3.4.1配位键和超分子 课件-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第四节　配合物与超分子 第三章 晶体结构与性质 第1课时 1 2 配位键，配合物，超分子的概念，配合物的形成 1 本节重点 本节难点 配合物，超分子的结构特点 知识导航 无水硫酸铜粉末 CuSO4 硫酸铜溶液 CuSO4（aq） 五水合硫酸铜晶体 CuSO₄·5H₂O 铜离子为什么有水状态和无水的颜色不同？ 新课讲授 3 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 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 1.1配位键 CuSO4溶液 CuCl2溶液 CuBr2溶液 K2SO4溶液 NaCl溶液 KBr溶液 CuSO4 CuCl2 CuBr2 K2SO4 NaCl KBr 水溶液中Cu2+主要以四水合铜离子[Cu(H2O)4]2+存在，呈天蓝色 思考：Cu2+与H2O是如何结合成[Cu(H2O)4]2+的呢？ 1.1配位键 5 孤电子对 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Cu2+ +4H2O = [Cu(H2O)4]2+（蓝色） 提供孤电子对 接受孤电子对 化学键 1.1配位键 1.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。 2.特点： ①配位键是一种特殊的共价键（本质也是σ键），具有方向性和饱和性。 ②配位键与普通共价键只是形成过程上有所不同，配位键的共用电子对由成键原子单方提供；普通共价键的共用电子对由成键双方共同提供，但它们的实质是相同的，都是由成键原子双方共用。 如：形成NH4+后，这四个共价键的键长、键角、键能完全相同，表现的化学性质也完全相同，所以NH4+的空间构型为正四面体。 NH4+的电子式也可表示为： 1.1配位键 注意：配位键与共价键性质完全相同 7 3.形成条件： ①一方提供孤电子对(配体) ②另一方中心原子(离子)提供空轨道(接受体) 如分子有NH3、H2O、HF、CO等； 离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。 如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。 1.1配位键 注意：配位键与共价键性质完全相同 8 4.表示方法： 电子对(给予体)A→B(电子对接受体)，或A—B ①NH4+: ②H3O+： ③[Cu(H2O)4]2+： H× ·· O ·· ×H · · H+ + ·· O ·· ×H H× · · H [ ] + H N H H H [ ] + ↑ ↑ 读法:水合氢离子 读法:四水合铜离子 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，（一般为电荷数的两倍），如Ag＋:2个配位键；Cu2＋:4个配位键,Fe3＋:6个配位键等。 注意：配位键与共价键性质完全相同 9 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。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。 1.定义： 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、NH4Cl、H3O+ 2.1配合物 Cu(H2O)4 SO4 内界(配离子) 外界(离子) 中心离子原子 配位体 配位数 配位原子 以配合物[Cu(H2O)4]SO4为例 ·常见的中心离子——提供空轨道 ①一般是过渡金属的原子或离子，如：Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Co3+、Ag+、Ni等。 ②部分主族元素，如H+、Al3+、Mg2+、B等。 ·常见的配体——提供孤电子对 ①原子：常为ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的原子； ②分子：H2O、NH3、CO、醇、胺 、醚等； ③阴离子：X-（卤素离子）、OH-、CN- 、SCN-、RCOO-、PO43-等。 2.1配合物 Cu(H2O)4 SO4 内界(配离子) 外界(离子) 中心离子原子 配位体 配位数 配位原子 以配合物[Cu(H2O)4]SO4为例 2.1配合物 配位数:一般2、4、6、8； 配离子的电荷：等于中心离子和配体总电荷的代数和，如[Fe(SCN)6]3-。 对于配合物，外界在水溶液中易电离，但内界却难电离。如配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2内界中的Cl—不能被Ag+沉淀，只有外界的Cl—才能与AgNO3溶液反应产生沉淀。 配合物 内界 外界 中心原子(离子) 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 Na3[AlF6] 六氟铝酸三钠化铝 Ni(CO)4 四羰基镍 [Co(NH3)5Cl]Cl2氯化一氯五氨合钴 [Ag(NH3)2]+ OH- Ag+ NH3 2 [Fe(CN)6]3- K+ Fe3+ CN- 6 [AlF6]3- Na+ Al3+ F- 6 Ni(CO)4 无 Ni CO 4 [Co(NH3)5Cl]2+ Cl- CO3+ Cl-、NH3 6 1.有些配合物没有外界；如 Ni(CO)4 、Fe(CO)5 2.中心粒子可以是阳离子，也可以是中性原子； 3.配位体可以是离子或分子，可以有一种或同时存在多种； 4.配位数通常为2、4、6、8这样的偶数。 2.1配合物 （1）四氨合铜离子[Cu(NH3)4]2+的形成 实验操作 实验现象 有关方程式 滴加氨水后，试管中首先有 ，氨水过量后沉淀逐渐 ，得到 色的透明溶液；滴加乙醇后析出 。 蓝色沉淀 溶解 深蓝 深蓝色晶体 ① ② ③ Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+ Cu(OH)2 + 4NH3=[Cu(NH3)4](OH)2 [Cu(NH3)4]2++SO42-+H2O = [Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 乙醇 硫酸四氨合铜晶体 溶剂极性：乙醇 < 水，降低水的极性 [Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇中的溶解度小 2.1配合物 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晶体中，深蓝色都是由于存在[Cu(NH3)4]2+，中心离子是Cu2+，而配体是NH3，配位数为4。 深蓝色 平面正方形 实验3-3 制取 [Cu(NH3)4](OH)2 四氨合铜离子 dsp2杂化 2.1配合物 CuSO4(aq) Cu(OH)2 氨水 氨水 深蓝色溶液 蓝色溶液 [Cu(NH3)4]2＋ 蓝色沉淀 [Cu(H2O)4]2＋+4NH3=[Cu(NH3)4]2＋+4H2O Cu2+ + 4H2O ⇌ [Cu(H2O)4]2＋ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2＋ = 提示：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对，NH3的配位能力强于H2O，所以NH3与Cu2＋形成的配位键更强。 ←平衡向左移动 [Cu(H2O)4]2+ [Cu(NH3)4]2+ Cu(OH)2 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 蓝色溶液 深蓝色溶液 2.1配合物 Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2＋ + 4NH4+ 4H+ ⇌ ←平衡向左移动 CuSO4（aq） 蓝色沉淀 氨水 氨水 深蓝色溶液 稀H2SO4 稀H2SO4 [Cu(NH3)4]2＋ + 4H+ ⇌ Cu2+ + 4NH4+ 写出上述过程的总离子反应方程式？ ⇌ 【问 题】[Cu(NH3)4]2＋存在电离平衡？是否牢不可破？ 加入酸、形成更难溶的物质 （加入Na2S生成CuS）、 加热等可使平衡移动。   溶液变为_____ Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3   滴加AgNO3溶液后，试管中出现 ，再滴加氨水后沉淀 ，溶液呈______ 实验操作 实验现象 有关离子方程式 白色沉淀 溶解 无色 红色 Ag＋＋Cl－===AgCl↓、 AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－ 2.1配合物 18 (1)对溶解性的影响 一些难溶于水的金属氢氧化物、卤化物、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。 如:Cu(OH)2 + 4NH3 =[Cu(NH3)4]2+ + 2OH— AgCl + 2NH3 = Ag[(NH3)2]Cl 2.1配合物 (2)对颜色的改变 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。 ④Fe3＋与SCN－形成硫氰化铁配离子[Fe(SCN)n]3-n，其溶液显红色。检验Fe3+ ①Fe3＋在水溶液中由于水解与OH-配位而显黄色，而在酸化抑制水解的情况下，生成的水合铁离子[Fe(H2O)6]3+溶液为无色。 ②FeCl3溶液含有[FeCl4]-，使溶液呈黄色。 ③CuCl2溶液中存在平衡：[Cu(H2O)42+(蓝色)+4Cl- ⇌[CuCl4]2-(黄色)+4H2O，△H＞0，Cl- 和 H2O 相互竞争引起平衡移动，从而使溶液颜色发生改变。 加水稀释：溶液由黄绿色变为蓝绿色变为蓝色； 再加热：溶液由蓝色变为黄绿色。 ⑤与OH- 相比，NH3与Cu2+配位生成的[Cu(NH3)4]2+呈现更深的蓝色。 2.1配合物 (3)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。 2.1配合物 21 新授内容 （二）超分子 1. 定义 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。 分子是广义的，包括离子。 主要是静电作用、范德华力和氢键等 2. 重要特征及其应用 (1)分子识别 分离 C60 和 C70 (2)自组装 细胞和细胞器的双分子膜的自组装 22 “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 超分子 重要特征及其应用——分子识别 3.1超分子 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 重要特征及其应用——分子识别 3.1超分子 24 (2)自组装（P54） 细胞和细胞器的双分子膜的自组装 极性基团(亲水) 非极性基团(疏水) 极性基团 3.1超分子 25 Lavf58.20.100 $