3.4.1 配合物与超分子 课件 -2025-2026学年高二化学人教版选择性必修2

第1课时 配合物 第四节 配合物与超分子 第三章　晶体结构与性质 1 同样都有Cu2+和SO4 2-， 但为什么无水CuSO4固体是白色的，而CuSO4水溶液和CuSO4·5H2O晶体却是蓝色的呢？ CuSO4 固体 CuSO4溶液 CuSO4·5H2O晶体 猜测：Cu2+与水结合才会显蓝色，SO4 2-是不显颜色的。 如何设计实验证实你的猜想呢？ 问题导学 固体 ①CuSO4 ②CuCl2∙2H2O ③CuBr2 ④NaCl ⑤K2SO4 ⑥KBr 颜色 哪些溶液呈天蓝色 白色 绿色 深褐色 白色 白色 白色 【实验探究】观察下表中固体的颜色以及溶于水后形成溶液的颜色，并总结规律。 结论： SO42-、Cl-、Br -、Na+、K+在溶液中均无色，呈蓝色的物质是水合铜离子，可表示为[Cu(H2O)4]2+，叫做四水合铜离子。 天蓝色 无色 一、配位键 （1）定义：由一个原子单方面提供孤电子对，另一个原子提供空轨道而形成的，这类“电子对给予−接受”键被称为配位键。配位键属于σ键。 （2）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，Fe、Ni、Fe3+、Co3+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Cr3+等。 【微点拨】配位键中的共用电子对是由成键单方提供的， 而其他的共价键的共用电子对是由成键双方提供的。 = : : C O 都有孤电子对，由电负性小的给 4 一、配位键 (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。 (4)配位键的表示：A(电子对给予体)→B(电子对接受体)或 A—B。例如 H3O+： 孤电子对→空轨道 5 依据反应 NH3 + H＋ = NH4 ＋ ，讨论NH3是如何与H＋结合的？ N ： ： ： ： H H H 1s H+ H N H H H + 空轨道接受孤电子对 给予孤电子对 配位键 形成NH4＋后，4个N-H键键长、键角、键能相同 构型为正四面体形 思考：Cu2+与H2O是怎么结合形成[Cu(H2O)4]2+的？ 29Cu [Ar]3d104s1 29Cu2+ [Ar]3d9 失2e- 价层电子排布图 激发杂化 dsp2 孤电子对 配位键 [Cu(H2O)4]2+ 四水合铜离子 [Cu(NH3)4]2+ 7 无水CuSO4固体是白色的，但CuSO4水溶液和CuSO4·5H2O晶体却是蓝色的，为什么呢？ 天蓝色[Cu(H2O)4]2＋ 注：胆矾 (CuSO4·5H2 O) 可写 [Cu(H2O)4]SO4·H2O 1、概念：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。 二、配合物 2.组成：配合物由中心离子或原子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成，分为内界和外界。配合单元是内界，内界由中心离子(原子)和配体构成。外界是带异号电荷的离子。 二、配合物 2.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； ③配位原子：配体中直接同中心原子配合的原子；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 二、配合物 2.组成： ④配位数：直接同中心原子(离子)配位的分子或离子的数目叫做中心原子(离子)的配位数，如[Cu(NH3)4]2+中Cu2＋的配位数为4。 【特别提醒】在配合物中，中心离子与配体的配位原子之间以配位键相结合，配合物的内界与外界之间以离子键相结合。在水溶液中配合物易电离出外界离子，而配离子很难电离。 [Cu(NH3)4] SO4 == [Cu(NH3)4]2+ + SO42- 配合物的命名 (1) 配离子念法：配位数→配体名称→合→中心原子（离子）名称 (2) 配合物→类似于盐（酸、碱）的念法 六氰合铁酸钾 氢氧化二氨合银 三氯一氨合铂酸钾 硫酸四氨合铜 [Cu(NH3)4] SO4 K3[Fe(CN)6] [Ag(NH3)2]OH K[Pt(NH3)Cl3] Na3[AlF6] 六氟合铝酸钠 Ni(CO)4 四羰基合镍 [Co(NH3)5Cl]Cl2 二氯化一氯五氨合钴 练一练 配合物 内界 外界 中心原子(离子) 配位体 配位数 [Ag(NH3)2]OH K3[Fe(CN)6] Na3[AlF6] Ni(CO)4 [Co(NH3)5Cl]Cl2 [Ag(NH3)2]＋ OH－ Ag＋ NH3 2 [Fe(CN)6]3－ K＋ Fe3＋ CN－ 6 6 [AlF6]3－ Na＋ Al3＋ F－ Ni(CO)4 无 Ni CO 4 [Co(NH3)5Cl]2＋ Cl－ Co3＋ Cl－ NH3 6 四羰基合镍 六氰合铁酸钾 氢氧化二氨合银 六氟合铝酸钠 二氯化一氯五氨合钴 典例精讲 ①有的配合物没有外界，如Ni(CO)4 , Fe(CO)5；有的配合物有多种配体，如[Cu(NH3)2(H2O)2]SO4、 [Co(SO4)(NH3)5]Br。 ②对于具有内外界的配合物，内外界之间以离子键结合，在水溶液中内外界之间完全电离，但内界离子较稳定，很难电离(电离程度很小)，因此，配合物[Co(NH3)5C1]Cl2内界中的C1- 不能被Ag+ 沉淀，只有外界的C1- 才能与AgNO3 溶液反应产生沉淀。 ③配位数通常等于中心离子化合价的两倍，为2、4、6、8这样的偶数，如Ag+的配位数为2，Cu2+的配位数为4。 【归纳小结】 练习1．0.01mol氯化铬(CrCl3·6H2O)在水溶液中用过量硝酸银溶液处理，产生0.02mol AgCl沉淀。此氯化铬最可能是（ ） A．[Cr(H2O)6]Cl3 B．[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O C．[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O D．[Cr(H2O)3Cl3]·3H2O B 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 三、简单配合物的形成 1、四氨合铜离子的形成实验 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。 实验3−3 硫酸铜与氨水的反应 实验步骤 实验现象 解释 向盛有4mL 0.1mol/L CuSO4溶液的试管中滴加几滴1mol/L氨水 继续添加氨水，并振荡试管 再向试管中加入6mL 95%乙醇，并用玻璃棒摩擦试管壁 出现蓝色沉淀 得到深蓝色的透明溶液 析出深蓝色晶体 生成Cu(OH)2 生成[Cu(NH3)4]2+ 生成[Cu(NH3)4]SO4·H2O Cu2+ + 2NH3•H2O = Cu(OH)2↓ + 2NH4+ Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+ + 2OH- [Cu(NH3)4]2+ + SO42- + H2O = [Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 在试管内壁产生微小的玻璃微晶充当晶核，加速结晶。 乙醇：减小溶剂极性，降低溶质的溶解度 硫酸四氨合铜 Cu NH3 NH3 H3N NH3 2+ 2- SO4 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 实验证明，无论在加入氨水后得到的深蓝色的透明溶液中，还是在析出的深蓝色的晶体中，深蓝色都是由于存在 [Cu(NH3)4]2+，它是 Cu2+ 的另一种常见配离子，中心离子仍然是Cu2+，而配体是 NH3，配位数为4。 较稳定的配合物可以转化为稳定性更强的配合物 思考1：上述实验完成了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？ 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。 思考2：如何从电负性角度解释，Cu2+与NH3形成的配位键比Cu2+与H2O形成的配位键稳定？ 实验步骤 实验现象 解释 向盛有0.1mol/L FeCl3溶液的试管中滴加2滴硫氰化钾溶液 向盛有0.1mol/L K3[Fe(CN)6]溶液的试管中滴加2滴硫氰化钾溶液 FeCl3 KSCN溶液 Fe3+ + 3 SCN- ⇌ Fe(SCN)3 CN-的配位能力强于SCN-，[Fe(CN)6]3-很稳定，转化为硫氰化铁的平衡正向移动 趋势很小 溶液呈红色 无明显变化 【实验 3-4】硫氰化铁配离子的形成实验现象 实验步骤 实验现象 解释 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 再滴入1 mol/L氨水 白色沉淀溶解，得到澄清的无色溶液 Ag＋＋Cl－===AgCl↓ AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－ 产生白色沉淀 【实验 3-5】银氨配离子的形成实验 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。 【例如】：Cu(OH)2＋4NH3 = [Cu(NH3)4]2＋＋2OH－ Cu(OH)2难溶于水，可溶于氨水 蓝色沉淀溶解 加入氨水 四、配合物的形成对性质的影响 ②对颜色的影响 当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。 大多数过渡元素的配合物（配离子）都有颜色。如[Cu(H2O)4]2+呈天蓝色、 [Cu(NH3)4]2+呈深蓝色、 [CuCl4]2-呈黄色等 在CuCl2溶液中存在如下平衡： [Cu(H2O)4]2++ 4Cl- ⇌ [CuCl4]2- + 4H2O 四、配合物的形成对性质的影响 ③增强稳定性 配合物具有一定的稳定性，配位键的强度有大有小，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。通常情况，较稳定的配合物可以转化为稳定性更强的配合物。 【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。 配位键强弱的判断：看电负性的相对大小：电负性越小，吸引电子的能力越小，提供孤电子对的能力越强，配位键就越强。 ④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                                                                         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           > 四、配合物的形成对性质的影响 五、配合物的应用 配合物在生产、生活中的应用 电解氧化铝的助熔剂 Na3[AlF6]冰晶石 热水瓶胆镀银（银镜反应） [Ag(NH3)2]OH 五、配合物的应用 血红蛋白 维生素 B12 生命体中的应用 叶绿素 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。超分子定义中的分子是广义的，包括离子。 1.定义： 2.特性 六、超分子 （1）微粒间作用力：非共价键，包括氢键、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）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。 【特别提醒】 注意超分子与高分子的区别：高分子是由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子质量在一万以上的化合物，大多是有机高分子化合物。 六、超分子 3.超分子的应用 (1)分离C60和C70 六、超分子 3.超分子的应用 (2)冠醚识别碱金属离子 冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。 六、超分子 3.超分子的应用 (2)冠醚识别碱金属离子 六、超分子 4.超分子的重要特征 (1)分子识别 分子识别是指主体(受体)对客体(底物)选择性结合并产生某种特定功能的过程。它们不是靠传统的共价键，而是靠分子间作用力，如范德华力、氢键等。 (2)自组装 自组装是指基本结构单元(分子、纳米材料、微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发地组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。 1.下列分子或离子中，能提供孤电子对与金属离子形成配位键的是( ) ①H2O　②NH3　③F－ 　④CN－　⑤CO A.①② B.①②③ C.①②④ D.①②③④⑤ 【课堂练习】 D 2.下列微粒中含配位键的是( ) ①N2H5＋　②CH4　③OH－　④NH4＋　⑤Fe(CO)3 ⑥Fe(SCN)3　⑦H3O＋　⑧[Ag(NH3)2]OH A.①②④⑦⑧ B.③④⑤⑥⑦ C.①④⑤⑥⑦⑧ D.全部 C $