2.3 配位化合物和超分子（教学课件）化学沪科版选择性必修2

第2章 分子结构与性质 2.3　 配位化合物和超分子 沪科版选择性必修2 知识导航 生产、生活中的配位化合物 2 配位键和配位化合物 1 超分子和超分子化学 3 明·学习目标 1.知道配位键及其特点； 2.认识简单配位化合物的组成；知道简单配位化合物的空间结构； 3.了解配位化合物的应用。 4.了解超分子化学的特点。 引·新课导入 组成为CoCl3·6NH3的化合物第一次制备出时，人们认为 它是由两个简单化合物(CoCl3和NH3)形成的一种新类型的化合物。令化学家迷惑不解: 既然简单化合物中的原子都已满足了各自的化合价, 是什么驱动力促使它们之间形成新的一类化合物? 由于人们不了解成键作用的本质, 故将其称之为“复杂化合物” 。 1893年维尔纳(Werner A)教授对这类化合物本性提出了天才见解, 被后人称为维尔纳配位学说。维尔纳获得1913年诺贝尔化学奖。 01 配位键和配位化合物 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 配位键 思考：依据反应 NH3 +H+ =NH4+ ，从成键角度讨论NH3是如何与H＋形成NH4＋的？ 写出NH3的电子式 N ： ： ： ： H H H 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 配位键 一方提供孤电子对，一方提供空轨道形成的化学键，即 “电子对给予－接受”键称为配位键。 思考：NH3已经达到共价键的饱和性，它又如何与H+结合形成NH4+？ N ： ： ： ： H H H 1s H+ 配位键是一种特殊的共价键。 H N H H H + H N H H H + 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 配位键 (1)概念：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。 (2)表示方法 [Cu(NH3)4]2+ A→B 提供孤电子对的分子或离子 接受孤电子对的原子或金属离子 [Cu(H2O)4]2+ 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 配位化合物的形成 实验探究 1. 取 2 支试管，分别加入 1 mL 0.1 mol·L-1 CuSO4 溶液，然后向溶液中滴加 2 mL 0.1 mol·L-1 NaOH 溶液，生成 Cu(OH)2 沉淀。向一支试管中再滴加2 mL 0.1 mol·L-1 NaOH 溶液，观察试管内沉淀是否发生变化。向另一支试管中滴加 2 mL 6 mol·L-1 氨水，观察试管内沉淀是否发生变化。记录实验现象。 2. 取 1 支试管，加入 1 mL 0.1 mol·L-1 AgNO3 溶液，然后向溶液中滴加1 mL 0.1 mol·L-1 NaCl 溶液，生成白色的 AgCl 沉淀。再向试管中滴加 2 mL 6 mol·L-1 氨水，观察试管内沉淀是否发生变化。记录实验现象。 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 实验过程 Cu(OH)2 沉淀中滴加过量 NaOH 稀溶液 Cu(OH)2沉淀中滴加氨水 AgCl 沉淀中滴加氨水 现象记录 无明显变化。 开始无明显变化，后得到澄清的深蓝色溶液 开始无明显变化，后得到无色溶液 现象分析 Cu(OH)2 不溶于NaOH 稀溶液 Cu2+ 与氨水发生了化学反应，生成了一种深蓝色的离子 Ag+ 和氨水之间发生了化学反应，生成了一种无色的离子 配位化合物的形成 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 Cu NH3 NH3 H3N NH3 2+ 2- SO4 硫酸四氨合铜 中心离子：Cu2+ 配位数：4 NH3的N给出孤电子对 Cu2+接受电子对 [Cu(NH3)4]2+ 配体 N H H H 实验分析 配位化合物的形成 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 上述实验四水合铜离子向四氨合铜离子的转化，Cu2+与NH3形成的配位键和Cu2+与H2O形成的配位键哪个稳定？从结构角度解释。 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。 [Cu(H2O)4]2+ [Cu(NH3)4]2+ Cu(OH)2 平面正方形 配位化合物的形成 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 二氨合银离子的形成实验 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。 配位化合物的形成 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 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 离子方程式 离子方程式 加入AgNO3溶液 Ag＋＋Cl－===AgCl↓ 继续加入氨水 AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－ 配位化合物的形成 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 配合物的组成 ①中心原子(或离子)：提供空轨道接受孤电子对的原子； 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。 ②配体：提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等； 配体中直接同中心原子配位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，H2O中的O等 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 Cu OH2 H2O H2O H2O 2+ 配体 配位键 配离子 中心离子 配位数＝4 Cu(H2O) 4 2+ 4 组成： 一般是由内界和外界构成，内界由中心离子（或原子）、配位体构成。 氧原子：配位原子 ③配位数： 直接与中心原子形成的配位键的数目； 如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为6。 [Cu(H2O)4 ] SO)4 内界 外界 配合物的组成 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 配合物的空间结构 配离子的空间结构由其中心原子的杂化方式决定，常见的配位数为2的配离子的空间结构为直线形，配位数为4的配离子空间结构为平面四边形或四面体，配位数为6的配离子的空间结构为八面体形。 配位键和配位化合物 探·知识奥秘 想一想 如果MA2B2 型的配合物是四面体形的，那么该配合物有顺反异构体吗？ 析·典型范例 1.下列化合物属于配合物的是( ) A.Cu2(OH)2SO4 B.CuCl2 C.[Zn(NH3)4]SO4 D.KAl(SO4)2 C 析·典型范例 2.关于[Cr(H2O)4Cl2]Cl的说法正确的是 A．中心原子的化合价为+1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 B 析·典型范例 3.氮的氧化物对空气有污染，需要进行治理。已知NO能被FeSO4溶液吸收生成配合物[Fe(NO)(H2O)5]SO4。下列说法不正确的是 A.该配合物中阴离子空间结构为正四面体形 B.配离子为[Fe(NO)(H2O)5]2＋，配位数为6 C.Fe2＋被氧化为Fe3＋，失去的电子位于3d轨道 D.H2O分子是含有极性键的非极性分子 D 02 生产、生活中的配位化合物 生产、生活中的配位化合物 探·知识奥秘 工业生产中的配合物 氰化法提取黄金 CN— 与 Au+ 生成稳定的配离子 — [Au(CN)2] —，使得不活泼的金属 Au 从金矿石进入溶液中而与其他杂质进行分离，然后再用金属 Zn 把溶液中的[Au(CN)2] —置换成金属 Au。 如蒙德法提纯金属 Ni。该方法利用金属 Ni 能与 CO 在相对温和的条件下（50 ～ 60 ℃）快速地形成易挥发的 [Ni(CO)4]（四羰基合镍）液体，与其他不能形成相应羰基化合物的杂质元素进行分离。生成的 [Ni(CO)4] 不稳定，在220 ～ 250 ℃下又会迅速分解成金属 Ni 和 CO，从而得到高纯度的金属 Ni。 利用很多金属羰基配合物的热分解来提纯金属 生产、生活中的配位化合物 探·知识奥秘 生命科学中的配合物 血红蛋白 维生素 B12 叶绿素 生产、生活中的配位化合物 探·知识奥秘 药物科学中的配合物 第二代铂类抗癌药（碳铂） 析·典型范例 1.某学生设计如图装置制备 晶体(呈深蓝色)。下列说法错误的是 A． 中，提供孤电子对的是NH3中的N原子 B．装置甲中的仪器a和装置乙中的仪器b作用相同 C．当得到深蓝色透明溶液时，滴加乙醇，会有深蓝色晶体析出 D．可用红外光谱仪鉴定 是晶体还是非晶体 D 析·典型范例 C 03 超分子和超分子化学 超分子和超分子化学 探·知识奥秘 超分子的概念 A T 氢键 由两种或两种以上的化学物质，通过分子间非共价键相互作用所形成的复杂有序且具有特定功能的分子集合体系 注意：超分子定义中的分子是广义的，包括离子。 超分子 超分子和超分子化学 探·知识奥秘 超分子的特性 有的是有限的 有的是无限伸展的 范德华力、疏水作用、氢键等非共价键的弱相互作用是构筑超分子体系的基本作用力 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。 超分子和超分子化学 探·知识奥秘 超分子的特征 （1）分子识别 （2）分子自组装 （3）超分子催化 （4）超分子器件 超分子和超分子化学 探·知识奥秘 超分子的特征 “杯酚” 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 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 重要特征及其应用——分子识别 超分子和超分子化学 探·知识奥秘 超分子的特征 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 超分子和超分子化学 探·知识奥秘 超分子的特征 超分子组装的过程称为分子自组装（Molecular self-assembly)，自组装过程（Self-organization)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 析·典型范例 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 D 析·典型范例 2．利用分子间作用力形成超分子进行“分子识别”，实现分子分离，是超分子化学的重要研究和应用领域。如图表示用“杯酚”对C60和C70进行分离的过程，下列对该过程的说法错误的是 A. C70能溶于甲苯，C60也溶于甲苯 B. C60能与“杯酚”形成超分子 C. C70不能与“杯酚”形成超分子 D. “杯酚”能够循环使用 C 练·技能实战 1．Mn的一种配合物化学式为[Mn(CO)5(CH3CN)]Br，下列说法正确的是 A．CH3CN与Mn＋配位时，提供孤电子对的是C原子 B．Mn＋的配位数为6 C．CH3CN中C原子的杂化类型为sp2、sp3 D．CH3CN中σ键与π键数目之比为5:2 BD 练·技能实战 2．化学在物质的分离和提纯等方面有重要应用。下列说法错误的是 A．超分子“杯酚”具有分子识别的特性，利用此特性可分离C60和C70 B．色谱法是有机化学中获得分子中所含化学键或官能团信息的方法之一 C．我国科学家利用有机溶剂可以从中药中萃取出青蒿素 D．利用冠醚能分离和K+和Na+ B 练·技能实战 3.为研究配合物的形成及性质，研究小组进行如下实验。下列说法不正确的是 序号 ① ② ③ ④ 实验步骤 向CuSO4溶液中逐滴加入氨水至过量 再加入无水乙醇 测定深蓝色晶体的结构 将深蓝色晶体洗净后溶于水配成溶液，再加入稀NaOH溶液 实验现象或结论 产生蓝色沉淀，后溶解，得到深蓝色的溶液 得到深蓝色晶体 晶体的化学式为 [Cu(NH3)4]SO4·H2O 无蓝色沉淀生成 A．在深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2+中，Cu2+提供空轨道，NH3给出孤电子对 B．加入乙醇有晶体析出是因为离子晶体在极性较弱的乙醇中溶解度小 C．该实验条件下，Cu2+与NH3的结合能力大于Cu2+与OH-的结合能力 D．向④中深蓝色溶液中加入BaCl2溶液，不会产生白色沉淀 D 练·技能实战 4.下列关于超分子和配合物的叙述不正确的是 A.利用超分子的分子识别特征，可以分离C60和C70 B.配合物中只含配位键 C.[Cu(H2O)4]2＋中Cu2＋提供空轨道，H2O中的氧原子提供孤电子对，从而形成配位键 D.配合物在半导体等尖端技术、医药科学、催化反应和材料化学等领域都有广泛应用 B 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版选择性必修2