第3章 第4节 配合物与超分子-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（人教版2019 不定项版）

化学　选择性必修2[RJ]导学案 不定项 第四节　配合物与超分子 1.能说出配位键的特征，能运用配位键解释配合物的某些典型性质。2.能利用配合物的性质去推测配合物的组成，从而形成“结构决定性质”的认知模型。3.能举例说明配合物在生物、化学领域的广泛应用。4.能举例说明超分子的结构特点及其对物质性质的影响。 1．配合物 (1)配位键 [Cu(H2O)4]2＋的名称为四水合铜离子，呈蓝色。在此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：通常把金属离子或原子(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。 (3)配合物形成的实验探究 实验操作 实验现象 有关离子/ 化学方程式 滴加氨水后，试管中首先出现难溶物，氨水过量后难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液，滴加乙醇后析出深蓝色的晶体 Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋ Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4](OH)2 溶液颜色变为红色，可鉴定溶液中存在Fe3＋ Fe3＋＋3SCN－=== Fe(SCN)3 试管中首先出现白色沉淀，滴加氨水后沉淀溶解，溶液呈无色 Ag＋＋Cl－=== AgCl↓ AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]Cl (4)配合物的应用 配合物广泛存在于自然界中，在人和动物体内起输送O2作用的血红素是Fe2＋的配合物；在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。 2．超分子 (1)超分子的定义及其结构特点 超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体，分子间的相互作用有人将其概括为非共价键，有人则将其限于分子间作用力。超分子这种分子聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的。 (2)超分子的特性 超分子的重要特征是分子识别和自组装。 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)提供孤电子对的微粒既可以是分子，也可以是离子。(　　) (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)有配位键的化合物就是配位化合物。(　　) (5)配合物[Cu(H2O)4]SO4中，Cu2＋提供孤电子对。(　　) (6)超分子是两种及以上分子以非共价键形式形成的有限的分子聚集体。(　　) (7)超分子是有机高分子。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× 解析：(4)含有配位键的化合物不一定是配位化合物，如NH4Cl等。 (5)配合物[Cu(H2O)4]SO4中，Cu2＋为中心离子，提供空轨道，H2O中氧原子提供孤电子对。 (6)超分子这种分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。 (7)超分子是两种或两种以上分子相互作用形成的分子聚集体，不是有机高分子。 2．下列微粒中含有配位键的是(　　) ①H3O＋　②NH　③[Cu(H2O)4]2＋　④[Fe(SCN)6]3－　⑤[CuCl4]2－　⑥CH4　⑦NH3 A．①②③④⑤ B．①③⑥ C．④⑤⑦ D．②④⑥ 答案：A 解析：①H3O＋中，O上含有孤电子对，H＋有空轨道，可以形成配位键；②NH中，N上含有孤电子对，H＋有空轨道，可以形成配位键；③[Cu(H2O)4]2＋中，Cu2＋含有空轨道，H2O中O含有孤电子对，可以形成配位键；④[Fe(SCN)6]3－中，Fe3＋含有空轨道，SCN－中S含有孤电子对，可以形成配位键；⑤[CuCl4]2－中，Cu2＋含有空轨道，Cl－含有孤电子对，可以形成配位键。 3．下列关于配合物的叙述不正确的是(　　) A．配合物中一定含有配位键 B．配合物中只含配位键 C．[Cu(H2O)6]2＋中Cu2＋提供空轨道，H2O中氧原子提供孤电子对，从而形成配位键 D．配合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有广泛应用 答案：B 4．冠醚是皇冠状的分子，可由不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。如图是18­冠­6与钾离子以配位键结合形成的超分子结构示意图。下列说法错误的是(　　) A．冠醚与碱金属离子之间的配位键属于共价键 B．中心离子K＋的配位数为6 C．冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里含有阴离子 D．这类配合物晶体是分子晶体 答案：D 5．填写下列空白： (1)下列不属于配合物的是________(填字母)。 A．[Cu(H2O)4]SO4·H2O B．[Ag(NH3)2]OH C．KAl(SO4)2·12H2O D．Na[Al(OH)4] (2)在配离子[Fe(SCN)]2＋中，提供空轨道接受孤电子对的微粒是________，画出配离子[Cu(NH3)4]2＋中的配位键______________。 答案：(1)C　(2)Fe3＋　 知识点　配位键和配合物 1．配位键的形成条件 (1)成键原子一方能提供孤电子对。能提供孤电子对的分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。 (2)成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。 (3)配位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。 [注意]　(1)配位键与普通共价键相比，只是形成过程有所不同：配位键的共用电子由成键原子中某个原子单方面提供，普通共价键的共用电子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，如在NH中4个N—H键是完全等同的，NH的空间结构为正四面体形。 (2)含有配位键的化合物不一定是配合物，如NH4Cl等。 2．配合物 (1)配合物的组成 以[Cu(NH3)4]SO4为例分析配合物的组成： ①中心原子(或离子)：提供空轨道接受孤电子对。通常是过渡元素的原子或离子，如Cu2＋、Zn2＋、Fe等。 ②配体(配位体)：提供孤电子对的分子或离子。配体可以是阴离子，如X－(卤素离子)、OH－、SCN－等，也可以是中性分子，如H2O、NH3、CO等。配位原子必须是含有孤电子对的原子，通常是第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子。 ③配位数：直接同中心原子(或离子)配位的原子数目叫中心原子(或离子)的配位数，如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数是6。 [注意]　配合物内界微粒很难电离(电离程度很小)，如[Co(NH3)5Cl]Cl2===[Co(NH3)5Cl]2＋＋2Cl－，因此，[Co(NH3)5Cl]Cl2内界中的Cl－不能被Ag＋沉淀，只有外界的Cl－才能与硝酸银溶液反应产生沉淀。 (2)配合物的形成对物质性质的影响 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，可以分别溶于含过量Cl－、Br－、I－、CN－的溶液中，形成可溶性的配合物。 难溶于水的金属化合物还可溶于过量氨水中，如银氨溶液的制备原理： Ag＋＋NH3·H2O===AgOH↓＋NH AgOH＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]＋＋OH－＋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，形成的配离子的颜色是红色的，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：配合物具有较强的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当配离子的中心原子相同时，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。 [练1]　向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加浓氨水，先生成难溶物，继续滴加浓氨水，难溶物溶解，得到深蓝色透明溶液。下列对此现象的说法正确的是(　　) A．反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2＋的浓度不变 B．沉淀溶解后，生成深蓝色的配离子[Cu(H2O)4]2＋ C．该实验能证明[Cu(NH3)4]2＋比氢氧化铜稳定 D．在配离子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供孤电子对，NH3提供空轨道 答案：C 解析：硫酸铜和浓氨水反应生成氢氧化铜蓝色沉淀，继续加浓氨水时，氢氧化铜和浓氨水继续反应生成配离子[Cu(NH3)4]2＋而使溶液澄清，发生反应的离子方程式为Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH，Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋转化为配离子[Cu(NH3)4]2＋，浓度减小，A、B错误；氢氧化铜沉淀能转化为配离子[Cu(NH3)4]2＋，说明[Cu(NH3)4]2＋比氢氧化铜稳定，C正确；Cu2＋具有空轨道，而NH3具有孤电子对，所以Cu2＋提供空轨道，而NH3提供孤电子对，D错误。 [练2]　许多过渡金属离子对多种配体有很强的结合力，能形成种类繁多的配合物。下列说法正确的是(　　) A．向配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O溶液中加入足量的AgNO3溶液，所有的Cl－均被完全沉淀 B．[Pt(NH3)6]2＋和[PtCl4]2－中，其中心离子的化合价都是＋2价 C．配合物[Cu(NH3)4]SO4·H2O的配体为NH3和SO D．配合物[Ag(NH3)2]OH的配位数为6 答案：B 解析：加入足量的AgNO3溶液，外界Cl－与Ag＋反应生成AgCl沉淀，内界配体Cl－不能电离出来，A错误；[Pt(NH3)6]2＋中，NH3可以看为一个整体，显0价，[PtCl4]2－中，Cl元素显－1价，故两者的中心离子的化合价都是＋2价，B正确；配合物[Cu(NH3)4]SO4·H2O的配体为NH3，C错误；配合物[Ag(NH3)2]OH的配体为NH3，配位数为2，D错误。 [练3]　(1)[Fe(H2O)6]2＋与NO反应生成的[Fe(NO)(H2O)5]2＋中，NO以N原子与Fe2＋形成配位键。请在[Fe(NO)(H2O)5]2＋结构示意图的相应位置补填缺少的配体。 (2)[Ti(H2O)6]Cl3为紫色晶体，其中1 mol阳离子中所含σ键的数目为____；[Ti(H2O)6]Cl3中存在的作用力类型有________(填字母)。 A．氢键 B．配位键 C．共价键 D．离子键　E．金属键 答案：(1)　 (2)18NA　BCD 本课总结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ 对点 配位键 配合物的结构 配合物的形成 配合物的结构 配合物的形成 配合物的结构 配合物的结构 超分子 超分子 配合物的结构 配合物的结构与性质 配合物与超分子的结构及应用 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列分子或离子中，能提供孤电子对与某些金属离子形成配位键的是(　　) ①H2O　②NH3　③F－　④CN－　⑤CO A．①② B．②③ C．①③④ D．①②③④⑤ 答案：D 2．关于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的说法中正确的是(　　) 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 答案：C 解析：锌离子配位数是4，故A错误；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，故D错误。 3．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 答案：A 解析：A项，利用了SiO2可与强碱反应的化学性质，与配合物的形成无关；B项，AgNO3与氨水反应生成了AgOH沉淀，继续反应生成了配离子[Ag(NH3)2]＋；C项，Fe3＋与KSCN反应生成了配离子[Fe(SCN)n]3－n(n＝1～6)；D项，CuSO4与过量氨水反应生成了配离子[Cu(NH3)4]2＋。 4．某物质的实验式为PtCl4·2NH3，其水溶液不导电，加入AgNO3溶液不产生沉淀，以强碱处理并没有NH3放出，则关于此化合物的说法正确的是(　　) A．配合物中中心离子的电荷数和配位数均为6 B．该配合物可能是平面正方形结构 C．Cl－和NH3分子均与Pt4＋配位 D．配合物中Cl－与Pt4＋配位，而NH3分子不与Pt4＋配位 答案：C 解析：由化合价规则知PtCl4·2NH3中铂为＋4价，A错误；加入AgNO3溶液无沉淀生成，加入强碱无NH3放出，表明PtCl4·2NH3溶液中不存在Cl－、NH3，又因为Pt4＋有空轨道，故Pt4＋是中心离子，NH3、Cl－是配体，C正确，D错误；因配位数是6，故配合物不可能是平面正方形结构，B错误。 5．向硫酸铜溶液中逐渐通入过量氨气，然后加入适量乙醇，溶液中析出深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O。关于该晶体下列说法中错误的是(　　) A．加入乙醇的目的是降低溶剂的极性，促使[Cu(NH3)4]SO4·H2O析出 B．该配合物晶体中，N是配位原子，NH3为三角锥形，配位数是4 C．配离子内N原子排列成为平面正方形，可见Cu2＋采取sp3杂化 D．向该晶体的水溶液中加入浓BaCl2溶液有白色沉淀生成 答案：C 解析：配离子内N原子形成平面正方形，Cu2＋不为sp3杂化，C错误。 6．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．该物质的分子中C、N、O均存在孤电子对 D．该物质是一种配合物，其中Ni为中心原子 答案：D 解析：A项，该物质中碳原子之间、碳氢原子间、碳氮原子间等，均存在σ键；B项，该物质中H、O间存在氢键，C与其他原子间存在共价键，Ni、N之间存在配位键，所以该物质的分子内存在氢键、共价键、配位键三种作用力；C项，C最外层的4个电子全部参与成键，没有孤电子对；D项，Ni具有空轨道，接受孤电子对，是配合物的中心原子。 二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 7．关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法中正确的是(　　) A．配体是Cl－和H2O，配位数是9 B．配离子是[TiCl(H2O)5]2＋，中心离子是Ti3＋ C．内界和外界中的Cl－的数目比是1∶2 D．加入足量AgNO3溶液，所有Cl－均被完全沉淀 答案：BC 解析：配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中配体是Cl－和H2O，配位数是6，A错误；加入足量AgNO3溶液，外界离子Cl－与Ag＋反应，内界中配位离子Cl－不与Ag＋反应，D错误。 8．利用超分子的某种特性可分离C60和C70。将C60、C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中可发生如图所示变化。下列说法错误的是(　　) A．C70和C60互为同素异形体 B．“杯酚”分子中存在大π键 C．“杯酚”与C60之间形成氢键 D．C70不能与“杯酚”形成超分子 答案：C 解析：C70和C60是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，A正确；“杯酚”分子中含有苯环，苯环中存在大π键，B正确；氢键普遍存在于已经与N、O、F等电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另外的N、O、F等电负性很大的原子之间，“杯酚”与C60之间不能形成氢键，C错误；C70分子比C60分子大，将C60、C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，“杯酚”能与C60形成超分子，而不能与C70形成超分子，D正确。 9．冠醚能与阳离子作用，12­冠­4能与Li＋作用而不与K＋作用，18­冠­6能与K＋作用，但不与Li＋或Na＋作用。下列说法错误的是(　　) A．冠醚与阳离子作用跟环的大小有关 B．超分子中O原子与K＋间存在离子键 C．12­冠­4中C和O的杂化方式相同 D．18­冠­6可将KCN带入溴乙烷中 答案：B 解析：超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体，超分子定义中的分子是广义的，包括离子，超分子内部分子之间通过非共价键相结合，包括氢键、π­π堆积作用、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等，故超分子中O原子与K＋间不存在离子键，B错误。 10．硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子Xm－(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所示。下列说法错误的是(　　) A．m＝3 B．在Xm－中，硼原子轨道的杂化类型不同 C．1、2号原子间和4、5号原子间的化学键可能是配位键 D．若382 g硼砂晶体中含2 mol Na＋，则硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O 答案：AC 解析：根据球棍模型可知Xm－是(H4B4O9)m－，根据元素的化合价H为＋1、B为＋3、O为－2，可得m＝2，A错误；2、4号原子均代表B原子，2号B形成3个键，该B原子为sp2杂化，4号B形成4个键，该B原子为sp3杂化，在Xm－中，硼原子轨道的杂化类型不同，B正确；1、2号原子间不存在配位键，4号B形成4个键，其中1个键可能是配位键，所以配位键可能存在于4号与5号原子之间，C错误；若硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O，则382 g硼砂晶体中含×2＝2 mol Na＋，D正确。 三、非选择题 11．配位化合物在生产生活中有重要应用，请根据要求回答下列问题： (1)光谱证实单质铝与强碱性溶液反应有[Al(OH)4]－生成，则[Al(OH)4]－中存在________(填序号)。 a．共价键　b．非极性键　c．配位键　d．σ键　e．π键 (2)Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物，已知Co3＋的配位数是6，为确定钴的配合物的结构，现对两种配合物进行了如下实验：在第一种配合物的溶液中加BaCl2溶液时，产生白色沉淀，在第二种配合物的溶液中加BaCl2溶液时，则无明显现象。则第一种配合物的结构可表示为______________________，第二种配合物的结构可表示为____________________________。若在第二种配合物的溶液中滴加AgNO3溶液，则产生的现象是__________________________________________。 答案：(1)acd　(2)[CoBr(NH3)5]SO4　[Co(SO4)(NH3)5]Br　生成淡黄色沉淀 解析：(1)光谱证实单质Al与强碱性溶液反应有[Al(OH)4]－生成，可看作铝原子和三个羟基形成三个共用电子对，形成三个极性共价键，形成Al(OH)3，Al(OH)3溶解在强碱性溶液中，和OH－结合形成[Al(OH)4]－，利用的是铝原子的空轨道和OH－的孤电子对形成的配位键；共价单键为σ键，所以[Al(OH)4]－中也形成了σ键。 (2)加入BaCl2溶液时，产生白色沉淀，说明硫酸根离子为配合物的外界，在水溶液中以离子形式存在，所以会与钡离子结合生成白色沉淀，则配合物的结构为[CoBr(NH3)5]SO4；若加入BaCl2溶液时无明显现象，说明硫酸根离子在内界，所以配合物的结构为[Co(SO4)(NH3)5]Br；溴离子为配合物的外界，在水溶液中以离子形式存在，若加入AgNO3溶液，会产生淡黄色沉淀溴化银。 12．氮化硼(BN)晶体是一种新型无机合成材料。用硼砂(Na2B4O7)和尿素反应可以得到氮化硼：Na2B4O7＋2CO(NH2)2===4BN＋Na2O＋4H2O＋2CO2↑。根据要求回答下列问题： (1)组成反应物的所有元素中，第一电离能最大的是________(填元素符号)。 (2)尿素分子()中π键与σ键数目之比为________。 (3)一定条件下尿素分子可形成六角形超分子(结构如图所示)。超分子中尿素分子间主要通过________结合。 (4)上图中超分子的纵轴方向有一“通道”。直链烷烃分子刚好能进入通道，并形成超分子的包合物；支链烷烃因含有侧链，空间体积较大而无法进入“通道”。利用这一性质可以实现直链烷烃和支链烷烃的分离。 ①直链烷烃分子进入“通道”时，通过________与超分子结合，从而形成超分子包合物。 ②下列物质可以通过尿素超分子进行分离的是________(填标号)。 A．乙烷和丁烷 B．丁烷和异丁烷 C．异戊烷和新戊烷 D．氯化钠和氯化钾 答案：(1)N　(2)1∶7　(3)氢键　(4)①范德华力　②B 解析：(1)同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势；同主族元素从上到下，第一电离能逐渐减小，又由于第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素，所以组成反应物的所有元素中，N元素第一电离能最大。 (2)尿素分子内只含一个双键，即只含一个π键，σ键数目为7，二者数目之比为1∶7。 (3)由于存在的微粒为分子，应从分子间作用力方面考虑，H与N相连，且分子内还含有极性较强的碳氧双键，可以想到分子间可形成氢键。 (4)①微粒为烷烃分子，不具备形成分子间氢键的条件，故作用力为范德华力。②不含支链的烷烃分子可进入“通道”，含有支链的烷烃分子不能进入“通道”。乙烷和丁烷都不含支链，不可分离；丁烷不含支链，异丁烷含有支链，可以分离；异戊烷和新戊烷都含有支链，不可分离；氯化钠和氯化钾均以离子形式存在，不可分离。 13 学科网（北京）股份有限公司 $$