3.4 配合物与超分子(教用Word)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版，单选）

第四节　配合物与超分子 新课程标准 核心素养 1.能正确叙述配位键概念及其形成条件,会分析配位化合物的形成及应用。 2.了解超分子的概念和用途。 1.宏观辨识与微观探析:能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法,能判断常见的配合物。 2.证据推理与模型认知: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。 课前预习新知 　 知|识|梳|理 知识点一 配合物 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,这类“电子对给予—接受”键称为配位键。 (2)实例:在四水合铜离子([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)常见配合物的形成实验。 ①实验。 实验操作 实验现象 有关离子方程式 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·H2OCu(OH)2↓+2N、 Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4]2++2OH-、 [Cu(NH3)4]2++S+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上述实验现象产生的原因主要是依次形成了配合物或配离子:[Cu(NH3)4]2+、Fe(SCN)3、[Ag(NH3)2]+,如在配离子[Cu(NH3)4]2+中,NH3中氮原子的孤电子对进入Cu2+的空轨道,Cu2+与NH3中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。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.形成配位键的条件是一方有空轨道一方有孤电子对。 (√) 2.提供孤电子对的微粒只能是分子不能是离子。 (×) 3.配合物[Cu(NH3)4]SO4中NH3是配体,配位数是4。 (√) 4.配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2中Cl-均可与AgNO3反应生AgCl沉淀。 (×) 知识点二 超分子 1.概念。 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。 2.重要特征。 分子识别和自组装。 3.应用。 (1)分离C60和C70。 分离过程: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;加入甲苯溶剂,甲苯将C70溶解,经过滤后分离出C70;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。从而将C60和C70分离开来。如图所示: (2)冠醚识别碱金属离子。 冠醚分子中有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子,而形成冠醚—碱金属离子超分子。 如18⁃冠⁃6识别K+。 超分子 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.分子形成超分子的作用力可能是分子间作用力。 (√) 2.超分子具有分子识别的特性。 (√) 3.超分子都是无限伸展的。 (×) 4.冠醚是一种超分子,可以识别碱金属离子。 (√) 课堂互动探究 　 探究一 配位键 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。 2.配位键的表示方法。 (1)表示方法。 配位键可以用A→B来表示,其中A是提供孤电子对的分子或离子,叫做配体;B是接受孤电子对的原子或金属离子。 (2)实例。 ①N中的配位键表示为。 ②[Cu(NH3)4]2+中的配位键表示为。 3.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。 4.配位键与共价键的比较。 比较 共价键类型 非极性键 极性键 配位键 本质 相邻原子间的共用电子对(原子轨道重叠)与原子核间的静电作用 成键条件 (元素种类) 成键原子得、失电子能力相同(同种元素) 成键原子得、失电子能力差别较小(不同元素) 成键原子一方有孤电子对(配体),另一方有空轨道(中心离子或原子) 特征 有方向性、饱和性 特别提醒　(1)配位键一般是共价单键,属于σ键,配位键与普通共价键相似,具有方向性和饱和性。 (2)与普通共价键一样,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N)。 【例1】　下列各种说法中错误的是 (　　) A.配位键是一种特殊的共价键 B.NH4NO3、CuSO4·5H2O都含有配位键 C.共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子 D.形成配位键的条件是一方有空轨道,另一方有孤电子对 解析　配位键是成键的两个原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道而形成的共价键,可见成键双方不一定都存在未成对电子,A、D两项正确,C项错误;NH4NO3、CuSO4·5H2O中的N、[Cu(H2O)4]2+含有配位键,B项正确。 答案　C 【变式训练】 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.①②③ C.①②④ D.①②③④⑤ 解析　题中各微粒都含有孤电子对。 答案　D 探究二 配合物的组成与性质 1.配合物的组成。 配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如图表示: (1)中心原子或离子:能提供空轨道接受孤电子对的原子或金属阳离子。配合物的中心离子一般是带正电荷的阳离子,最常见的中心原子或离子是过渡金属的原子或离子。如Cu2+、Zn2+、Fe等。 (2)配体:含有孤电子对的原子、分子或阴离子。 ①阴离子:如X-(卤素离子)、OH-、SCN-、CN-、RCOO-等。 ②分子:如H2O、NH3、CO等。 ③原子:常为ⅤA、ⅥA、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中Fe2+的配位数是6;Cu2+与乙二胺形成的配离子中配体(乙二胺)数是2,但配位数是4(配位键数目),如图所示。 2.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。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-形成硫氰化铁配离子,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。 【例2】　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。 (1)请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。 CoCl3·6NH3:　　　　　　　　,  CoCl3·5NH3:　　　　　　　　,  CoCl3·4NH3(绿色和紫色):　　　　　　　　　　。  (2)后两种物质组成相同而颜色不同的原因是　　　　　　　　　　。  (3)上述配合物中,中心离子的配位数都是　　　　。  解析　由题意知,四种配合物中位于外界的Cl-数目分别为3、2、1、1,则它们的化学式分别为[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl,最后两种应互为同分异构体。 答案　(1)[Co(NH3)6]Cl3　[Co(NH3)5Cl]Cl2　[Co(NH3)4Cl2]Cl　(2)它们互为同分异构体　(3)6 【变式训练】 2.某物质的实验式为PtCl4·2NH3,其水溶液不导电,加入AgNO3溶液反应也不产生沉淀,以强碱处理并没有NH3放出,则关于此化合物的说法中正确的是 (　　) A.配合物中中心原子的电荷数为6 B.该配合物可能是平面正方形结构 C.Cl-和NH3分子均与中心铂离子形成配位键 D.该配合物的配体只有NH3 解析　加入AgNO3不产生沉淀,用强碱处理没有NH3放出,说明不存在氯离子和氨分子,所以该物质的配位化学式为[PtCl4(NH3)2]。配合物中中心原子的电荷数为4,配位数为6,A项错误;Pt与6个配体成键,该配合物应是八面体结构,B项错误;由分析可知,4个Cl-和2个NH3分子均与P配位,形成的配合物为[PtCl4(NH3)2],C项正确;该物质的配位化学式为[PtCl4(NH3)2],则配体有 Cl-和NH3分子,D项错误。 答案　C 随堂达标自测 　 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　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+、C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项中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。 答案　D 2.配位化合物的数量巨大,组成和结构形形色色。配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心离子、配体、中心离子的化合价和配位数分别为 (　　) A.Cu2+、NH3、+2、4 B.Cu+、NH3、+1、4 C.Cu2+、OH-、+2、2 D.Cu2+、NH3、+2、2 解析　配合物[Cu(NH3)4](OH)2中,Cu2+为中心离子,化合价为+2,配体为NH3,配位数为4。 答案　A 3.镍能形成多种配合物如正四面体形的Ni(CO)4、正方形的[Ni(CN)4]2-和正八面体形的[Ni(NH3)6]2+等。下列说法不正确的是 (　　) A.CO分子内σ键和π键个数之比为1∶2 B.NH3的空间结构为三角锥形 C.Ni2+在形成配合物时,其配位数只能为4 D.Ni(CO)4中,镍元素是sp3杂化 解析　CO分子存在共价三键,其中含有1个σ键、2个π键,所以CO分子内σ键和π键个数之比为1∶2,故A项正确;NH3分子中心原子N价层电子对数=3+=3+1=4,sp3杂化,有一个孤电子对,其空间结构为三角锥形,故B项正确;Ni2+的价层电子为3d8,Ni2+在形成配合物时,其配位数可以是4,如Ni(CO)4,[Ni(CN)4]2-,也可为6,如[Ni(NH3)6]2+,故C项错误;由题中信息可知,Ni(CO)4是正四面体形,Ni元素采取sp3杂化,故D项正确。 答案　C 4.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　　　　(填选项字母)。  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　　　　　　　　。(提示:TiCl(H2O)5Cl2这种配合物的结构可表示为[TiCl(H2O)5]Cl2。)  解析　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;由两个原子轨道“头碰头”相互重叠而形成的共价键,叫σ键,所以[Al(OH)4]-中也形成了σ键。(2)由[CoBr(NH3)5]SO4的结构可知,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,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,在水溶液中以离子的形式存在,若加入AgNO3溶液,会产生淡黄色沉淀溴化银。 答案　(1)ACD (2)[CoBr(NH3)5]SO4　[Co(SO4)(NH3)5]Br　生成淡黄色沉淀 学科网（北京）股份有限公司 $$