3.4配合物与超分子 课件-2025-2026学年人教版高二下学期化学选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第四节 配合物与超分子 ——从分子内到分子间探究生命和生活的奥秘 1.能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法，能判断常见的配合物。 2.能利用配合物的性质去推测配合物的组成，从而形成“结构决定性质”的认知模型。 3.了解超分子的结构特点与性质。 核心素养 发展目标 一方面给患者饮入或摄入大量鸡蛋清、豆浆或牛奶；另一方面要反复洗胃和催吐，把毒物充分清除出来；并应用有关解毒剂进行治疗。 【急救小常识】重金属中毒如何进行急救？ 《为了六十一个阶级弟兄》里，抢救61位中毒农民工的救命特效药是二巯基丙醇。 作用：能与多种金属离子结合成稳定的可溶性配合物。 过程：当地缺药，北京紧急调运1000支，空军连夜空投到平陆，最终成功救人。 配合物理论简介 一 “一个键、两类物质、三种作用、四个实例” 一个键：配位键。 两类物质：配合物和超分子。 三种作用：配位键（配合物核心）、分子间作用力（超分子基础）、氢键/静电作用/范德华力（超分子多样性）。 四个实例： 配合物：[Cu(NH3)4]²⁺（颜色变化）、[Ag(NH3)2]⁺（沉淀溶解）、[Fe(SCN)]²⁺（特征检验）、顺铂（抗癌）。 超分子：DNA（氢键）、冠醚（弱配位键）、杯酚（范德华力）、 酶-底物复合物（多重作用）。 气态氯化铝（Al2Cl6）是具有配位键的化合物，分子中原子间成键关系如图所示，请将下列结构中你认为是配位键的斜线上加上箭头。 Al Cl Cl Cl Cl Al Cl Cl 1.概念 成键原子或离子一方提供_______，另一方提供_________而形成的这类“电子对给予—接受”键被称为配位键。配位键是一种特殊的共价键。 2.形成条件 (1)电子对给予体——提供孤电子对 分子有NH3、H2O、HF、CO等； 离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。 空轨道 孤电子对 一、配位键 (1)电子对接受体——提供空轨道 ①H+、过渡金属的原子或离子。 ②B、Al等ⅢA元素原子缺电子，易与X、X−、OH−形成配位键 BF4−、B(OH)4−、Al2Cl6、Al(OH)4−、AlF62− 举例 电子对给予体 电子对接受体 结构表示方法 N NH3中的___原子 H+ _____________________________ [Cu(H2O)4]2+ H2O中的O原子 Cu2+ 或 3.表示方法 A(电子对给予体)→B(电子对接受体)或A—B。 或 N 天蓝色 天蓝色 天蓝色 无色 无色 无色 实验3-2 固体颜色 溶液颜色 CuSO4 CuCl2.2H2O CuBr2 NaCl K2SO4 KBr 白色 绿色 深褐色 白色 白色 白色 思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？ 结论：上述实验中呈天蓝色的物质叫做四水合铜离子，可表示为[Cu(H2O)4]2+ Cu OH2 H2O H2O H2O 2+ 胆矾CuSO4·5H2O可写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O Cu2+ H+ 提供空轨道接受孤电子对 H2O 提供孤电子对 H2O H O H H Cu H2O H2O H2O OH2 2+ 配位键 [Cu(H2O)4]2+ 1.概念：金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体) 以配位键结合形成的化合物，简称配合物。 2.形成配合物的条件 ①能提供空轨道接受孤对电子的原子或离子(金属原子或离子) ------中心粒子 ②能提供孤对电子的分子或离子(如H2O、NH3等) ------配位体（配体） 配位原子 主要为非金属元素C、N、O、S、X等 二、配位化合物 [Cu(H2O)4]SO4硫酸四水合铜 12 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 3.配位化合物的组成 常见的中心离子：过渡金属原子或离子(如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、 Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+)、Al3+(如[AlCl4]−、[Al(OH)4]−)、B3+(如[BF4]−)等 常见的配位体：CO、NH3、H2O、OH、X−、CN−、SCN−等 配位数：配位数是配位键个数即配位原子数。 一般配合物的配位数可以按中心离子电荷数的二倍来计算(Co2+离子与Cr3+离子的配位数均为6)。配位数通常为2、4、6、8这样的偶数。 1.配合物有些存在外界、有些无外界；如Ni(CO)4无外界 2.中心粒子可以是阳离子，也可以是中性原子； 3.配体可以是离子或分子，可以有一种或同时存在多种； 4.同共价键一样，配位键可以存在于分子之中[如Ni(CO)4、Fe(CO)5]，也可以存在于离子之中(如NH4＋ )。 5.配位化合物一定含配位键，含配位键的不一定是配位化合物。如：CO、NH4+、H3O+、SO42−、P2O5 配合物 内界 外界 中心粒子 配位体 配位数 [Ag(NH3)2]OH 氢氧化二氨合银 K3[Fe(CN)6] 六氰合铁酸钾 [Co(NH3)5Cl]Cl2 Ni(CO)4 四羰基合镍 [Ag(NH3)2]＋ OH− Ag+ NH3 2 [Fe(CN)6]3− K＋ Fe3＋ CN− 6 [Co(NH3)5Cl]2＋ Cl− Co3＋ NH3、Cl− 6 Ni(CO)4 无 Ni CO 4 配体不是同一分子或离子时，配位数要两者相加。 配合物[MA2L2]的分子结构以及分子在晶胞中的位置如图所示， 下列说法错误的是( ) A. 中心原子的配位数是4 B. 晶胞中配合物分子的数目为2 C. 晶体中相邻分子间存在范德华力 D. 该晶体属于混合型晶体 ◯ [MA2L2] D 实验操作 实验现象 有关离子方程式   滴加氨水后，试管中首先出现_________，氨水过量后沉淀逐渐_____，得到深蓝色的透明溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体 ___________________________________、___________________ __________________、 ____________________________ _____________________ 蓝色沉淀 溶解 Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓ +2N Cu(OH)2+4NH3=== [Cu(NH3)4]2++2OH− [Cu(NH3)4]2++S+H2O [Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 4. 配合物的形成实验 实验[3—3] 乙醇降低Cu(NH3)4SO4·H2O的溶解性 2+ Cu NH3 H3N NH3 NH3 [Cu(NH3)4]2+平面正方形，dsp2杂化; [Zn(NH3)4]2+四面体，sp3杂化 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正方形或四面体， 配位数为6的配离子的空间结构为八面体形。 实验操作 实验现象 有关离子方程式   溶液变为_____ Fe3++3SCN− Fe(SCN)3 实验[3—4] 配位数可为1—6 红色 SCN-作为配体与Fe3+配位，显红色，用于检验Fe3+ Fe3+ + SCN− Fe(SCN)2+ Fe(SCN)2+ + SCN− Fe(SCN)2 + …… Fe(SCN)5 + SCN− Fe(SCN)6 2 3 某种钾盐具有鲜艳的颜色，其阴离子结构如图所示，X、Y、Z、W为原子序数依次增加的前四周期元素，X、Y在第二周期且未成对电子数之比为2：3，Z的最高化合价与最低化合价的代数和为4，W为日常生活中应用最广泛的过渡金属。下列说法错误的是（ ） A、在该阴离子中W的化合价为+3 B、第一电离能：X＞Y＞Z＞W C、该阴离子中含有配位键 D、X、Y、Z均满足最外层8电子结构 B K3Fe(SCN)6 实验操作 实验现象 有关离子方程式   滴加AgNO3溶液后，试管中出现_________，继续滴加氨水沉淀_____，溶液呈_____ _________________、______ ________________________ 白色沉淀 溶解 无色 Ag++Cl-===AgCl↓ AgCl +2NH3===[Ag(NH3)2]++Cl− 实验[3—5] 下列现象与形成配合物无关的是(　　) A．向FeCl3中滴入KSCN，出现血红色 B．向Cu与Cl2反应后的集气瓶中加少量H2O，呈绿色，再加水，呈蓝色 C．Cu与浓HNO3反应后，溶液呈绿色；Cu与稀HNO3反应后，溶液呈蓝色 D．向AgNO3中逐滴滴加氨水至过量，先出现白色沉淀，继而消失 C 钠离子电池凭借资源丰富、成本低、安全性高等优势，正成为储能领域的重要技术方向。随着储能需求增长与材料体系迭代，钠电产业链上下游合作日趋活跃。钠离子电池在储能、低速电动车等领域的应用有望进一步拓展 四川星空钠电自2024年入驻达州东部经开区以来，计划总投资115亿元打造钠电全产业链。2026年3月16日，巴斯夫（中国）与四川星空钠电在四川达州签署战略合作协议，双方将围绕核心材料研发、产业链协同及国际化产品开发展开合作，联合攻克竹炭负极、普鲁士蓝正极等关键技术，共建联合实验室，覆盖储能系统零部件、电池包模组、电芯等全链条材料，在达州东部经开区构建完整钠电产业链。 KFe[Fe(CN)6 ] 5. 配位化合物的性质 (1)水溶液中的电离 配合物=外界+内界 [Cu(NH3)4]SO4＝[Cu(NH3)4]2+＋SO 42− 写出Ag(NH3)2OH 、K4[Fe(CN)6 ] 、[Co(NH3)4Cl2] Cl、 Na3[AlF6 ]的电离方程式 向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液，不能生成 AgCl沉淀的是（ ） A、[Co(NH3)4Cl2]Cl B、[Co(NH3)3Cl3] C、[Co(NH3)6]Cl3 D、[Co(NH3)5Cl]Cl2 CuSO4·5H2O晶体 CuCl2·2H2O晶体 蓝色 绿色 观察下列物质的颜色 0.1 mol/L CuCl2溶液 2 mol/L CuCl2溶液 【实验探究1】CuCI2浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色的原因? c(CuCl2) 0.1 mol/L 0.1 mol/L 0.1 mol/L 0.1 mol/L c(NaCl) 0 mol/L 2 mol/L 6 mol/L 饱和 颜色 ① Cu2+与Cl−可以形成一系列配合物，在水溶液中，作为配体的Cl−可以多至4个。在Cl−的浓度极高时，形成的[CuCl4]2−呈黄色 ② 颜色叠加：蓝 ＋ 黄 ＝ 绿。 [Cu(H2O)4]2+ +4Cl− [CuCl4]2−+ 4H2O [实验探究2] 向实验[3-3]深蓝色溶液中滴加硫酸，观察实验现象， 由此现象变化说明了什么? 天蓝色溶液 深蓝色溶液 +硫酸 天蓝色溶液 配位键的稳定性 Cu2+ OH2 Cu2+ NH3 H+ NH3 < < 配体竞争规律：强配体可置换弱配体。 配体竞争受外界条件的影响——浓度、pH、温度等 (2)配位化合物的稳定性 配合物中的配位键越强，配合物越稳定 ①中心原子：过渡元素＞主族元素 ②配位原子：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C＞N＞O＞X 为什么[Cu(NH3)4]²⁺溶液中加NaOH不沉淀，而加Na2S却沉淀？ 查溶度积常数。Cu(OH)2Ksp较大，[Cu(NH3)4]2+的K稳也大，两者竞争平衡偏向配合物；CuS的Ksp极小(10-36)，即使极微量Cu2+也 能生成沉淀，使平衡彻底右移。 向AgNO3溶液中加NaCl，产生AgCl白色沉淀。再滴加氨水，沉淀溶解，生成[Ag(NH3)2]+。再滴加KBr，产生淡黄色AgBr沉淀。 配体竞争与多重平衡 配体竞争往往不是孤立的，常与其他平衡同时存在. 1. 配位平衡与沉淀溶解平衡的竞争 当体系中既有配体又有沉淀剂时，两种过程相互竞争。 实例：向AgCl沉淀中加入氨水，沉淀溶解。NH₃与Ag⁺形成稳定配合物，降低了溶液中Ag⁺浓度，使沉淀溶解平衡向右移动，最终沉淀溶解。这是配体竞争“战胜”了沉淀剂。 2. 配位平衡与氧化还原反应的竞争 p103 2[Au(CN)2]− +Zn=2Au+ [Zn(CN)4]2− Mg 叶绿素 血红素 Fe 维生素B12 Co 生活中常见的配合物 配合物在生命体中大量存在，对于生命活动具有重要意义。什么是配合物？配合物是怎样形成的？ 32 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 N N N N Fe CH3 CH3 H3C C O HO C O OH H3C 血红素(Fe2+ )结构示意图 叶绿素结构示意图 Mg 超分子 二 1.定义 超分子是由_______________的分子通过______________形成 的分子聚集体。 特别提醒　 (1)超分子定义中的分子是广义的，包括离子。 (2)超分子有的是有限的，有的是无限伸展的。 (2)超分子不算一种新的化学物质。超分子是分子通过非共价相互作用形成的聚集体，仍保持各分子的化学性质，但整体表现出新的功能。就像乐高城堡还是那些积木，但有了新的形状和功能。 两种或两种以上 分子间相互作用 “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 2.重要特征及应用 (1)分子识别：主体对客体有选择性地结合，像“锁与钥匙”。 ①“杯酚”分离C60和C70 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。 杯酚空腔大小适配C60，能把C60装起来而不能装下C70。 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。冠醚的空腔尺寸固定，就像特定尺码的鞋，只能容纳大小匹配 的“脚”(金属离子)。利用此性质可以识别碱金属离子，如表3-6所示。 12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 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。 15-冠-5 12-冠-4 C 原子：2×4=8 O 原子：4 环上总原子数：8 + 4 = 12 C 原子：2×5=10 O 原子：5 环上总原子数：10 + 5 = 15 常见的冠醚有12-冠-4、15-冠-5、18-冠-6 等 39 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 (2)自组装：分子自发地组织成有序结构，不需要外力干预，像“乐高 积木自己拼好”。p53 非极性基团 (疏水) 极性基团(亲水) 表面活性剂 高浓度时在溶液中形成胶束 低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层 ①人体细胞和细胞器的膜是双分子膜。 细胞膜两侧为水溶液，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。 极性基团(亲水) 极性基团(亲水) 非极性基团(疏水) 双分子膜是由大量两性分子(一端有极性，另一端无极性)组装而成的 41 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 氢键 超分子——DNA碱基配对(C和G) p58 ②DNA分子：生物体中DNA的双螺旋结构，是在氢键作用的基础上组装而成的超分子体系。 42 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 1.“杯酚”能与C60形成超分子，但不能与C70形成超分子，利用此性质 的差异，实验室可用来分离C60、C70。已知C60、C70与“杯酚”的结构如下： 下列叙述正确的是 A.C60、C70都是一种新型的化合物 B.C60、C70与“杯酚”均属于共价晶体 C.C60中虽然没有离子键，但固体为离子晶体 D.“杯酚”分子中既存在σ键又存在π键 √ 2.下列关于配合物和超分子的叙述正确的是 A.[Cu(H2O)4]Cl2配体中的共价键是由O的2p轨道和H的1s轨道“头碰头” 重叠形成的 B.难溶物AgCl能溶于氨水，是因为Ag+与NH3形成了配离子 C.FeSO4·7H2O晶体的结构如图所示，其中H2O 与S、H2O与Fe2+之间的作用力类型相同 D.人体细胞和细胞器的膜是双分子膜，双分子 膜是由大量两性分子(一端有极性、另一端无极性)组装而成的， 双分子膜的特有的排列结构是由超分子的分子识别特征所决定的。 √ 2026成都二诊某些特殊配体与金属可形成结构规整的超分子化合物。现有一种由金属Pt-邻二氮菲以及配体 所组成的多核配离子， 其结构示意图如下。下列有关说法错误的是 A. 分子中所有原子共平面 B. 多核配离子中Pt的化合价均为+2价 C. 多核配离子中Pt的配位数为6 D. 4个配体 的空间取向各不相同 √ Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $