第3章 第4节 配合物与超分子-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第四节　配合物与超分子 学习目标 素养解读 1.了解配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征。 2．了解配位化合物和超分子的存在及应用。 3．能运用配位键模型解释配合物的某些典型性质。 4．能举例说明配合物在生物、化学等领域的广泛应用 1.从配合物和超分子的构成微粒、微粒间作用力的角度，理解配合物和超分子的形成，发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。 2．从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用实验的方法探究配合物的形成和超分子的特性，培养科学探究与创新意识的化学学科核心素养 任务一　配合物 【情境诱思】 胆矾(CuSO4·5H2O)可写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其结构如图所示： 由胆矾的结构判断晶体中含有的化学键有哪些？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：胆矾中存在的化学键有配位键，共价键和离子键。 1．配位键 (1)含义：成键原子或离子一方提供空轨道，另一方提供孤电子对形成的“电子对给予—接受”键，是一类特殊的共价键。 (2)实例：在[Cu(H2O)4]2+中，Cu2+与水分子间的化学键是由水分子提供孤电子对给予铜离子，铜离子接受水分子提供的孤电子对形成的。 2．配位化合物 (1)概念：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。(2)常见配合物的形成 ①实验 实验操作 实验现象 有关反应 滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，得到深蓝色的透明溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体 Cu2+＋2NH3·H2O=== Cu(OH)2↓＋2NH、 Cu(OH)2＋4NH3=== [Cu(NH3)4](OH)2、[Cu(NH3)4]2+＋SO＋H2O [Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 溶液变为红色 Fe3+＋3SCN－===Fe(SCN)3 滴加AgNO3溶液后，试管中出现白色沉淀，再滴加氨水后沉淀溶解，溶液呈无色 Ag＋＋Cl－===AgCl↓、 AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]Cl 　　　　　　　　　　　　　　　　 ②总结 上述实验现象产生的原因主要是配离子的形成。以[Cu(NH3)4]2+为例，NH3中氮原子的孤电子对进入Cu2+的空轨道，Cu2+与NH3中的氮原子通过共用氮原子提供的孤电子对形成配位键，配离子[Cu(NH3)4]2+可表示为。 (3)配合物的组成 配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图所示： ①中心离子(原子)：提供空轨道接受孤电子对的离子(原子)。 ②配体：提供孤电子对的离子或分子。配体中直接同中心离子(原子)配位的原子称为配位原子，配位原子必须是含有孤电子对的原子。 ③配位数：直接与中心离子形成的配位键的数目。 【易错辨析】 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．NH4NO3、H2SO4都含有配位键(√) 3．任何分子都能形成配位键(×) 4．配合物都有颜色(×) 5．配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子 (√) 在血液中，氧气的输送是由血红蛋白来完成的。那么，氧气和血红蛋白是怎样结合的呢？载氧前，血红蛋白中的Fe2+与卟啉环中的四个氮原子和蛋白质上咪唑环中的氮原子均通过配位键相连。此时，Fe2+没有嵌入卟啉环平面，而是位于其下方约0.08 nm处，如图a所示。载氧后，氧分子通过配位键与Fe2+连接，使Fe2+滑入卟啉环中，如图b所示。 问题1：根据生活常识分析CO和氧气与Fe2+结合形成配位键能力的强弱。 提示：一氧化碳能导致人体因缺氧而中毒，说明一氧化碳能通过配位键与血红蛋白中的Fe2+结合，并且结合能力比氧气与Fe2+的结合能力强得多。 问题2：NH3和BF3可以通过配位键形成NH3·BF3，试分析提供孤电子对、空轨道的分别是哪种原子？你能写出NH3·BF3的结构式吗？ 提示：N原子提供孤电子对，B原子提供空轨道，NH3·BF3的结构式可表示为。 【要点归纳】 1．配位键的形成条件 (1)成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有X－(卤素离子)、OH－、CN－、SCN－等。 (2)成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3+及过渡金属的原子或离子(Fe、Ni、Fe3+、Ag＋、Zn2+等)。 (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。 2．配位键的表示方法 用箭头“―→”来表示孤电子对的共用情况，其中箭头由提供孤电子对的配位体指向提供空轨道的中心离子。 ―→ 例如H3O＋的结构式：；NH的结构式：。 3．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，另一方提供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)。 4．配合物溶于水的电离情况 配合物中外界离子能电离出来，而内界离子不能电离出来，通过实验及其数据可以确定内界和外界离子的个数，从而可以确定其配离子、中心离子和配位体。 5．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。 (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。 (3)稳定性增强 ①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。 ②许多过渡金属元素的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，使血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO 中毒。 6．配位健的稳定性 (1)电子对给予体形成配位键的能力：NH3>H2O。 (2)接受体形成配位键的能力：H＋>过渡金属>主族金属。 (3)配位键越强，形成的物质越稳定。如Cu2+←OH－<Cu2+←NH3<H＋←NH3。 【典例分析】 【典例1】 关于[Cr(H2O)4Cl2]Cl的说法正确的是(　　) A．中心原子的化合价为＋2价 B．配位数是6 C．配体为水分子，外界为Cl－ D．在其水溶液中加入AgNO3溶液，不产生白色沉淀 解析：选B。[Cr(H2O)4Cl2]Cl中阴离子是氯离子，氯离子的化合价是－1价，所以铬离子的化合价是＋3价，A错误；中心原子铬与4个水分子和2个氯离子结合形成配离子，故Cr的配位数为6，B正确；[Cr(H2O)4Cl2]Cl中配体为水分子和氯离子，外界为Cl－，C错误；[Cr(H2O)4Cl2]Cl的外界为Cl－，在其水溶液中加入AgNO3溶液，会产生氯化银白色沉淀，D错误。 【典例2】 向由0.1 mol CrCl3·6H2O配成的溶液中加入足量AgNO3溶液，产生0.2 mol沉淀。配合物CrCl3·6H2O的配位数为6，下列说法错误的是(　　) A．该配合物的中心离子是Cr3+ B．该配合物的配体是H2O和Cl－ C．1 mol配离子中含有6NA个共价键 D．该配合物中存在的化学键有共价键、配位键、离子键 解析：选C。向0.1 mol CrCl3·6H2O配成的溶液中加入足量AgNO3溶液，产生0.2 mol沉淀，则0.1 mol CrCl3·6H2O可产生0.2 mol Cl－，该配合物可表示为[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O。该配合物的中心离子是Cr3+，A正确； CrCl3·6H2O的配位数为6，配体是H2O和Cl－，B正确；1 mol配离子[Cr(H2O)5Cl]2+中含有(5×2＋5＋1)×NA＝16NA个共价键，C错误；该配合物中存在的化学键有共价键、配位键、离子键，D正确。 【易错剖析】 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)5Cl]2+＋2Cl－，而内界微粒很难电离(电离程度很小)，因此，配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2内界中的Cl－不能被Ag＋沉淀，只有外界中的Cl－才能与硝酸银溶液反应产生沉淀，即1 mol [Co(NH3)5Cl]Cl2最多能与2 mol Ag＋结合生成AgCl沉淀。 【对点练】 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只能是分子 B．X、Y只能是离子 C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一个孤电子对 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、另一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应该指向提供空轨道的X，D项错误。 2．下列关于配合物[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：选C。Zn2+的配位数是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，配位键属于特殊共价键，不属于离子键，故D错误。 3．有关配合物的实验如图，下列说法错误的是(　　) A．[Cu(H2O)4]2+中Cu2+提供空轨道，H2O中的O原子提供孤电子对 B．[Cu(NH3)4]2+与NH3比较，前者的H—N—H的键角小 C.与Cu2+的配位能力：NH3＞H2O D．向CuSO4溶液中滴加过量氨水，也能得到深蓝色溶液 解析：选B。配离子中中心原子提供空轨道，配体提供孤电子对，所以[Cu(H2O)4]2+中的Cu2+提供空轨道，H2O中的O原子提供孤电子对，两者结合形成配位键，A正确；在[Cu(NH3)4]2+中，因为孤电子对与成键电子对的排斥作用大于成键电子对与成键电子对的排斥作用，所以H—N—H键角会变大，[Cu(NH3)4]2+与NH3比较，前者的H—N—H的键角大，B错误；配合物向生成更稳定的配合物转化，所以判断NH3和H2O与Cu2+的配位能力：NH3>H2O，C正确。 4．(1)在[Ni(NH3)6]2+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)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3+的溶液中，原因是_______________________。 (用离子方程式表示，已知AlF在溶液中可稳定存在)。 (3)配合物[Cr(H2O)6]3+中，与Cr3+形成配位键的原子是________(填元素符号)。 答案： (1)配位键　N　(2)3CaF2＋Al3+===3Ca2+＋AlF　(3)O 任务二　超分子 1．定义 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。 [注意]超分子定义中的分子是广义的，包括离子。 2．应用 (1)分离C60和C70 ①将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，得到超分子“杯酚”C60和C70； ②加入甲苯溶剂，甲苯将C70溶解，经过滤后分离出C70； ③再向不溶物中加入氯仿，氯仿溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。 (2)冠醚识别碱金属离子 冠醚分子中有大小不同的空穴适配不同大小的碱金属离子，从而形成冠醚—碱金属离子超分子。 3．特征：分子识别和自组装。 【对点练】 1．下列有关超分子的说法错误的是(　　) A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体 B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力 C．超分子具有分子识别的特性 D．分子以共价键聚合形成超分子 解析：选D。分子以非共价键或仅以分子间作用力形成超分子。 2．利用超分子可分离 C60和 C70。将 C60、C70混合物加入一种空腔大小适配 C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法错误的是(　　) A.第一电离能：C<O B．杯酚分子中存在大π键 C．C60与金刚石晶体类型不相同 D．杯酚与 C60形成氢键 解析：选D。杯酚分子中含有苯环结构，具有大π键，B正确； C60晶体属于分子晶体，金刚石属于共价晶体，C正确；氢键是H与N、O、F等电负性大的元素之间才能形成，而C60中只含有C元素，无法形成氢键，D错误。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列不能形成配位键的组合是(　　) A．Ag＋、NH3 B．H2O、H＋ C．Co3+、CO D．Ag＋、H＋ 解析：选D。配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3+能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对，所以不能形成配位键。 2．下列过程与配合物的形成无关的是(　　) A．除去铁粉中的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Fe3+溶液中加入KSCN溶液后溶液呈红色 D．向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失 解析：选A。对于A项，除去铁粉中的SiO2是利用SiO2可与强碱反应的化学性质，与配合物的形成无关。 3．分子机器是一种特殊的超分子体系，当体系受到外在刺激(如pH 变化、吸收光子、电子得失等)时，分子组分间原有作用被破坏，各组分间发生类似于机械运动的某种热运动。下列说法不正确的是(　　) A．驱动分子机器时，需要对体系输入一定的能量 B．分子状态的改变会伴随能量变化，属于化学变化 C．氧化还原反应有可能是刺激分子机器体系的因素之一 D．光照有可能使分子产生类似于机械运动的某种热运动 解析：选B。分子组分间原有作用被破坏，应在外力作用下，则需要对体系输入一定的能量， A正确；分子状态的改变没有发生化学变化， B错误；由题给信息可知电子得失可形成分子机器，电子得失属于氧化还原反应， C正确；光照条件下可使分子吸收光子，D正确。 4．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(NH3)4]2+ C．反应后的溶液中Cu2+的浓度增加了 D．在配离子[Cu(NH3)4]2+中，Cu2+提供孤电子对，NH3提供空轨道 解析：选B。Cu2+转化为配离子，浓度减小，A、C错误；[Cu(NH3)4]2+是深蓝色的，B正确；Cu2+具有空轨道，而NH3具有孤电子对，所以Cu2+提供空轨道，NH3提供孤电子对，D错误。 5．Cu2+能与NH3、H2O、OH－、Cl－等形成配位数为4的配合物。 (1)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。 ①画出配离子[Cu(OH)4]2-中的配位键：________________。 ②Na2[Cu(OH)4]中除了配位键外，还存在的化学键类型有________(填字母)。 A．离子键 B．金属键 C．极性共价键 D．非极性共价键 (2)金属铜与氨水或过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液发生反应Cu＋H2O2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2+＋2OH－，原因是__________________________________ ______________________________________。 答案：(1)①　②AC　(2)过氧化氢为氧化剂，能将Cu氧化为Cu2+，氨分子能与Cu2+形成配位键 学科网（北京）股份有限公司 $$