P溶液中会产生白色沉淀
C．Q中SO
是配体
D．P、Q的配位数均是6
解析：
选A。
由P、Q的分子式知P的外界是SO
，Q的外界是Br－，在溶液中前者能电离出大量的SO
而后者不能，故Q溶液中不能产生白色沉淀。
5．用过量的AgNO3溶液处理含0.01mol氯化铬（CrCl3·6H2O）的水溶液，生成0.02mol的AgCl沉淀，此氯化铬最可能是（ ）
A．[Cr（H2O）6]Cl3
B．[CrCl（H2O）5]Cl2·H2O
C．[CrCl2（H2O）4]Cl·2H2O
D．[CrCl3（H2O）3]·3H2O
解析：
选B。
与Ag＋反应生成AgCl沉淀的Cl－是由配合物在水溶液中电离出来的，因此在该配合物中1个Cl－在内界，2个Cl－在外界。
重难易错提炼
1.杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的一种价键理论。
常见的杂化类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。
2.价层电子对数为2、3、4时，中心原子分别采取sp、sp2、sp3杂化。
3.sp杂化得到夹角为180°的直线形杂化轨道，sp2杂化得到三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道，sp3杂化得到4个夹角为109°28′的四面体形杂化轨道。
4.由一个原子单方面提供孤电子对而另一个原子接受孤电子对形成的共价键为配位键，金属离子（或原子）与某些分子（或离子）通过配位键形成配位化合物。
5.常见的能形成配合物的粒子
（1）常见的含孤电子对的配体：
分子如CO、NH3、H2O等；离子如Cl－、CN－、NO
等。
（2）常见的可提供空轨道的中心原子（或离子）：
过渡元素的离子或原子，如Cu2＋、Ag＋、Fe3＋、Fe、Ni等。
课后达标检测[学生用书P68（单独成册）]
[基础巩固]
1．下列关于杂化轨道的说法错误的是（ ）
A．并不是所有的原子轨道都参与杂化
B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D．杂化轨道都用来成键
解析：
选D。
参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A、B正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都成键，也可以容纳孤电子对（如NH3、H2O的形成），故D项错误。
2．下列有关配位键的分析正确的是（ ）
A．是离子键 B．是极性键
C．是非极性键D．是π键
解析：
选B。
配位键是成键原子通过共用电子对形成的，属于共价键，A项错误；配位键存在于不同原子之间且为单键，故属于极性键与σ键，B项正确，C、D项错误。
3．下列配合物或配离子的配位数是6的是（ ）
A．K2[Co（SCN）4]B．[Fe（CN）5（CO）]3－
C．[Zn（CN）4]2－D．Na[Al（OH）4]
解析：
选B。
配位数是指与中心原子（或离子）以配位键结合的粒子的数目。
K2[Co（SCN）4]的配位数是4，[Fe（CN）5（CO）]3－的配位数是6，[Zn（CN）4]2－的配位数是4，Na[Al（OH）4]的配位数是4。
4．三氯化磷分子中的中心原子以sp3杂化，下列有关叙述正确的是（ ）
①3个P—Cl键长、键角均相等
②立体构型为平面三角形
③立体构型为正四面体形
④立体构型为三角锥形
A．①②B．②③
C．③④D．①④
解析：
选D。
PCl3中P原子采取sp3杂化，有一对孤电子对，结构类似于NH3分子，3个P—Cl键长、键角均相等，立体构型为三角锥形。
5．在
中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是（ ）
A．sp2、sp2B．sp3、sp3
C．sp2、sp3D．sp、sp3
解析：
选C。
中间的碳原子形成了3个σ键，无未成键电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2杂化；两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的杂化方式是sp3杂化。
6．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是（ ）
A．配位化合物中一定存在配位键
B．配位化合物中只有配位键
C．[Fe（SCN）6]3－中的Fe3＋提供空轨道，SCN－中的硫原子提供孤电子对形成配位键
D．许多过渡元素的离子（如Cu2＋、Ag＋）、某些主族元素的离子或分子（如H＋、NH3）等都能形成配合物
解析：
选B。
配位化合物中一定含有配位键，但也可能含有离子键等其他化学键，A正确，B错误；Fe3＋、Cu2＋、Ag＋等过渡元素的离子有空轨道，可形成配合物；NH3中的氮原子、SCN－中的硫原子等有孤电子对，H＋有空轨道，也可以形成配合物，C、D均正确。
7．下列关于杂化轨道的叙述正确的是（ ）
A．杂化轨道可用于形成π键
B．杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C．NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的
D．在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—Hσ键
解析：
选B。
杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，不能用来形成π键，A不正确，B正确；NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的，C不正确；在乙烯分子中，1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的s轨道重叠形成2个C—Hσ键，剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成1个C—Cσ键，D不正确。
8．下列组
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