3.4 配合物与超分子 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

选择性必修二 第三章第四节 （配合物与超分子） 人民教育出版社高中化学 新课导入 叶绿素 绿色植物生长过程中，起光合作用的是叶绿素，是一种含镁的配合物 生活中常见的配合物 新课导入 血红素 人和动物血液中起着输送氧作用的血红素，是一种含有亚铁的配合物 生活中常见的配合物 新课导入 维生素B12 维生素B12(含钴的配合物)是一种需要肠道分泌物帮助才能被吸收的维生素 生活中常见的配合物 新课导入 思考：配合物是如何形成的呢？ 新课导入 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3-2 配合物 新课导入 新课导入 固体 ①CuSO4 ②CuCl2·2H2O ③CuBr2 ④NaCl ⑤K2SO4 ⑥KBr 白色 绿色 深褐色 白色 白色 白色 哪些溶液呈天蓝色 实验说明什么离子呈天蓝色，什么离子没有颜色 SO42- 、Cl-、Br-没有颜色； 固态二价铜盐不一定显蓝色，Cu2+在水溶液中常显蓝色； 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 实验探究一 配合物 新课导入 Cu2+与H2O结合显蓝色，它们是怎么结合的？ 新课导入 依据反应NH3 + H+ = NH4+，讨论NH3 是如何与H+形成NH4+的？ NH3：提供 ； H+：提供 。 孤电子对 空轨道 新课导入 O H H 4H2O 配体 孤电子对 中心离子 具有空轨道 配位键 Cu2+ Cu2+ OH2 H2O H2O H2O Cu2+ 四水合铜离子 Cu(H2O) 4 2+ 配位键 由一个原子单方面提供_________，而另一个原子提供________而形成的化学键，即“电子对给予—接受”键 配位键 孤电子对 空轨道 【练习1】请画出 NH4+和[Cu(H2O)4]2+中的配位键。 概念 表示方法 配位键常用A—B表示，其中A是_______孤电子对的原子，叫给予体，B是接受孤电子对的原子，叫接受体 提供 配位键其实就是一种特殊的共价键，也具有方向性和饱和性。 配位键 【练习2】 ①NH3BH3分子中，N—B化学键称为 键，其电子对由 提供 ②如H3O+的结构式为 或 。 配位键 形成配位键的一方(如A)是能够提供孤电子对的原子，另一方(如B)是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子 含有孤电子对的微粒：分子如CO、NH3、H2O等，离子如X－、SCN－、OH-等 形成条件 含有空轨道的微粒：H+、Al3+、B或过渡金属的原子或离子。 一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目基本上是固定的， Ag＋形成2个配位键，Cu2＋形成4个配位键等（一般是电荷数的两倍） 配位键 【学以致用】无水CuSO4 固体是白色的，但CuSO4 ·5H₂O晶体却是蓝色的，为什么呢? 配位化合物——配合物 配合物 通常把金属离子或原子与某些分子或离子以_________结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。 配位键 概念 配合物 配位键 一定含有 不一定是 配位化合物——配合物 配合物[Cu(H2O)4]SO4的组成如图所示： 组成 [Cu(H2O)4]SO4 中心离子 配体 配位数 离子(外界) 配离子(内界) 有些配合物没有外界，如：Fe(SCN)3 内界：中心原子与配体通过配位键构成配合物的内配位层，简称内界，通常放在方括号内。内界若带有电荷，则称为配离子。 配离子的电荷等于 代数和。 中心原子或离子与配体的总电荷数 配位化合物——配合物 ①中心原子： ___________________________的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子)，最常见的有过渡金属离子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。 提供空轨道接受孤电子对 ②配体： _______________的原子、分子、或阴离子，如Cl－、NH3、H2O等。 含有孤电子对 原子：通常是含第VA、VIA、VIIA 族元素的原子； 分子：NH₃、H₂O、HF、CO、醇、胺、醚等， 阴离子： X⁻(卤素离子)、OH⁻、CN⁻、SCN⁻、RCOO⁻、PO43— 配位化合物——配合物 ③配位原子 配体中____________________的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。 直接同中心原子配位 配位原子配位体中具有孤电子对原子N、O、P、S，一般是 非金属原子。 第VA VIA VIIA族 ④配位数： 直接与中心原子形成的 的数目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为 。 配位键 6 配位化合物——配合物 以下微粒含配位键的是 (填序号)。 ①N2H5+　②CH4　③OH－　④NH4+　⑤Fe(CO)3　⑥Fe(SCN)3　⑦H3O＋　 ⑧[Ag(NH3)2]OH 课堂练习 配位化合物——配合物 配合物的电离 对于具有内、外界的配合物，内、外界之间以 结合，在水溶液中内、外界之间 电离，但内界离子较稳定一般 电离出来。 例如：[Cu(NH3)4]SO4＝[Cu(NH3)4]2+＋SO42－ 【课堂练习】0.01mol氯化铬（CrCl3·6H2O）在水溶液中用过量的硝酸银溶液处理，产生0.02 mol AgCl沉淀。此氯化铬最可能是( ) 离子键 完全 难 配位化合物——配合物 配合物的电离 例1：写出下列配合物的电离方程式： [Ag(NH3)2]OH H2PtCl4 Cu(NH3)4SO4 = [Ag(NH3)2]+ + OH- = 2H+ +[PtCl4]2- = [Cu(H2O)4]2++ SO42- 探究影响配合物稳定性的因素 实验步骤 硫酸四氨合铜的形成实验 常见配合物的形成实验 配合物 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。 探究影响配合物稳定性的因素 探究影响配合物稳定性的因素 滴加氨水后，试管中首先出现__________，氨水过量后沉淀逐渐_____，溶液变为 色，滴加乙醇后析出 。 蓝色沉淀 溶解 实验现象 【实验3-3】 Cu2＋＋2NH3·H2O === Cu(OH)2↓＋ 2NH4+ 加入氨水 Cu(OH)2＋4NH3=== [Cu(NH3)4]2＋＋2OH－ 继续加入氨水 深蓝 Cu2+＋4NH3=== [Cu(NH3)4]2＋ 前两步总反应 深蓝色晶体 [Cu(NH3)4]2＋＋ 2SO42- ＋H2O =====[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 乙醇 加入乙醇 探究影响配合物稳定性的因素 【实验3-3】 加入95%乙醇的作用： 2. 用玻璃棒摩擦试管壁的作用： 溶剂极性：乙醇 < 水 [Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇中的溶解度小 加快结晶速度。通过摩擦，可在烧杯内壁产生微小的玻璃微晶来充当晶核，容易诱导结晶。 【结论一】不同配体与同一中心配位能力 ， 易转化为 。 通常，配位原子的电负性越 ，与同一中心原子形成的配位键越稳定。 不同 弱配位键 强配位键 小 探究影响配合物稳定性的因素 【探究二】配位键强的物质可否转化为配位键弱的物质？ 设计实验探究[Cu(NH3)4]2＋能否转为为[Cu(H2O)4]2＋？分别取等体积等浓度的[Cu(NH3)4]SO4溶液…… 加入试剂 实验现象 原因分析 方案一       方案二     【结论二】 水 配位能力弱的H2O难替换出配位能力强的NH3 酸 配合物内界存在电离平衡，酸碱性影响配离子的平衡。 探究影响配合物稳定性的因素 【探究三】配合物的形成与配体浓度有关？资料卡片：[Cu(OH)4]2-为深蓝色 【结论三】 配合物的形成与配体浓度有关；量变引起质变：Cu(OH)2可溶于浓NaOH溶液。 探究影响配合物稳定性的因素 【探究四】还有哪些因素会影响配合物的稳定性呢？ 1.乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子，其原因是 ，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是 (填“Mg2+”或“Cu2+”) 因为乙二胺中的氮原子能提供孤电子对给金属离子，形成配位键。 Cu2+ 因为Cu2+是过渡金属离子，许多过渡金属离子与多种配体具有很强的结合力 探究影响配合物稳定性的因素 2. 吡啶 和吡咯 的与铜离子配位能力大小：吡啶 吡咯，原因是： 。 3. 已知NF3与NH3的空间构型相同，但NF3不易与Cu2＋形成配离子，其原因是？ N、F、H三种元素的电负性为F>N>H，在NF3中，共用电子对偏向F，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难于与Cu²+形成配位键。 吡咯中氮原子上的孤对电子对位于未参与杂化的p轨道上，参与形成大π键，配位能力减弱。 ＞ 探究影响配合物稳定性的因素 【总结】影响配合物稳定性的因素： 【总结】影响配合物稳定性的因素： 内因： 外因： 配位中心和配体的性质。 溶液的浓度、酸碱度等。 探究影响配合物稳定性的因素 【总结】影响配合物稳定性的因素： 【学以致用】1. 请同学们探究氯化铜固体在溶解并稀释过程中所发生的变化。 当氯化铜溶液浓度大时，Cu²+与Cl-形成黄绿色的[CuCl4]2-，稀释过程中，又与H2O结合形成[Cu(H2O)4] 2+ ，从而使溶液变蓝色。 【结论】Fe(NO3)3溶液的棕黄色是 表现的颜色； FeCl3溶液的黄色是 表现的颜色。 探究影响配合物稳定性的因素 【总结】影响配合物稳定性的因素： 【学以致用】2.根据信息请同学们实验探究Fe(NO3)3和FeCl3溶液显黄色的原因。 Fe3+的水解产物 [FeCl4]- 配位化合物的应用 1. Fe3+的检验（解释简单离子和配离子的区别） 【实验3-4】Fe(III)的检验 实验步骤 实验现象 解释     （写出Fe3+结合n个SCN-的离子方程式）     溶液变为红色 Fe3+ + nSCN- Fe(SCN)n3-n（n=1-6） 无明显现象 K3[Fe(CN)6]中没有Fe3+ 配位化合物的应用 【思考】写出K3[Fe(CN)6]电离方程式，分析[Fe(CN)6]3-和Fe3+的性质一样吗？ 【结论】SCN-作为配体与Fe3+配位，显 色，用于 。 K3[Fe(CN)6] = 3K+ + [Fe(CN)6]3- 性质不同 红 检验Fe3+ 配位化合物的应用 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 2. 形成配合物对物质溶解性的影响 实验步骤 配位化合物的应用 加入AgNO3溶液 Ag＋＋Cl－===AgCl↓ 继续加入氨水 AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－ 产生白色沉淀 白色沉淀继续溶解 配位化合物的应用 叶绿素 绿色植物生长过程中，起光合作用的是叶绿素，中心离子是Mg2+ 血红素 人和动物血液中起着输送氧作用的血红素，中心离子是Fe2+ 维生素B12 维生素B12(中心离子是Co3+)是一种需要肠道分泌物帮助才能被吸收的维生素 配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 配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 配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。 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。 配合物的形成对性质的影响 1.形成配合物对键角、键长的影响 [Zn(NH3)6]2＋中存在的化学键类型有________               ； NH3分子中H—N—H键角为107°，判断[Zn(NH3)6]2＋离子中H—N—H键角________(填“>”“<”或“＝”)107°。 原因是                                                                         Mo原子和CO形成的配合物Mo(CO)6在电磁领域、隐身材料领域有重要应用，该配合物中提供孤电子对的原子为______(填元素符号)，该配合物中碳氧三键的键长_____ (填“>”“=”或“<”)CO分子中的碳氧三键的键长。 共价键和配位键 氨分子与Zn2＋形成配合物后，孤对电子与Zn2＋成键，原孤对电子与成键电子对之间的排斥作用变为成键电子对之间的排斥作用，排斥作用减弱，所以H-N-H键键角变大           > C > 配合物的形成对性质的影响 例1. BeCl 2可形成多聚体(BeCl2)n的原因是                                        。 直线型  BeCl2分子中Be提供空轨道与另外两个 BeCl2分子的Cl提供孤对电子形成配位键 例2. CuCl难溶于水但易溶于氨水，其原因是_________________________________________ _ 例3. Co3＋在水中易被还原成Co2＋，而在氨水中可稳定存在，其原因为__________________________________                                            例4. 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AlF63-在溶液中可稳定存在。 Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物（或配离子）    [Cu(NH3)4]2+   Co3＋可与NH3形成较稳定的配合物   Al3++3CaF2= 3Ca2++AlF63-  例5. 给出H+的能力：NH3 _______[CuNH3]2+ (填“>”或“<”)，理由是___________。 ＜   形成配位键后，由于Cu对电子的吸引，使得电子云向铜偏移，进一步使氮氢键的极性变大，故其更易断裂 超分子 A T 氢键 由两种或两种以上的分子(或离子)通过分子间相互作用形成的分子聚集体 超分子 1.概念 超分子 ①分子间相互作用：通过非共价键结合，包括氢键、范德华力、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。 2.特性 A T 氢键 超分子 ②分子聚集体大小：分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。 2.特性 A T 氢键 超分子 超分子 “杯酚” ①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， 从而分离C60和C70 C60 C70 C60 C70 C70 C60 C60 超分子 循环使用 溶于氯仿 甲苯，过滤 不溶于氯仿 超分子不溶于甲苯 溶于甲苯 氯仿 3.重要特征及其应用——（1）分子识别 超分子 分离C60和C70：将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，再加入甲苯溶剂，溶解未装入“杯酚”的C70，过滤后分离C70；再向不溶物中加入氯仿，溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。 “杯酚” C60 C70 C60 C70 C70 C60 C60 超分子 循环使用 溶于氯仿 甲苯，过滤 不溶于氯仿 超分子不溶于甲苯 溶于甲苯 氯仿 超分子 C 原子：2×4 = 8 O 原子：4 8 + 4 = 12 C 原子：2×5 = 10 O 原子：5 10 + 5 = 15 15-冠-5 12-冠-4 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冠醚识别碱金属离子(如K＋) 3.重要特征及其应用——（1）分子识别 超分子 ②冠醚识别碱金属离子(如K＋) 冠醚是皇冠状的分子，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 3.重要特征及其应用——（1）分子识别 超分子 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？ 冠醚的空穴结构对离子有选择作用，不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配(配位作用)，从而实现选择性结合(识别不同大小的碱金属离子)，在有机反应中可作催化剂。 冠醚识别碱金属离子(如K＋) 超分子 回顾所学内容，讨论并回答下列问题 问题1 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 超分子 冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？ 共价键 冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子，这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？ 阴离子，离子晶体 问题2 问题3 超分子 2. 自组装 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 超分子 a.烷基磺酸根离子在水中自组装为胶束 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。 超分子 __________________，_________________。 小结：超分子的重要特征 分子识别 自组装 $$