3.4.1 配合物和超分子 第1课时课件2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第四节 配合物与超分子 第三章 晶体结构和性质 第一课时 配合物 无水CuSO4固体是白色的，但CuSO4水溶液和CuSO4·5H2O晶体却是蓝色的，为什么呢？ CuSO4 固体 CuSO4溶液 CuSO4·5H2O晶体 思考 实验3-2：下表中的少量固体溶于足量的水，观察实验现象并填写表格。 P95 下表中的少量固体溶于足量的水，观察实验现象并填写表格 实验探究 课本95页【实验 3-2】 取下表中的少量固体溶于足量的水中，观察实现现象并填写表格 课本95页【实验 3-2】 固体颜色 CuSO4 白色 CuCl2 绿色 CuBr2 深褐色 K2SO4 白色 NaCl 白色 KBr 白色 溶液颜色 无色离子 什么离子呈天蓝色 天蓝色 天蓝色 天蓝色 无色 无色 无色 SO42－ Na+ Cl－ K+ Br－ Cu2+ ？ [Cu(H2O)4]2+ 四水合铜离子 思考：Cu2+与H2O结合形成[Cu(H2O)4]2+显蓝色，它们是怎么结合的？ Cu2+ 在水溶液中常显蓝色 实验探究 含有二价铜离子的溶液都是天蓝色的，那么是铜离子显蓝色吗？并不是二价铜离子，Cu2+与H2O结合显蓝色，它们是怎么结合的？ 6 Cu2+与H2O间是通过什么化学键形成[Cu(H2O)4]2+呢？ 激发杂化 H2O H2O H2O H2O 配位键 孤电子对 29Cu [Ar]3d104s1 失去2e- 29Cu2+ [Ar]3d9 价层电子排布图 配位键 由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道而形成的化学键，这类“电子对给予—接受”键被称为配位键。 O H H 孤电子对 Cu2+ 具有空轨道 Cu2+ OH2 H2O H2O H2O 配位键 配位键是一种特殊的共价键，同样具有饱和性和方向性。 一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。 形成条件 一方有能提供 孤电子对的原子 一方有能提供 空轨道的原子 1、 称为电子给予体 称为电子接受体 配位键 如分子有NH3、H2O、HF、CO等； 离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。 如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。 [2-配位键特征] 配位键是特殊的共价键，配位键具有饱和性和方向性。 一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的。锌4-6 铁6 钴6 铜4 银2 铝4、6 铂二价4 四价6 [3-表示方法] （A提供孤电子对）A→B（B提供空轨道）或 A—B 读法：A合B离子 配位键的方向性决定了其所形成的化合物具有一定的空间结构。 NH4＋ H N H H H [ ] + 四个 N－H 键性质完全相同 依据反应 NH3 +H+ =NH4+ ，讨论NH3是如何与H＋形成NH4＋的？ 铵根离子的形成过程 提供 孤电子对 空轨道接受孤电子对 电子对 给予体 电子对 接受体 电子对 给予—接受 配位键 (1)相同原子间形成的配位键与它们之间形成的共价单键相同，如 故其结构式也可表示为 NH4+的空间结构是正四面体形 (2)配位键一般是共价单键，属于σ键。 说明 中的4个N-H(键能、键长和键角)完全相同， 【思 考】依据电子式，讨论H2O与H＋是如何形成H3O＋的？ 空的1s轨道 孤电子对 ·· O ·· ×H H× · · H+ + ·· O ·· ×H H× · · H [ ] + H N H H H [ ] + Cu OH2 H2O H2O H2O 2+ 配体 配位键 配离子 中心离子 配位数＝4 含有配位键的化合物称为配位化合物，简称配合物 Cu(H2O) 4 2+ 4 二、配合物 2.配位化合物： （1）概念：把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以 配位键 结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。 配位化合物一定含有配位键 但含有配位键的化合物不一定是配位化合物 例如：CO、NH4+、H3O+、SO42-、P2O5 中心离子形成配合物后性质不同于原来的金属离子，具有新的化学特性。 = [Cu(H2O)4]2+ 2、配位化合物： 2).组成： 配合物由内界和外界构成，配合单元是内界， 内界由中心离子(原子)和配体构成。外界是带异号电荷的离子。 内界与外界以离子键结合， 在水中完全电离，内界较稳定。 内界 外界 中心离子 配体 配位数 + SO42- 配 位 原 子 配位原子：配体中给出孤电子对与中心形成配位键的原子。 如H2O中O，CO中的C，NH3中的N 。 对于配合物，外界在水溶液中易电离，但内界却难电离。 16 内界微粒很难电离(电离程度很小)，因此，配合物[Co(NH3)5C1]Cl2内界中的C1—不能被Ag+沉淀，只有外界的C1—才能与AgNO3溶液反应产生沉淀。 配合物在水溶液中电离成内界和外界两部分， 如 [Co(NH3)5Cl]Cl2 = [Co(NH3)5C1]2+ + 2C1—, 注意： 练一练 1．0.01mol氯化铬(CrCl3· 6H2O)在水溶液中用过量硝酸银溶液处理，产生0.02mol AgCl沉淀。此氯化铬最可能是（ ） A．[Cr(H2O)6]Cl3 B．[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O C．[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O D．[Cr(H2O)3Cl3]·3H2O B 对于具有内外界的配合物，内外界之间以离子键结合，在水溶液中内外界之间完全电离，但内界离子较稳定一般不能电离出来。 配合物的命名 ①配离子（从后向前，配位数→配体→合→中心原子或中心离子→化合物） ②配合物→类似于酸、碱、盐 [Cu(NH3)4] SO4 K3[Fe(CN)6] [Ag(NH3)2]OH K[Pt(NH3)Cl3] 练习： 六氰合铁（Ⅲ）酸钾 氢氧化二氨合银（Ⅰ） 三氯一氨合铂（Ⅱ）酸钾 硫酸四氨合铜（Ⅱ） (1)中心原子(离子)：提供空轨道的金属离子或原子。一般是过渡金属，必须有空轨道。 (2)配位体：含有孤电子对的分子或离子，如 NH3 H2O CO Cl- SCN- CN- (3)配位原子：配位体中具有孤电子对的原子N O P S，一般是ⅤA Ⅵ A ⅦA的非金属原子 (4)配位数：直接同中心原子配位的分子或原子数目，一般是2、4、6、8 (5)配离子的电荷：等于中心离子和配体总电荷的代数和，如[Fe(SCN)6]3- 二、配合物： 多个原子有孤电子对，一般电负性小的提供 配合物 内界 外界 中心粒子 配位体 配位数 [Ag(NH3)2]OH 氢氧化二氨合银 K3[Fe(CN)6] [Co(NH3)5Cl]Cl2 Ni(CO)4 请根据给出的配合物完成下表 [Ag(NH3)2]＋ OH- Ag+ NH3 2 【思考与讨论】 [Fe(CN)6]3－ K＋ Fe3＋ CN－ 6 [Co(NH3)5Cl]2＋ Cl－ Co3＋ NH3、Cl－ 6 4 无 Ni CO Ni(CO)4 六氰合铁酸钾 四羰基镍 配合物结构小结： 2、中心粒子可以是阳离子，也可以是中性原子； 3、配位体可以是离子或分子，可以有一种或同时存在多种； 4、配位数通常为2、4、6、8这样的偶数。 1.有些配合物没有外界；如 Ni(CO)4 、Fe(CO)5 21 1、硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝 色溶液。 ①[Ni(NH3)6]SO4的中心离子是_______， 配体是_________， 配位数是_______。 Ni2+ 6 NH3 配位键 N ②在[Ni(NH3)6]SO4中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为　　　　， 提供孤电子对的成键原子是　　　　　。 2.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] B 同步练习 3．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 同步练习 C 4.下列不属于配位化合物的是（ ） 六氟合铝(Ⅲ)酸钠： 氢氧化二氨合银(Ⅰ)： C．六氟合铁(Ⅲ)酸钾： D．十二水硫酸铝钾： E. 六氰合铁(Ⅱ)酸钾: K4[Fe(CN)6] F. 光卤石：KCl·MgCl₂·6H2O D F 同步练习 3.常见配合物及其制取 （1）[Cu(H2O)4]2+ 天蓝色 胆矾CuSO4·5H2O可写[Cu(H2O)4]SO4·H2O 实验 CuSO4溶液 Cu 2＋与H2O结合稳定吗？ Cu 2＋只与H2O结合形成配位键吗？ 氨水溶液 （2）[Cu(NH3)4](OH)2 实验步骤：向盛有4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液的试管里滴加几滴1 mol/L氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水并振荡试管，观察实验现象；再向试管中加入极性较小的溶剂(如加入8 mL 95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦试管壁，观察实验现象。 四氨合铜离子 [实验3-3] [实验3-3] 实验操作 实验现象 实验原理 向盛有4mL 0.1mol/L CuSO4溶液的试管里滴加几滴 1 mol/L 氨水 继续添加氨水并振荡试管 再向试管中加入极性较小的溶剂(如加入8 mL 95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦试管壁 形成难溶物 Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+ 难溶物溶解，得到 深蓝色的透明溶液 Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]+2OH- 析出深蓝色晶体 深蓝色晶体为[Cu(NH3)4]SO4·H2O，说明 该配合物在乙醇中的溶解度小于在水中 的溶解度 [Cu(NH3)4]2＋＋ SO42- ＋H2O ==[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 乙醇 在试管内壁产生微小的玻璃微晶充当晶核，加速结晶 溶剂极性：乙醇 < 水 [Cu(NH3)4](OH)2在溶液中能完全电离而显强碱性 分析 Cu2+ +4H2O [Cu(H2O)4]2+ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ 平衡向左移动 < 稳定性: H2O、NH3同为中性分子，但电负性N<O，N比O更容易给出孤电子对，NH3的配位能力强于H2O,所以NH3与Cu2+形成的配位键比H2O与Cu2+形成的配位键强。 中心离子：Cu2+ 配位数：4 练一练 3.向盛有硫酸铜溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象的说法中，正确的是 A. 反应后溶液中没有沉淀，所以反应前后 Cu2 ＋ 浓度不变 B. 沉淀溶解后，将生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2＋ C. 在 [Cu(NH3)4]2＋ 中，Cu2+ 给出孤对电子，NH3 提供空轨道 D. 向反应后的溶液加入乙醇，溶液没有发生任何变化，因为 [Cu(NH3)4]2＋ 不与乙醇发生反应。 B 回想一下，如何检验Fe3+ 思考：Fe3+与SCN-如何反应？ 2、配合物 向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液(或任何含Fe3+的溶液)的试管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化钾(KSCN)溶液，观察实验现象。 FeCl3溶液 KSCN溶液 硫氰化铁配离子的形成实验 常见配合物的形成实验 实验步骤 2、配合物 SCN-作为配体与Fe3+配位，显红色，用于检验Fe3+ ………… Fe3+ + SCN- Fe(SCN)2+ Fe(SCN)2+ + SCN- Fe(SCN)2 + Fe(SCN)5 + SCN- Fe(SCN) 6 + 硫氰化铁配离子的颜色 硫氰化铁配离子的形成实验 常见配合物的形成实验 实验分析及有关离子方程式 三价铁离子跟硫氰酸根离子(SCN-)形成配离子的颜色，而Fe2+跟SCN-不显红色 2、配合物 [实验3-4] (2) K3Fe(SCN)6的形成 回顾：如何检验Fe3+？ 实验操作 向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液（或任何含Fe3+的溶液）的试管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化钾(KSCN)溶液。 实验现象 实验原理 溶液变为红色 Fe3++nSCN- = [Fe(SCN)n]3-n n = 1-6，随SCN-的浓度大小而异 配位数为1-6 利用硫氰化铁配离子等颜色，可用于鉴别溶液中存在Fe3+； 又由于硫氰化铁配离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术 探究 实验步骤 实验现象 解释 （1）向盛有0.1mol/L FeCl3溶液的试管中滴加2滴硫氰化钾溶液 （2）向盛有0.1mol/L K3[Fe(CN)6]溶液的试管中滴加2滴硫氰化钾溶液 溶液呈红色 FeCl3 KSCN溶液 Fe3+ + n SCN- ⇌ [Fe(SCN)n]3－n (n=1～6，随 c(SCN-) 大小而异) 无明显变化 CN-的配位能力强于SCN-，[Fe(CN)6]3-很稳定，转化为硫氰化铁的平衡正向移动的趋势很小 配位键的强度有大有小，有的配合物很稳定，有的配合物很不稳定 练一练 向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成血红色。该反应在有的教材中用方程式：FeCl3＋3KSCN＝Fe(SCN)3＋3KCl表示。经研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比配合，还可以其他个数比配合。 若Fe3＋与SCN－以个数比1∶5配合，则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为 _____________________________________。 FeCl3＋5KSCN＝K2[Fe(SCN)5]＋3KCl 向盛有少量 0.1 mol/L NaCl 溶液的试管里滴几滴0.1 mol/L AgNO3溶液，产生难溶于水的白色的AgCl沉淀，再滴入1 mol/L氨水，振荡，观察实验现象。 NaCl 溶液 加入 氨水 二氨合银离子的形成实验 常见配合物的形成实验 实验步骤 2、配合物 [实验3-5] （3）银氨离子[Ag(NH3)2]+的形成 滴加AgNO3溶液后，试管中出现_________，再滴加氨水后沉淀_____，溶液呈______。 白色沉淀 溶解 无色 二氨合银离子的形成实验 常见配合物的形成实验 实验现象 2、配合物 加入AgNO3溶液 Ag＋＋Cl－===AgCl↓ 继续加入氨水 AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－ 二氨合银离子的形成实验 常见配合物的形成实验 有关离子方程式 2、配合物 二氨合银离子 Ag NH3 H3N + 配体： 中心离子： 配位数： NH3 Ag+ 2 二氨合银离子的形成实验 常见配合物的形成实验 实验分析 2、配合物 配合物的性质 ①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。配位键越强，配合物越稳定。 ②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。 ③配合物形成时，性质会发生改变 A、颜色的改变，如Fe(SCN)3的形成； B、溶解度的改变，如AgCl→[Ag(NH3)2]＋ C、稳定性增强 C、稳定性增强 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。 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。 思考﹒ 运用 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，立即产生氯化银，沉淀的量分别为3 mol、2 mol、1 mol和1 mol。以强碱处理均无NH3放出。 ① 请根据实验事实用配合物的形式写出化学式。 CoCl3·6NH3：______________。 CoCl3·5NH3：________________。 CoCl3·4NH3(绿色和紫色)：________________。 ② 后两种物质组成相同而颜色，其关系是互为____________。 ③ 上述配合物中，中心离子的配位数都是____。 同分异构体 6 科学史话 19世纪末期，德国化学家发现一系列令人难以回答的问题，氯化钴跟氨结合，会生成颜色各异、化学性质不同的物质。 为了解释上述情况，化学家曾提出各种假说，但都未能成功。 直到1893年，瑞士化学家维尔纳（A．Werner）在总结前人研究的基础上，首次提出了配合物等概念，并成功解释了很多配合物的性质 ，维尔纳也被称为“配位化学之父”，并因此获得了1913年的诺贝尔化学奖。 CoCl3·6NH3 CoCl3·5NH3 配合物趣史 一、配合物 4.配位化合物的形成对性质的影响： 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，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含过量的OH－、Cl－、Br－、I－、CN－的溶液中，形成可溶性的配合物。 蓝色沉淀溶解 示例：Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－ 加入氨水 对溶解性的影响 一、配合物 4.配位化合物的形成对性质的影响： 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。 示例：Fe3＋与SCN－形成硫氰化铁配离子，其溶液显红色 FeCl3溶液 加入KSCN溶液 颜色的改变 一、配合物 4.配位化合物的形成对性质的影响： 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。许多过渡金属元素的离子对多种配体具有很强对结合力，因而，过渡金属配合物远比主族金属配合物多。 稳定性增强 示例：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。 一、配合物 （1） 在生命体中的应用 （2）在医药中的应用 抗癌药物 叶绿素 Mg2+的配合物 血红素 Fe2+的配合物 酶 含锌的配合物 维生素B12 钴配合物 （3）在生产生活中的应用 王水溶金 电解氧化铝的助熔剂 Na3[AlF6] 热水瓶胆镀银 [Ag(NH3)2]+ H[AuCl4] 5.配合物的应用 配合物的应用 A、KSCN的应用 检验Fe3+的存在；溶液常被用于电影特技和魔术表演。 B、[Ag(NH3)2]OH（银氨溶液） 可用于检验醛基（-CHO）的存在 C、判断离子共存 由于配位离子很难电离，所以形成配位键的两离子一般不能大量共存。 如Fe3+和SCN-不能大量共存 板书 配合物 定义：通常把金属离子或原子与某些分子或离子以配位 键结合形成的化合物称为配位化合物，简称～。 组成 电离：[Cu(H2O)4]SO4= [Cu(H2O)4]2+ + SO42- 制备 性质 配位键越强，配合物越稳定。 配合物形成时， 性质会发生改变 颜色的改变，如Fe(SCN)3的形成； 溶解度的改变，如AgCl→[Ag(NH3)2]＋ 稳定性增强 应用 KSCN溶液检验Fe3+ [Ag(NH3)2]OH（银氨溶液）检验醛基（-CHO） 判断离子共存：如Fe3+和SCN-不能大量共存 随堂练习 1．下列化合物中同时含有离子键、共价键、配位键的是 A．Na2O2 B．KOH C．NH4NO3 D．H2O C 2．碳铂(结构简式如图)是一种广谱抗癌药物。下列关于碳铂的说法错误的是 A．中心原子的配位数为4 B．sp3和sp2杂化的碳原子数之比为2:1 C．分子中σ键与π键的数目之比为10:1 D．分子中含有极性键、非极性键和配位键 C 随堂练习 3．下列物质中属于含有配位键的碱的是 A． B． C． D． A D 5、下列化合物属于配合物的是( ) A.Cu2(OH)2SO4 B.NH4Cl C.[Zn(NH3)4]SO4 D.KAl(SO4)2 C 6、下列化合物中同时含有离子键、共价键、配位键的是 A．Na2O2 B．KOH C．NH4NO3 D．H2O C 56 7、某物质A的实验式为CoCl3·4NH3，1 mol A中加入足量的AgNO3溶液中能生成1 mol白色沉淀，以强碱处理并没有NH3放出，则关于此化合物的说法中正确的是( ) A.Co3＋只与NH3形成配位键 B.配合物配位数为3 C.该配合物可能是平面正方形结构 D.此配合物可写成[Co(NH3)4 Cl2] Cl D 57 8、某物质的结构如图所示： 下列有关该物质的分析中正确的是( ) A.该物质分子中不存在σ键 B.该物质的分子内只存在共价键和配位键两种作用力 C.该物质是一种配合物，其中Ni原子为中心原子 D.该物质的分子中C、N、O原子均存在孤电子对 C 氢键 $$