高中化学第二章分子结构与性质22分子的立体构型第2课时分子的立体构型2新人教版选修3

第二章分子结构与性质第二节分子的立体构型

第2课时分子的立体构型（2）

知识归纳

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

在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些_____________________发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。

注意：双原子分子中不存在杂化过程。

（2）杂化轨道

杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道，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

sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化而得。sp3杂化轨道间的夹角是________，立体构型为正四面体形。如图1所示。

图1

CH4分子的形成过程：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轨道混杂起来，形成能量相等、成

分相同的4个sp 3

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2所示。

图2 CH 4分子中碳原子的杂化

4个sp 3

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 3杂化轨道分别与4个氢原子的1s 轨道形成4个C —H σ键，从而形成CH 4分子。由于4个C —H 键完全相同，所以形成的CH 4分子为正四面体形，键角是109°28'，如图3所示。

图3

（2）sp 2

杂化

sp 2

杂化轨道是由1个s 轨道和两个p 轨道混杂而成的。sp 2

杂化轨道间的夹角是_______，呈平面三角形(如图4所示)。

图4 sp 2

杂化

BF 3分子的形成过程：硼原子的电子排布式为1s 2

2s 2

21p x

，硼原子的1个2s 电子激发到1个空的2p 轨道中，使硼原子的电子排布式为1s 2

2s 1

21p x 21p y 。硼原子的2s 轨道和两个2p 轨道混杂成3个sp 2

杂化轨道，硼原子的3个sp 2

杂化轨道分别与3个氟原子的各1个2p 轨道重叠形成3个sp 2

?p σ键，由于3个sp 2

杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120°，所以BF 3分子具有平面三角形结构(如图5所示)。

图5 硼原子的杂化轨道和BF 3分子的结构示意图

（3）sp 杂化

sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道混杂而成的。sp杂化轨道间的夹角是180°，呈__________(如图6所示)。

图6

气态BeCl2分子的形成过程：铍原子的电子排布式是1s22s2，Be的1个2s电子激发进入空的2p 轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与氯原子中的3p轨道重叠形成两个sp?p σ键。由于杂化轨道间的夹角为180°，所以形成的BeCl2分子的立体构型是直线形(如图7所示)。

图7 铍原子的杂化轨道和BeCl2分子的结构示意图

3．杂化轨道类型与分子的立体构型的关系

（1）杂化轨道还能用于形成σ键和容纳孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道在空间彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生________，形成的分子空间构型也发生变化。

（2）杂化轨道与分子立体构型的关系

二、配合物理论简介

1．配位键

（1）概念：成键的两个原子或离子一方提供____________ (配体)，一方提供空轨道而形成的共价键，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：形成配位键的一方是能够提供孤电子对的原子，另一方是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子。

（4）配位键的表示方法：

A → B

电子对给予体电子对接受体

NH的结构式：+。

H3O+的结构式：+，+

4

2．配合物

（1）概念

_______________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）配合物的组成

配合物由中心原子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成，分为_________，以[Cu (NH3)4] SO4为例表示为：

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氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶解于含过量的Cl?、Br?、I?、CN?和氨的溶液中，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

当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。如Fe3+与SCN?形成铁的硫氰酸根配离子，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Fe 2+

与CO 分子形成的配位键比Fe 2+

与O 2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe 2+

与CO 分子结合后，就很难再与O 2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。

【答案】一、1．（1）能量相近的原子轨道 2．（1）109°28' （2）120° （3）直线形 3．（1） 排斥

二、1．（1）孤电子对 2．（1）金属离子(或原子) （2）内界和外界 知识重点

一、杂化轨道类型的判断方法 1．根据杂化轨道数判断

对于AB m 型分子(或离子)(A 为中心原子，B 为配位原子)，中心原子的价层电子对数(用n 表示)即为其杂化轨道数。可先确定分子或离子的VSEPR 模型，然后就可以确定中心原子的杂化轨道类型。若n =4，则中心原

子为sp 3

杂化；若n =3，则中心原子为sp 2

杂化；若n =2，则中心原子为sp 杂化。如3ClO -、4

ClO -的n 均为4，所以氯原子均采用sp 3

杂化(但离子的空间构型不同，从价层电子对互斥模型来看，前者为三角锥形，后者为正四面体形)。

2．根据杂化轨道间的夹角判断

不同的杂化方式，其杂化轨道之间的夹角不同，所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子的杂化类型。 （1）若杂化轨道之间的夹角为109°28'，则分子的中心原子采用sp 3

杂化； （2）若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子采用sp 2

杂化； （3）若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子采用sp 杂化。 3．取代法

以中学常见的、熟悉的物质分子为基础，用其他原子或原子团取代分子中的部分原子或原子团，得到的新分子的中心原子与原分子对应的中心原子的杂化类型相同。如：

（1）CH 3CH=CH 2分子中碳原子的杂化类型的判断，可看作乙烯基取代了甲烷分子中的一个氢原子，则甲基中碳原子为sp 3

杂化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一个氢原子，故两个不饱和碳原子均为sp 2

杂化； （2）(CH 3)3N 可看作三个甲基取代了NH 3分子中的三个氢原子而得，所以其分子中氮原子采用sp 3

杂化； （3）H 2O 2可看作羟基取代了H 2O 分子中一个氢原子，H 2O 2中氧原子应为sp 3

杂化； （4）B(OH)3可看作三个羟基取代了BF 3中的氟原子，可知B(OH)3中硼原子为sp 2

杂化。

4．根据共价键类型判断

从杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未杂化轨道形成π键，杂化轨道形成σ键。对于能够明确结构式的分子、离子，可直接用下式判断其中心原子的杂化轨道类型：

杂化轨道数n=中心原子的σ键数+中心原子的孤电子对数(多重键中只有一个σ键，其余均为π键) （1）SiF4分子中硅原子轨道杂化类型分析，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子恰好形成4个键，无未成键电子，n=4，则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。

（2）基态碳原子有4个价电子，在HCHO分子中，碳原子与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O 键，C=O键中有1个σ键、1个π键，碳原子无剩余价电子，n=3，则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。5．等电子原理的应用

等电子体具有相同的结构特征，一般来说等电子体的中心原子的杂化类型相同。对于结构模糊或复杂的分子、离子，可将其转化成熟悉的等电子体，然后进行判断。如+

NO、H2B=NH2分别与CO2、CH2=CH2互为等电子

2

NO 的中心原子氮原子为sp杂化，H2B=NH2的体，而CO2、CH2=CH2中心原子碳原子分别为sp、sp2杂化，则

2

中心原子硼、氮原子均为sp2杂化。

（1）杂化轨道数=价层电子对数。

（2）杂化轨道类型与杂化轨道数的关系：sp—2、sp2—3、sp3—4。

（3）CO2分子中的碳原子形成双键，但碳原子不是采用sp2杂化(易错)，CO2中碳原子采用sp杂化。

试判断下列分子中心原子的杂化类型：

（1）NI3（2）CH3Cl （3）CO2（4）SO2

【解析】n=中心原子的孤电子对数+配位原子总数(中心原子结合的原子总数)。

（1）NI3中n=1+3=4，属于sp3杂化；

（2）CH3Cl中n=0+4=4，属于sp3杂化；

（3）CO2中n=0+2=2，属于sp杂化；

（4）SO2中n=1+2=3，属于sp2杂化。

【答案】（1）sp3杂化（2）sp3杂化（3）sp杂化（4）sp2杂化

【点评】（1）杂化方式的判断是一个难点，要注意积累经验，原子间形成的共价键，既包括σ键，也包括π键及大π键。（2）根据最大重叠原理，中心原子与每个配位原子之间只能形成一个σ键，除此之外，其价电子只能形成π键或大π键。