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

第四节　配合物与超分子 第三章　晶体结构与性质 素养目标 学习要点 1.知道配位键的特点,能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2.认识简单的配位化合物的成键特征,能利用配合物的性质去推断配合物的组成,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 3.能举例说明超分子的特征,通过超分子的学习,感受化学科学在社会发展和科技进步方面的价值,培养科学态度和社会责任的化学核心素养。 三个概念:配位键和配位化合物、超分子。 三个特征:配位键的形成条件、配位化合物的成键特征、超分子的特征。 配位化合物的组成:中心原子(离子)、配位原子(离子)、配位数。 知识点一　配合物 基础落实•必备知识全过关 知识点一　配合物 1.配位键　　 实质上是一种特殊的共价键 成键的一方提供　　　　　　而另一方接受孤电子对形成的共价键,即“电子对给予—接受”键被称为　　　　　　。[Cu(H2O)4]2+可表示为 　　　　 　　　。  孤电子对 配位键 2.配合物 金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些　　　　　　　(称为配体或配位体)以　　　　　结合形成的化合物称为配位化合物,简称 　　　　。  分子或离子 配位键 配合物 3.配合物的形成实验 难溶物 溶解 深蓝色透明溶液 深蓝色晶体 红色 白色 溶解 [Cu(NH3)4](OH)2 Ag++Cl-══ AgCl↓　 AgCl+2NH3══ [Ag(NH3)2]Cl 5.配合物的用途 配合物广泛存在于自然界中,跟人类生活有密切关系。例如,在人和动物体内起输送氧气作用的血红素,是　　　　的配合物。配合物在生产和科学技术方面的应用也很广泛。  4.配合物的组成 配合物 配离子 中心离子 配体 配位数 [Cu(H2O)4]SO4         [Cu(NH3)4]SO4         [Ag(NH3)2]OH         [Cu(H2O)4]2+ Cu2+ H2O 4 [Cu(NH3)4]2+ Cu2+ NH3 4 [Ag(NH3)2]+ Ag+ NH3 3 Fe2+ 深度思考 (1)共价键有饱和性,但NH3为什么仍能与H+结合生成 呢? 提示 NH3有孤电子对,H+有空轨道,NH3中的孤电子对进入H+的空轨道,两者共用形成化学键。 (2)依据电子式,讨论H2O与H+是如何形成H3O+的?类比H3O+,推测Cu2+与H2O是如何结合在一起形成[Cu(H2O)4]2+的? 提示 (3)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 。 正误判断 (1)形成配位键的条件是一方有空轨道,另一方有孤电子对。(　　) 提示 根据配位键的概念可以判断。 (2)配位化合物中不一定存在配位键。(　　) 提示 配位化合物中必定存在配位键。 (3)配位化合物中只有配位键。(　　) 提示 配位化合物还会含有共价键、离子键等。 (4)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。(　　) 提示 分子或阴离子都可以作为配位化合物中的配体。 (5)Cu(OH)2既能溶于盐酸又能溶于氨水,是因为Cu(OH)2显两性。(　　) 提示 Cu(OH)2不显两性,它溶于氨水是因为形成了配合物。 √ × × √ × 重难突破•能力素养全提升 探究角度1 配位键的特征 例1 以下微粒含配位键的是(　　) ⑧[Ag(NH3)2]OH A.①④⑤⑥⑦⑧ B.①②⑧ C.③⑤⑥⑦ D.全部 A 解析 ① 中有一个H+与一个N原子间形成配位键;②CH4中4个H原子与C原子间形成共价单键,不存在配位键;③OH-中O与H间形成共价键,不存在配位键;④ 中有1个H+与N原子间形成配位键;⑤Fe(CO)5中配位体CO与中心原子Fe之间形成配位键;⑥Fe(SCN)3中配位体SCN-与Fe3+间形成配位键;⑦H3O+中有1个H+与O原子间形成配位键;⑧[Ag(NH3)2]OH中配位体NH3与Ag+间形成配位键。综合以上分析,①④⑤⑥⑦⑧中都存在配位键。 思维建模　解答有关配位键的理解和判断问题的思维流程: 【变式设问】 (2)[Ag(NH3)2]OH是强碱还是弱碱? 提示 [ ]+。 提示 强碱。 归纳总结　配位键及其形成条件 [对点训练1] 下列组合不能形成配位键的是(　　) A.Ag+、NH3 B.H2O、H+ C.Co3+、CO D.Ag+、H+ D 解析 A项,Ag+有空轨道,NH3中的氮原子上有孤电子对,可形成配位键;B项, H+有空轨道,水分子中的O原子上有孤电子对,能形成配位键;C项,Co3+有空轨道,CO中的碳原子上有孤电子对,能形成配位键;D项,Ag+、H+两种离子都没有孤电子对,不能形成配位键。 探究角度2 配合物的组成 例2 配合物种类繁多,在分析化学、工业生产以及生物学中有广泛应用。已知某配合物的化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,下列有关说法正确的是 (　　) A.该配合物中存在离子键、配位键和极性键 B.中心离子是Ti4+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+ C.配体是Cl-和H2O,配位数是9 D.加入足量AgNO3溶液,所有Cl-均以沉淀形式存在 A 解析 该配合物是带有结晶水的盐,属于离子化合物,阳离子[TiCl(H2O)5]2+与阴离子Cl-之间以离子键结合,在阳离子[TiCl(H2O)5]2+中的中心离子Ti3+与配体H2O、Cl-以配位键结合,在配体H2O及外界结晶水中存在H—O极性键,因此该配合物中存在离子键、配位键和极性键,A正确;根据化合物中化合价代数和为0,可知中心离子是Ti3+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+,B错误;配体是Cl-和H2O,配位数是1+5=6,C错误;向该配合物溶液中加入足量AgNO3溶液,只有外界Cl-能够形成AgCl沉淀,而内界配体的Cl-与中心离子结合牢固,不能形成AgCl沉淀,D错误。 思维建模　(1)解答有关配合物的组成和性质的思维流程: (2)配合物中外界中的离子能电离出来,而内界中的离子不能电离出来。 【变式设问】 (1)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O在溶液中能电离出什么离子? (2)1 mol [TiCl(H2O)5]Cl2·H2O与足量AgNO3溶液反应,产生沉淀的物质的量是多少? (3)1 mol [TiCl(H2O)5]2+含配位键和σ键的物质的量各是多少? 提示 [TiCl(H2O)5]2+和Cl-。 提示 2 mol。 提示 6 mol;16 mol。 [对点训练2] (1)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2,1 mol该配合物中含有σ键的数目为　　　　　(设NA为阿伏加德罗常数的值)。  (2)关于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的说法正确的是　　　　　(填字母)。  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 16NA C 解析 (1)[Zn(NH3)4]Cl2中[Zn(NH3)4]2+与Cl-形成离子键,而1个[Zn(NH3)4]2+中含有4个N→Zn键(配位键)和12个N—H键,共16个σ键,故1 mol该配合物中含有16 mol σ键,即16NA。 (2)Zn2+的配位原子个数是4,所以其配位数是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,属于特殊共价键,不属于离子键,故D错误。 易错提醒　配合物的组成 (1)有的配合物没有外界。如五羰基合铁Fe(CO)5、四羰基合镍Ni(CO)4。 (2)有的配合物有多种配体。 如[Cu(NH3)2(H2O)2]SO4、[Co(SO4)(NH3)5]Br、[Co(NH3)5Br]SO4。 (3)配位键同普通共价键一样,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 )。 探究角度3 配合物的性质 例3 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.NH3与Cu2+的配位能力弱于H2O C.沉淀溶解后,生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2+ D.用硝酸铜溶液代替硫酸铜溶液进行实验,不能观察到同样的现象 C 解析 发生的反应为Cu2++2NH3·H2O══Cu(OH)2↓+2 , Cu(OH)2+4NH3══[Cu(NH3)4]2++2OH-,Cu2+转化为配离子,浓度减小,A错误;继续添加氨水,由于Cu2+以[Cu(NH3)4]2+形式存在,说明NH3与Cu2+的配位能力强于H2O,B错误;[Cu(NH3)4]2+是深蓝色的,C正确;上述现象是Cu2+的性质,与 无关,故换用Cu(NO3)2溶液仍可观察到同样的现象,D错误。 归纳总结　1.配位键的稳定性 (1)电子对给予体形成配位键的能力:NH3>H2O。 (2)电子对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,配合物越稳定。如Cu2+—OH-<Cu2+—NH3<H+—NH3。 2.配合物形成时性质的改变 (1)颜色的改变,如Fe(SCN)3的形成; (2)溶解度的改变,如AgCl沉淀可溶于氨水得到[Ag(NH3)2]+。 [对点训练3] 已知NH3结合H+的能力比结合Ag+的能力更强,欲使银氨溶液{[Ag(NH3)2]OH}转化为Ag+,最合适的试剂是(　　) A.稀盐酸 B.稀硫酸 C.稀硝酸 D.NaOH溶液 C 解析 加酸中和OH-后,H+再与[Ag(NH3)2]+反应生成Ag+与 ,由于AgCl、Ag2SO4分别难溶和微溶于水,所以用稀硝酸最合适。 知识点二　超分子 基础落实•必备知识全过关 知识点二　超分子 1.定义 超分子是广义的,包括离子 超分子是由　　　　　　　　　　　通过　　　　　　　　　　　　形成的分子聚集体。  2.重要特征 　　　　　和自组装。  两种或两种以上的分子 分子间相互作用 分子识别 3.超分子应用实例 (1)“杯酚”　　　　　　　　　。  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　　　溶解,经过滤后分离出　　　　;再向不溶物中加入氯仿,氯仿溶解“　　　”而将不溶解的C60释放出来并沉淀,从而将C60和C70分离开来。  (2)冠醚　　　　碱金属离子。  冠醚分子中有不同大小的　　　　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。  识别钾离子的冠醚为18-冠-6。 分离C60和C70 C70 C70 杯酚 识别 空穴 深度思考 冠醚是分子中含有多个—OCH2CH2—结构单元的一类大环多醚。 1.冠醚18-冠-6分子中数字18和6表示的意义是什么? 2.冠醚为什么能吸引阳离子进入其空穴? 提示 18为碳原子和氧原子的数目和;6为氧原子的数目。 提示 冠醚分子内存在碳碳键和碳氧键,由于氧元素的电负性较大,使得靠环内侧的氧原子带有一定的负电荷,可以吸引碱金属阳离子。 重难突破•能力素养全提升 探究角度 超分子的概念与应用 例 下列关于超分子的说法不正确的是(　　) A.超分子的重要特征之一为分子识别,例如杯酚能识别C60不能识别C70 B.超分子都是无限伸展的 C.冠醚是一种超分子,可以识别碱金属离子 D.细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质 B 解析 超分子的重要特征为分子识别和自组装,但C70分子直径>杯酚直径>C60分子直径,则杯酚能识别C60,不能识别C70,故A正确;超分子有的是有限的,有的是无限伸展的,故B错误;冠醚与某些金属的包合物都是超分子,可以识别碱金属离子,故C正确;细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质,故D正确。 [对点训练] 下列有关超分子的说法正确的是(　　) A.超分子即大分子或高分子化合物 B.超分子的重要特征是分子识别 C.超分子一定是电中性的 D.超分子中仅存在共价键 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,不属于大分子或高分子,故A错误;分子识别是超分子的重要特征,故B正确;超分子中存在分子间相互作用,超分子定义中的分子是广义的,包括离子,故C、D错误。 学以致用　随堂检测全达标 1 2 3 4 5 6 题组1 配位键的特征 1.下列关于配位键的说法不正确的是(　　) A.配位键是一种电性作用 B.配位键实质是一种共价键 C.形成配位键的电子对由成键原子双方提供 D.配位键具有饱和性和方向性 C 解析 形成配位键的一方提供孤电子对,另一方具有能接受孤电子对的空轨道。 1 2 3 4 5 6 2.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 C 解析 形成配位键的两种粒子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,但必须是一种粒子提供空轨道,另一种粒子提供孤电子对,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。 1 2 3 4 5 6 题组2 配合物的组成 3.下列关于配位化合物的叙述不正确的是(　　) A.配位化合物中必定存在配位键 B.配位化合物中只有配位键 C.[Fe(SCN)6]3-中的Fe3+提供空轨道,SCN-中的S原子提供孤电子对形成配位键 D.许多过渡元素的离子(如Cu2+、Ag+等)和某些主族元素的离子或分子(如Cl-、NH3等)能形成配合物 B 1 2 3 4 5 6 4.下列配合物的配位数不是6的是(　　) A.K3[Fe(SCN)4Cl2] B.Na2[SiF6] C.Na3[AlF6] D.[Cu(NH3)4]Cl2 D 解析 K3[Fe(SCN)4Cl2]中配合物的配位数为6,配体为SCN-和Cl-,故A不选; Na2[SiF6]中配体为F-,配合物的配位数为6,故B不选;Na3[AlF6]中配体为F-,配合物的配位数为6,故C不选;[Cu(NH3)4]Cl2中配合物的配位数为4,配体为NH3,故D选。 1 2 3 4 5 6 题组3 配合物的性质 5.下列关于配合物的说法正确的是(　　) A.化学式[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物中配体是Cl-和H2O,配位数是9 B.含有配位键的物质一定是配位化合物 C.配合物[Ag(NH3)2]Cl中存在离子键、配位键、极性键和非极性键 D.向硫酸铜溶液中滴加过量的氨水,溶液呈深蓝色是因为存在[Cu(NH3)4]2+配离子 D 1 2 3 4 5 6 解析 该配合物中中心原子为Ti,配体是Cl-和H2O,配位数为6,A错误;氯化铵中氮原子和氢原子之间存在一个配位键,但氯化铵不是配位化合物,B错误;配合物[Ag(NH3)2]Cl中内界和外界之间为离子键,中心离子和配位原子之间为配位键,配体中氮原子和氢原子之间为极性共价键,不存在非极性键,C错误;硫酸铜中加过量氨水形成四氨合铜配离子,为深蓝色,D正确。 1 2 3 4 5 6 6.回答下列问题: (1)下列分子或离子中不存在配位键的是　　　　。  (2)在配离子[Fe(CN)6]3-中,中心离子的配位数为　　　　　,提供空轨道的是　　　　　。  (3)B和Al均为第ⅢA族元素。AlCl3·NH3和 中均含有配位键。在AlCl3·NH3中,配位体是　　　　　,提供孤电子对的原子是　 。  ③⑨ 6 Fe3+ NH3 N 1 2 3 4 5 6 解析 (1)配位键的形成条件是一方能够提供孤电子对,另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。H3O+中H+与H2O形成配位键,H+提供空轨道,H2O中的O原子提供孤电子对。[Al(OH)4]-中Al(OH)3与OH-形成配位键,Al3+提供空轨道,OH-提供孤电子对; 中NH3与H+形成配位键;[Cu(H2O)4]2+中Cu2+与H2O形成配位键;Ni(CO)4中Ni与CO形成配位键;Fe(SCN)3中Fe3+与SCN-形成配位键; 中BF3与F-形成配位键。CH4、NH3分子中不存在提供空轨道的原子,不存在配位键,故选③⑨。 (2)[Fe(CN)6]3-中的配位数为6,Fe3+提供空轨道。 (3)AlCl3·NH3中,Al3+提供空轨道,配位体为NH3,NH3中的N原子提供孤电子对。 []2+ 实验 操作 实验 现象 滴加氨水后,试管中首先出现 　　　　　　,氨水过量后难溶物逐渐　　　　,得到 　　　　 　　,滴加乙醇后析出　　　　　　　  乙醇的极性较小,降低了盐的溶解度 溶液颜色变成　　  先产生　　　沉淀,滴加氨水后白色沉淀　　　  有关 离子 方程式 或化学 方程式 Cu2++2NH3·H2O══　　　　　　　 　　　, Cu(OH)2+4NH3══　　　　　　　 　, [Cu(NH3)4]2++S+H2O══ [Cu(NH3)4]SO4·H2O↓  Fe3++3SCN- ══Fe(SCN)3 鉴定Fe3+的灵敏反应之一 Cu(OH)2↓+2N N ①N2　②CH4　③OH-　④N　⑤Fe(CO)5　⑥Fe(SCN)3　⑦H3O+ N2 N (1)写出N2的结构式。 N N S N AlC ①H3O+　②[Al(OH)4]-　③NH3　④N　⑤[Cu(H2O)4]2+　⑥Ni(CO)4　 ⑦Fe(SCN)3　⑧B　⑨CH4 B N $$