3.4 配合物与超分子 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

人教版选择性必修2 网 科 学 第四节 配合物与超分子 第三章 晶体结构与性质 学习目标 1.知道配位键的特点,认识简单的配位化合物的成键特征,了解配位化合物的存在与应用,培养证据推理与模型认知的核心素养。 2.了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义。通过不同聚集状态物质的重要应用,认识化学技术和社会之间的相互关系,培养科学态度和社会责任的核心素养。 1.了解配位键的特点，认识简单的配位化合物。 2.认识配位键与共价键，离子键的异同。 3.了解超分子的结构特点。 【思考】无水CuSO4是白色的,为什么CuSO4·5H2O晶体却是蓝色的？ 【实验3-2】 固体 溶液颜色 无色离子： CuSO4 CuCl2•2H2O CuBr2 NaCl K2SO4 KBr 什么离子呈天蓝色： 白色 白色 白色 白色 绿色 深褐色 水溶液中Cu2+主要以水合离子[Cu(H2O)4]2+存在，呈天蓝色 SO42 – 天蓝色 天蓝色 天蓝色 无色 无色 无色 Na+ Cl- K + Br - K + 向盛有下表中固体样品的试管中，分别加入足量的水， 观察实验现象并填写下表 【实验3-2】 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务一 铜离子的颜色 【思考】Cu2+与H2O是如何结合成[Cu(H2O)4]2+的呢？ 在四水合铜离子中,铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供孤电子对给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对形成的。 化学键 提供孤电子对 接受孤电子对 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务一 铜离子的颜色 实验3-2证明，溶液中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。 这类“电子对给予-接受”键被称为配位键 配位键 配位键的形成条件： 配位键同样具有饱和性和方向性（配位键是一种特殊的共价键） 定义：成键原子或离子一方提供空轨道，另一方提供孤电子对而形成的，这类“电子对给予-接受”键被称为配位键。 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务二 配位键 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。 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。 表示方法：(电子对给予体)A→B(电子对接受体)或A—B。 H3O+ [Cu(H2O)4]2＋ 配体 例如 配位键 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务二 配位键 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。 【注意】配位化合物一定含有配位键 但含有配位键的化合物不一定是配位化合物 例如：CO、NH4+、H3O+、SO42-、P2O5 配位化合物（简称配合物） 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务三 配位化合物 1、定义： 8 （1）中心原子(离子)： （2）配位体： （3）配位原子： （4）配位数： （5）配离子的电荷： 2、配位化合物（简称配合物）基本概念： 配位化合物（简称配合物） 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务三 配位化合物 提供空轨道的金属离子或原子。 一般是过渡金属，必须有空轨道。 含有孤电子对的分子或离子 如：NH3、H2O、CO、Cl-、SCN-、CN- 配位体中具有孤电子对的原子 如：N O P S，一般是ⅤA Ⅵ A ⅦA的非金属原子 直接同中心原子配位的原子或离子的数目，一般是2、4、6、8 等于中心离子和配体总电荷的代数和，如：[Fe(SCN)6]3- 四水合铜离子 Cu OH2 H2O H2O H2O 2+ Cu2+ + 4H2O = [Cu(H2O)4]2+ 配位化合物（简称配合物） 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务三 配位化合物 【例】Cu2+与H2O结合成蓝色[Cu(H2O)4]2+ 中心离子 配位键 配体 配离子 配位原子 配位数=4 配离子的电荷 10 对于配合物，外界在水溶液中易电离，但内界却难电离。 [Cu(H2O)4]SO4 中心离子 配体 配位数 内界 外界 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，以[Cu(H2O)4]SO4为例。 配位化合物（简称配合物） 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务三 配位化合物 3、配合物的组成： [Cu(NH3)4]SO4 ↓ 中心离子 ↓ 配位体 ↓ 配位数 ↓ 外界离子 配位原子 1:指出下列物质中的中心离子、配体、配位数、配位原子、内界、外界。 [Cu(H2O)4]SO4 ↓ 中心离子 配位原子 ↓ 配位体 ↓ 配位数 内界（配离子） 内界（配离子） ↓ 外界离子 【课堂练习】 12 2、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 【课堂练习】 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务四 了解更多的配合物 【实验3-3】制取 [Cu(NH3)4](OH)2 实验操作 实验现象 实验原理 向盛有4mL 0.1mol/L CuSO4溶液的试管里滴加几滴1 mol/L 氨水 继续添加氨水并振荡试管 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 形成难溶物 难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液 析出深蓝色晶体 Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+ Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2 深蓝色晶体为[Cu(NH3)4]SO4·H2O，说明该配合物在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务四 了解更多的配合物 【实验3-3】制取 [Cu(NH3)4](OH)2 【实验证明】无论在得到的深蓝色透明溶液中，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。 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务四 了解更多的配合物 【实验3-4】制取Fe(SCN)3 实验操作 向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液（或任何含Fe3+的溶液）的试管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化钾(KSCN)溶液。 实验现象 实验原理 溶液变为红色 配合物Fe(SCN)3中，中心离子是Fe3+，配体是SCN-，配位数是3 【应用】利用硫氰化铁配离子的颜色，可鉴定溶液中存在Fe3+，又由于该离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术表演。 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务四 了解更多的配合物 【实验3-4】制取Fe(SCN)3 Fe3++nSCN- = [Fe(SCN)n]3-n n = 1-6，随SCN-的浓度而异 配位数可为1—6 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务四 了解更多的配合物 【实验3-5】制取 [Ag(NH3)2]Cl 实验操作 实验现象 实验原理 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。 得到白色沉淀 沉淀溶解，得到澄清的无色溶液 Ag+ + Cl- = AgCl↓ AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务四 了解更多的配合物 【实验3-5】制取 [Ag(NH3)2]Cl 配合物[Ag(NH3)2]Cl中，中心离子是Ag+，配体是NH3，配位数为2。 19 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。 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。 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务五 配位化合物的性质与应用 1、配位化合物的性质 20 稳定性增强 ①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。 ②许多过渡金属元素的离子对多种配体具有很强的结合力，因而，过渡金属配合物远比主族金属配合物多。 ③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。 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务五 配位化合物的性质与应用 1、配位化合物的性质 21 2、配合物的应用 （1）在生命体中的应用 （2）在医药中的应用 叶绿素 血红素 抗癌药物——顺铂 酶 维生素B12 钴配合物 含锌的配合物，含锌酶有80多种 Fe2+的配合物 Mg2+的配合物 （3）配合物与生物固氮 固氮酶 （4）在生产生活中的应用 王水溶金 电解氧化铝的助熔剂 Na3[AlF6] 热水瓶胆镀银 [Ag(NH3)2]+ H[AuCl4] 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务五 配位化合物的性质与应用 3．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至少要提供一对孤电子对 D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y 【提示】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。 C　 【课堂练习】 23 4．下列粒子中含配位键的是(　　) ①N2H5+　 ②CH4 ③OH－ ④NH4+　 ⑤Fe(CO)3 ⑥Fe(SCN)3 ⑦H3O＋ ⑧Ag(NH3)2OH A．①②④⑦⑧　　　 B．③④⑤⑥⑦ C．①④⑤⑥⑦⑧ D．全部 【提示】形成配位键的条件是一个原子(或离子)有孤电子对，另一个原子(或离子)有空轨道。在②CH4、③OH－中，中心原子碳和氧的价电子已完全成键，没有孤电子对。 C　 【课堂练习】 24 5．向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象的说法正确的是(　　) A．沉淀溶解后，生成深蓝色的配合离子[Cu(NH3)4]2＋ B．[Cu(H2O)4]2＋比[Cu(NH3)4]2＋中的配位键稳定 C．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 D．在[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋给出孤电子对，NH3提供空轨道 【提示】从实验现象分析可知，Cu2＋与NH3·H2O反应生成Cu(OH)2沉淀。继续添加氨水，由于Cu2＋更易与NH3结合，生成更稳定的[Cu(NH3)4]2＋。上述现象是Cu2＋的性质，与SO42-无关，故换用Cu(NO3)2溶液仍可观察到同样的现象，C项错误；在[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供空轨道，NH3给出孤电子对，属于配位体，D项错误。 A　 【课堂练习】 25 6．(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________。 (2)关于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的说法正确的是________。 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 【提示】(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。 16NA C 【课堂练习】 26 神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构   氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。 核酸的双螺旋结构是靠氢键来保持的 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务六 超分子 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。超分子是广义的,包括离子。 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。 【超分子】 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务六 超分子 1.定义： 2.超分子的特性: ①分子间相互作用：通过非共价键结合，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。 超分子是组成复杂的，有组织的分子聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。 已报道的超分子大环主体有：DNA,冠醚，环糊精，杯芳烃，杯吡咯，杯咔唑，瓜环胡葫芦脲，柱芳烃等。 【超分子】 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务六 超分子 3.结构特点： 4.范围： 是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。常见的冠醚有12-冠-4、15-冠-5、18-冠-6，冠醚的空穴结构对离子有选择作用，在有机反应中可作催化剂。 冠醚： C 原子：2×5 = 10 O 原子：5 ，10 + 5 = 15 12-冠-4 15-冠-5 冠醚命名方法 把环上所含C、O原子的总数标注在“冠”字之前，把其中所含氧原子数标注在“冠”之后。 C 原子：2×4 = 8 O 原子：4 ，8 + 4 = 12 5.重要特征： （1）分子识别 例：(1)“杯酚”分离 C60 和 C70 认识“杯酚” 【超分子】 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务六 超分子 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 例：（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 5.重要特征： （1）分子识别 【超分子】 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务六 超分子 冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合，不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子。 冠醚环的大小与金属离子匹配，才能识别 超分子组装的过程称为分子自组装，自组装过程是使超分子产生高度有序的过程。 (2)自组装 细胞外部 磷脂分子 双分子层 细胞质 疏水端 亲水端 亲水端 如：细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质 5.重要特征： 【超分子】 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务六 超分子 纯水 洗涤灵 胶束 含义：研究超分子的化学叫超分子化学，是一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新兴学科。 应用：在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景。 研究领域：环状配体组成的主客体体系；有序的分子聚集体；由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。 【超分子化学】 任务探究·深度学习 自主学习 学习任务六 超分子 33 7、超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示： (1)Mo处于第五周期第ⅥB族，价电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是　　　 ； 核外未成对电子数是　 个。  (2)该超分子中存在的化学键类型有　　　。  A. σ键 B. π键 C. 离子键 D. 氢键 (3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是　　(填元素符号)，p-甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有　　 。  p-甲酸丁酯吡啶配体 4d55s1 6 AB C sp2和sp3 【课堂练习】 【课堂小结】 35 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $