34 配合物與超分子

1、第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第四節(jié)配合物與超分子教材分析本節(jié)課能夠了解配位鍵的特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單的配合物的成鍵特征，認(rèn)識(shí)配合物的存在與應(yīng)用。在此 基礎(chǔ)上了解人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程，能夠從原子、分子、超分子等不同尺度認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的意義。 認(rèn)同“物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索是無止境的”觀點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)核心素養(yǎng)。教學(xué)目而與垓心素養(yǎng)課程目標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)1、通過熟悉的無水硫酸銅與其溶液顏色不同這一現(xiàn) 象，認(rèn)識(shí)配位鍵的特征，并能與共價(jià)鍵進(jìn)行簡(jiǎn)單比 較。2、在配位鍵的基礎(chǔ)上，認(rèn)識(shí)配合物的存在、結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)及常見配合物的制取等。3、了解超分子與分子的區(qū)別、超分子的簡(jiǎn)單應(yīng)用。宏觀辨識(shí)與微觀辨析：能從微觀角度理 解配位鍵

2、的形成條件和表示方法；能判斷常 見的配合物。證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能利用配合物的 性質(zhì)去推測(cè)配合物的組成，從而形成“結(jié)構(gòu)決 定性質(zhì)”的認(rèn)知模型?？茖W(xué)精神與社會(huì)責(zé)任：學(xué)習(xí)超分子，提 升學(xué)生的科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。教學(xué)重誰點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：配位鍵、配合物的概念，形成條件和組成教學(xué)難點(diǎn)：配位鍵、配合物的概念，形成條件和組成課前準(zhǔn)備多媒體調(diào)試、講義分發(fā)教學(xué)過程【導(dǎo)入新課】無水硫酸銅是白色的，但CuSO4-5H2O晶體卻是藍(lán)色的，這是為什么呢?【實(shí)驗(yàn)3-2】固體(1)CuSO4(2)CuCl (3)CuBr2(4)NaCl(5)K2SO4 (6)KBr白色綠色 深褐色 白色白色白色哪些溶液呈天（1）、（2）、（3

3、）藍(lán)色實(shí)驗(yàn)說明什么離子呈天藍(lán)色，什么離子沒有顏色溶液呈天藍(lán)色是由陽(yáng)離子Cu2+引起的，SO42-、Cl-、Br-、Na+、K+在溶液中 均無色【講解】實(shí)驗(yàn)證明，上述實(shí)驗(yàn)中呈藍(lán)色的物質(zhì)是水合銅離子，可表示為Cu(H2O)42+，叫做四水合銅離子。【過渡】我們學(xué)過的的化學(xué)鍵有共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵，那么它們的結(jié)合是什么鍵？ Cu2+與H2O是如何結(jié)合成Cu(H2O)42+ 的呢？【學(xué)生活動(dòng)】討論回答【講解】1.配位鍵配位鍵定義：成鍵原子或離子一方提供空軌道，另一方提供孤電子對(duì)而形成的，這類電子對(duì)給予-接受”鍵被稱為配位鍵。基本概念：中心原子(離子)：提供空軌道，接受孤電子對(duì)。通常是過渡元素的原子或

4、離子，女Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。配位體：提供孤電子對(duì)的離子或分子，如分子CO、NH3、H2O等，陰離子F-、CN-、CI-等。配位原 子必須有孤電子對(duì)。配位數(shù)：直接同中心原子(離子)配位的分子或離子的數(shù)目叫中心原子(離子)的配位數(shù)。配位鍵的形成條件口成鍵原子一方能提供孤電子對(duì)。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；離子有Cl-、OH-、CN-、SCN -等?？诔涉I原子另一方能提供空軌道。如H+、Al3+、B及過渡金屬的原子或離子。配位鍵同樣具有飽和性和方向性。一般來說，多數(shù)過渡金屬的原子或離子形成配位鍵的數(shù)目是基本不變的，如Ag+形成2個(gè)配位鍵；

5、Cu2 +形成4個(gè)配位鍵等。配位鍵的表示：(電子對(duì)給予體)AB(電子對(duì)接受體)或AB。例如H3O+HOHH OHH JA 2、配合物定義：通常把金屬離子或原子(稱為中心離子或原子)與某些分子或離子(稱為配體或配位體)以 配位鍵結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物，簡(jiǎn)稱配合物。組成：配合物由中心離子或原子(提供空軌道)和配體(提供孤電子對(duì))組成，分為內(nèi)界和外界，以Cu(NH3)4SO4 為例?！局v解】展示Cu(NH3)4SO4的組成部分。Cu(NH3)S04/ 中心離子.體配.數(shù)離子配L子【實(shí)驗(yàn)探究】【實(shí)驗(yàn)3-3】制取Cu(NH3)4(OH)2實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論向盛有 4mL 0.1mol/L

6、CuSO4 溶液的試管里滴加幾滴1 mol/L氨 水形成難溶物Cu2+ + 2NH3-H2O =Cu(OH)2l+2NH4+繼續(xù)添加氨水并振蕩試管難溶物溶解，得到深藍(lán)色的透明溶液Cu(OH)2+ 4NH3=Cu(NH3)4(OH)2再向試管中加入極性較小的溶劑(如加入8 mL 95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦試管壁析出深藍(lán)色晶體深藍(lán)色晶體為 Cu(NH3)4SO4-H2O,說明 該配合物在乙醇中的溶 解度小于在水中的溶解 度【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】實(shí)驗(yàn)證明，無論在得到的深藍(lán)色透明溶液中，還是在析出的深藍(lán)色的晶體中，深藍(lán)色都是由于存在 Cu(NH3)42+，它是Cu2+的另一種常見配離子，中心離子仍然是Cu2+

7、，而配體是NH3，配位數(shù)為4。 【實(shí)驗(yàn)3-4】制取Fe(SCN)3KSCN溶避溶液實(shí)驗(yàn)操作：向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液(或任何含F(xiàn)e3+的溶液)的試管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰 化鉀(KSCN)溶液。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：溶液變?yōu)榧t色。應(yīng)用：利用硫氰化鐵配離子的顏色，可鑒定溶液中存在Fe3+，又由于該離子的顏色極似血液，常被用于電 影特技和魔術(shù)表演?！緦?shí)驗(yàn)3-5】制取Ag(NH3)2Cl實(shí)驗(yàn)操作向盛有少量0.1 mol/L NaCl溶液的試管里滴幾滴0.1 mol/L AgNO3溶 液，產(chǎn)生難溶于水的白色的AgCl沉淀；再滴入1 mol/L氨水，振蕩。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到白色沉淀沉淀溶解，

8、得到澄清的無色溶液實(shí)驗(yàn)結(jié)論Ag+ Cl- = AgCl；AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2Cl3、配合物的形成對(duì)性質(zhì)的影響對(duì)溶解性的影響：一些難溶于水的金屬氫氧化物、氯化物、漠化物、碘化物、氰化物，可以溶解于 氨水中，或依次溶解于含過量的OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中，形成可溶性的配合物。顏色的改變：當(dāng)簡(jiǎn)單離子形成配離子時(shí)，其性質(zhì)往往有很大差異。顏色發(fā)生變化就是一種常見的現(xiàn) 象，根據(jù)顏色的變化就可以判斷是否有配離子生成。穩(wěn)定性增強(qiáng)：配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強(qiáng)，配合物越穩(wěn)定。許多過渡金屬元素的離子對(duì)多種配體具有很強(qiáng)的結(jié)合力，因而，過渡金屬配合物遠(yuǎn)比主族金

9、屬配合 物多。當(dāng)作為中心離子的金屬離子相同時(shí)，配合物的穩(wěn)定性與配體的性質(zhì)有關(guān)。例如，血紅素中的Fe2+與 CO分子形成的配位鍵比Fe2+與02分子形成的配位鍵強(qiáng)，因此血紅素中的Fe2+與CO分子結(jié)合后，就 很難再與02分子結(jié)合，血紅素失去輸送氧氣的功能，從而導(dǎo)致人體CO中毒。【講解】4、配合物的應(yīng)用在人和動(dòng)物體內(nèi)起輸送氧氣作用的血紅素，是Fe的配合物。配合物在生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)方面的應(yīng)用也很廣泛，例如，在醫(yī)藥科學(xué)、化學(xué)催化劑、新型分子材料等 領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用?！局R(shí)拓展】葉綠素、血紅蛋白5、超分子定義：由兩種或兩種以上的分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體稱為超分子。超分子定義中 的分子是廣

10、義的，包括離子。特性：分子間相互作用：通過非共價(jià)鍵結(jié)合，包括氫鍵、靜電作用、疏水作用以及一些分子與金屬離子形 成的弱配位鍵等。分子聚集體大?。悍肿泳奂w有的是有限的，有的是無限伸展的?！局v解】 應(yīng)用實(shí)例一分子識(shí)別（1）分離c60和C70“杯陶*（2）冠醚識(shí)別堿金屬離子。不同大小的冠醚可以識(shí)別不同大小的堿金屬離子。15冠 512-4圖3-45冠酰冠醚是皇冠狀的分子，可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子【知識(shí)拓展】研究超分子的化學(xué)叫超分子化學(xué)，是一門處于近代化學(xué)、材料化學(xué)和生命科學(xué)交匯點(diǎn)的新興學(xué)科。它 的研究領(lǐng)域包括環(huán)狀配體組成的主客體體系；有序的分子聚集體；由兩個(gè)或兩個(gè)以上基團(tuán)用柔性鏈或

11、剛性鏈連接而成的超分子化合物。應(yīng)用也很廣，在分子識(shí)別與人工酶、酶的功能、短肽和環(huán)核酸的組 裝體及其功能等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。超分子化學(xué)的發(fā)展不僅與大環(huán)化學(xué)（冠醚、穴醚、環(huán)糊精、 杯芳烴、C60等）的發(fā)展密切相連，而且與分子自組裝（雙分子膜、膠束、DNA雙螺旋等）、分子器 件和新興有機(jī)材料的研究息息相關(guān)?！菊n堂小結(jié)】檢測(cè)反饋J下列關(guān)于配位化合物的敘述中，不正確的是：配位化合物中必定存在配位鍵配位化合物中只有配位鍵，.門 中的，.二提供空軌道，門中的O原子提供孤電子對(duì)，兩者結(jié)合形成配位鍵配位化合物在半導(dǎo)體等尖端技術(shù)、醫(yī)藥科學(xué)、催化反應(yīng)和材料化學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用【答案】B【解析】配合物中一定

12、含有配位鍵，故A正確；配位化合物中不僅含有配位鍵，還含有共價(jià)鍵等，故B錯(cuò)誤；中的:提供空軌道，E中的O原子提供孤對(duì)電子，兩者結(jié)合形成配位鍵，故C 正確；配位化合物在半導(dǎo)體等尖端技術(shù)、醫(yī)藥科學(xué)、催化反應(yīng)和材料化學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，故D正 確。下列關(guān)于超分子的敘述中正確的是:超分子就是高分子超分子都是無限伸展的形成超分子的微粒都是分子超分子具有分子識(shí)別和自組裝的特征【答案】D【解析】超分子通常是指由兩種或兩種以上分子依靠分子間相互作用結(jié)合在一起，組成復(fù)雜的、有組織的聚 集體，有的是高分子，有的不是，故A錯(cuò)誤；超分子這種分子聚集體有的是無限伸展的，有的的是有限的，故B錯(cuò)誤；形成超分子的微粒也包括

13、離子，故C錯(cuò)誤；超分子的特征是分子識(shí)別和自組裝，故D正確。下列說法錯(cuò)誤的是：在和中都存在配位鍵是極性分子，分子中O原子不處在2個(gè)H原子所連成的直線的中央S*、7，、心；、都是極性分子向含有I If : n 的水溶液中加入足量溶液只能生成R.I， 沉淀【答案】C【解析】在中存在一個(gè)氮?dú)滏I為配位鍵，中銅原子與氮原子間存在配位鍵，故A正確；H是極性分子，分子結(jié)構(gòu)為V形，O原子不處在2個(gè)H原子所連成的直線的中央，故B正確；E、都是極性分子，”，：為非極性分子，故C錯(cuò)誤；向含有! f/的水溶液中加入足量門,溶液，外界的氯離子能反應(yīng)，則生成頊，沉淀，故D正確。許多過渡金屬離子對(duì)多種配體有很強(qiáng)的結(jié)合力，能形

14、成多種配合物。下列說法正確的是：向配合物/-.、的溶液中加入足量的溶液，所有的,均被沉淀配合物口、常溫下呈液態(tài)，易溶于 I.苯等有機(jī)溶劑配合物.7 的配體為沮和J ;配合物，V / ，E的配位數(shù)為6【答案】B【解析】向配合物的溶液中加入足量的溶液，外界的t .能被沉淀，內(nèi)界的氯離子不能反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；配合物常溫下呈液態(tài)，為非極性分子，易溶于廠、苯等有機(jī)溶劑，故B正確；c.配合物的配體為礦S，為外界，不是配體，故C錯(cuò)誤；配合物I ；：的配體為氨分子，則配位數(shù)為2,故D錯(cuò)誤。如圖所示，a為乙二胺四乙酸，易與金屬離子形成螯合物，b為EDTA與（，.形成的螯合物。下列敘述正確的是：H()()CCH?C

15、H.COOH_NCHgCHlNHOOCCH.CH.COOHA. a和b中N原子均采取，.雜化B. b中。/的配位數(shù)為4a中配位原子是C原子b中含有離子鍵和配位鍵【答案】A 【解析】a中氮原子形成3個(gè)，鍵，還有一對(duì)孤電子對(duì)，b中氮原子形成4個(gè)，鍵其中有一個(gè)配位鍵：，N原子均采取*，雜化，故A正確；由圖可知，b中f的配位數(shù)為6,故B錯(cuò)誤；a中不存在配位鍵，故C錯(cuò)誤；b中不含有離子鍵，故D錯(cuò)誤。若X、Y兩種粒子之間可形成配位鍵，則下列說法正確的是：X、Y只能是離子若X提供空軌道，則配位鍵表示為 - vX、Y分別為.W、E；時(shí)，作配體若X提供空軌道，則Y至少要提供一對(duì)孤電子對(duì)【答案】D【解析】略下列物

16、質(zhì)： .廠：.r e，：4.口 危*：中存在配位鍵的是A.B. 切C. 一 .m：D. 土【答案】B【解析】略下列關(guān)于超分子和配合物的敘述不正確的是：利用超分子的分子識(shí)別特征，可以分離：和二：配合物中只含配位鍵： ill；，中口提供空軌道，I，中氧原子提供孤對(duì)電子，從而形成配位鍵配合物在半導(dǎo)體等尖端技術(shù)、醫(yī)學(xué)科學(xué)、催化反應(yīng)和材料化學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用【答案】B【解析】利用超分子的分子識(shí)別特征，可以分離:. ：.：和:.：，A正確；配位化合物中不一定只含有配位鍵，可能含有共價(jià)鍵、離子鍵，如萬、7,，b錯(cuò)誤；配離子中中心原子提供空軌道，配體提供孤電子對(duì)，所以中的:-提供空軌道，中的O原子提供孤對(duì)電

17、子，兩者結(jié)合形成配位鍵，C正確；配合物的應(yīng)用：生命體中，許多酶與金屬離子的配合物有關(guān)；藝科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐：進(jìn)行溶解、 沉淀或萃取等操作來達(dá)到分離提純、分析檢測(cè)等目的，D正確；故選B。銅單質(zhì)及其化合物在很多領(lǐng)域有重要的用途。一：金屬銅用來制造電線電纜，超細(xì)銅粉可應(yīng)用于導(dǎo)電材料、催化劑等領(lǐng)域中；CuCl和3都是重要的化工原料，常用作催化劑、顏料、防腐劑和消毒劑等。:超細(xì)銅粉的某制備方法如下：、中的配體是。，氯化亞銅|廠，廣；的制備過程：向匚溶液中通入一定量、.)，微熱，反應(yīng)一段時(shí)間后即生 成CuCl白色沉淀，反應(yīng)的離子方程式為。-二 波爾多液是一種殺菌劑，廣泛應(yīng)用于樹木和花卉上，藍(lán)色的膽磯是配制

18、波爾多液的主要原料。:與銅同周期的所有元素的基態(tài)原子中最外層電子數(shù)與銅原子相同的元素有:填元素符號(hào)。往濃I溶液中加入過量較濃的-、，.，直到生成的沉淀恰好溶解為止，得到深藍(lán)色溶液。小心加入約和溶液等體積的吊小并使之分成兩層。經(jīng)過一段時(shí)間后可觀察到在兩層“交 界處”下部析出深藍(lán)色晶體，該晶體是寫化學(xué)式.實(shí)驗(yàn)中所加E的作用是。 -晶體中呈正四面體的粒子是，雜化軌道類型是的原子是【答案】一5(2)2Cui+ + 2Cl + SO2 4- 2HQ 蘭 2CvCl +4/+ + SOj5、Cr門減小“溶劑”的極性，降低溶質(zhì)溶解度|：E.N、S、O【解析】略氮化硼晶體是一種新型無機(jī)合成材料。用硼砂I %.和尿素反應(yīng)可以得到氮化硼：,* * - :仕 、1 11 : I。根據(jù)要求回答下列問題：組成反應(yīng)物的所有元素中，第一電離能最大的是:填元素符號(hào)：。尿素分子;：中、:鍵與 鍵數(shù)目之比為。JNnh】一定條件下尿素分子可形成六角形超分子：結(jié)構(gòu)如圖所示：。超分子中尿素分子間主要通過 結(jié)合。廠！圖示超分子的縱軸方向有一“通道”。直鏈烷烴分子剛好能進(jìn)入通道，并形成超分子的包合物； 支鏈烷烴因含有側(cè)鏈，空間體積較大而無法進(jìn)入“通道”。利