3.4.1-配合物与超分子 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

e7d195523061f1c0a26d87d40de6192bcf1909654b74c9ebB6384654682C8890CF1990A60E48C4F486EE2FC74407B5F34886ECF26B0E0B70C575B52C2C3768611B18C1FE4FD5AFF574681F5040C496491238CBED6F3AF3D0EF20855CE70527E4444DB44B99E578D76C9F012DCAFDC1AD12EC1B61CB2D6B74278ECB4120402FFCA0839106BA8C82E2B0B172DDEE3B7445 第三章 晶体结构与性质 3.4.1配合物与超分子 1 CuSO4溶液 CuCl2溶液 CuBr2溶液 K2SO4溶液 NaCl溶液 NaBr溶液 实验3-2 新课引入 ①CuSO4 ②CuCl2 ③CuBr2 白色 棕色 深褐色 ④NaCl ⑤K2SO4 ⑥KBr 白色 白色 白色 物质 固体颜色 溶液颜色 结论：Cu2+在水溶液中呈蓝色（Na+、K+、Cl-、SO42-、Br-等离子在水溶液中呈无色 固态二价铜盐不一定显蓝色，Cu2+与水结合显蓝色（结晶水少→多，晶体颜色绿→蓝） CuSO4·5H2O晶体 CuCl2·2H2O晶体 蓝色 绿色 问题1：Cu2+与H2O间是如何结合的呢？ 3 依据电子式，讨论NH3 、H2O与H＋是如何形成NH4＋ 、H3O＋的？ 思考 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，即“电子对给予—接受”键。 注：1、配位键是一种特殊的共价键，只是与普通的共价键形成过程不同 2、配位键一般是共价单键，属于σ键，具有方向性和饱和性 Cu2+的价层电子排布图 [Cu(H2O)4]2+的形成 激发 杂化 H2O H2O H2O H2O 中心原子Cu2+为dsp2杂化 [Cu(H2O)4]2+平面正方形 3d、4s和4p能级上有四个空轨道 孤电子对 Cu2+ + 4H2O Cu(H2O)4 2+ 拓展分析 一、配位键 1、定义：成键原子或离子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道而形成的化学键，即“电子对给予—接受”键。 中心原子或离子：提供空轨道的原子或离子 配体或配位体：提供孤电子对的原子对应的分子或离子 2、形成条件： 中心原子或离子要有空轨道 配体中的原子要有孤电子对 3、表示方法 (A提供孤电子对) A—B (B提供空轨道) 电子对给予体 电子对接受体 配位键：中心原子(离子)空的价层轨道首先进行杂化，然后以空的杂化轨道接受配体提供的孤电子对，从而形成配位键。 6 能提供孤电子对的微粒: NH3、H2O、HF、CO、Cl－、OH－、CN－、SCN－等 能提供空轨道的离子或原子：通常为过渡金属元素的原子或离子（Cu2+、Zn2+、Ag+、Fe、Ni等）、H+、 第IIIA组的B、Al缺电子化合物 思考 多数过渡金属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 哪些原子或离子能提供空轨道？哪些能提供孤电子对？ 配位键：中心原子(离子)空的价层轨道首先进行杂化，然后以空的杂化轨道接受配体提供的孤电子对，从而形成配位键。 7 1、定义：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)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物,简称配合物。 二、配合物 (1)中心原子(离子)：提供空轨道的金属离子或原子 (2)配体：含有孤电子对的分子或离子，如 NH3、H2O、CO、 Cl- 、 SCN- 、CN- (3)配位原子：配体中具有孤电子对的原子，如：N O P S (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、 (5)配离子的电荷：等于中心离子和配体总电荷的代数和，如[[Cu(H2O)4]2+ 2.配合物的组成: 由中心离子或原子和配体组成，分为内界、外界 内界与外界以离子键结合,外界在水溶液中易电离，但内界却难电离。 [Cu（N H 3）4 ] S O 4 如 [Co(NH3)5Cl]Cl2 ,1mol该物质可以和硝酸银形成几mol沉淀？ 配合物 内界 外界 中心粒子 配体 配位数 [Ag(NH3)2]OH 氢氧化二氨合银 K3[Fe(CN)6] 六氰合铁酸钾 Ni(CO)4 四羰基镍 请根据给出的配合物完成下表 [Ag(NH3)2]＋ OH- Ag+ NH3 2 [Fe(CN)6]3－ K＋ Fe3＋ CN－ 6 Ni(CO)4 无 Ni CO 4 思考与讨论 特别提醒： 1. 有些配合物没有外界；如 Ni(CO)4 、Fe(CO)5 2. 中心粒子可以是金属阳离子，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+、 反应①：Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+ ① ② ③ 反应②：Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2 深蓝色溶液 [Cu(NH3)4]2+ + SO42- + H2O ＝ [Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 乙醇 深蓝色晶体 反应③： 硫酸四氨合铜晶体 实验3-3 三、常见的配合物的制取 深蓝色溶液及深蓝色晶体中，深蓝色都是因为[Cu(NH3)4]2+的存在 思考4：从结构角度分析为什么Cu2+与NH3形成的配位键比Cu2+与H2O形成的配位键强？ H2O、NH3同为中性分子，但电负性N＜O，N比O更容易给出孤对电子，与Cu2＋形成的配位键更强 硫氰化钾(KSCN)溶液 溶液变为血红色 FeCl3溶液棕黄色 课本P97实验3-4 n = 1∽6，随SCN-的浓度而异 实验原理 Fe3+ +nSCN- = [Fe(SCN)n]3-n 应用：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 加NaCl溶液 逐滴加氨水 AgNO3溶液 AgCl沉淀 沉淀消失，得澄清的无色溶液 Ag++Cl-=AgCl↓ AgCl+2NH3=[Ag(NH3)2]Cl 课本P97实验3-5 四、配合物的形成对物质性质的影响 1、对物质溶解性的影响 2、颜色的改变 3、稳定性增强（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，比如血红素中的Fe2+与CO分子形成的配位键比Fe2+与O2形成的配位键强，因此血红素中的Fe2+与CO分子结合后，很难再与O2结合，就会失去输送氧气的功能） 1. 定义 分子是广义的，包括离子。 主要是静电作用、范德华力和氢键等 四 、超分子 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。 超分子这种分子聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的。 (1)分子识别 ： ①分离 C60 和 C70 2. 重要特征及其应用 四 、超分子 杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别 ②分子识别 ：冠醚识别碱金属离子 ①冠醚定义：分子中含有多个-氧-亚甲基(CH2)-结构单元的大环多醚。 ②冠醚特点：是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子,从而实现选择性结合。 思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？ C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚， O 原子吸引阳离子。 冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合形成超分子 ③冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子 冠醚识别碱金属离子。不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子。 冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子（直径/pm） 12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 120～150 170～220 260～320 340～430 Li+（152） Na+（204） Rb+（304） Cs+（334） 思考： K+ 直径为276 pm，应该选择哪种冠醚呢？ 应用举例：相转移催化剂 问题背景：高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，从而褪色，高锰酸钾易溶于水，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。 甲苯 K+ MnO4 ④冠醚识别碱金属离子的应用 在烯烃中加入冠醚时，冠醚通过与K+结合而将高锰酸根也带入烯烃中；而冠醚不与高锰酸根结合，使游离的高锰酸根反应活性很高，从而快速发生反应。 2.自组装 (1)超分子组装的过程称为分子自组装，是使超分子产生高度有序的过程。 细胞外部 磷脂分子 双分子层 细胞质 疏水端 亲水端 亲水端 a.烷基磺酸根离子在水中自组装为胶束 (2) 超分子的自组装示例 c.细胞和细胞器的双分子膜的自组装 极性基团(亲水) 非极性基团(疏水) b.表面活性剂在水中自组装为单分层 极性基团 极性基团(亲水) 极性基团(亲水) 非极性基团(疏水) 非极性基团(疏水) 细胞膜的两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜的两性分子的头基是极性基团而尾基是非极性基团。头基为亲水基团，头部会朝向水溶液一侧，从而实现自组装。 $$