第3章第4節(jié)配合物與超分子教師版-2021-2022學(xué)年高二化學(xué)學(xué)案（新教材人教版選擇性必修2）

《20212022學(xué)年高二化學(xué)同步精品學(xué)案（新人教版選擇性必修2）》第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第四節(jié)配合物與超分子【復(fù)習(xí)引入】已知AlCl3和雙聚氯化鋁（Al2Cl6）的結(jié)構(gòu)式如下：eqClo\ac(Al,\s\up11(|),\s\up22(Cl))—Cleqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))eq\a(＼,／)Al\a(／,＼)eqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))eq\a(＼,／)Al\a(／,＼)eqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))（1）AlCl3中Al原子的雜化方式sp2，Al2Cl6中Al原子的雜化方式sp3。（2）雙聚氯化鋁（Al2Cl6）分子中有一種特殊的共價(jià)鍵，你能說明它形成的原因嗎？（3）在NH4+中也存在類似的共價(jià)鍵，用電子式表示NH3

+

H+

=NH4+的形成過程eqH\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))\o\ac(N,\s\up6(··),\s\up12(H),\s\do6(··))\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))H＋eq\o\ac(H)+→eq[H\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))\o\ac(N,\s\up6(··),\s\up12(H),\s\do6(··),\s\do12(H))\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))H]+。一、配合物1．配位鍵（1）概念：由一個(gè)原子單方面提供孤電子對(duì)，而另一個(gè)原子提供空軌道而形成的化學(xué)鍵，即““電子對(duì)給予—接受””鍵。（2）特點(diǎn)：①配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵（其本質(zhì)也是σ鍵）；配位鍵同樣具有共價(jià)鍵的飽和性和方向性；②以NH4+的形成過程為例，盡管配位鍵與其它三條共價(jià)鍵不同，但形成NH4+后，這四個(gè)共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)、鍵角、鍵能完全相同，表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)也完全相同，所以NH4+空間構(gòu)型為正四面體，NH4+的結(jié)構(gòu)式也可表示：eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqHo\ac(N,\s\up11(|),\s\up22(H),\s\do11(|),\s\do22(H))—H))eq\s\up33(+)。2．配合物【實(shí)驗(yàn)32】化學(xué)式CuSO4CuCl2CuBr2NaClK2SO4KBr固體顏色白色綠色深褐色白色白色白色溶液（水足量）顏色天藍(lán)色天藍(lán)色天藍(lán)色無(wú)色無(wú)色無(wú)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(wú)色【深度思考】①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)4]2+，叫做四水合銅離子。②結(jié)合化學(xué)鍵的相關(guān)知識(shí)，分析Cu2+與H2O是如何結(jié)合的呢？③根據(jù)該離子的球棍模型，寫出對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqH2Oo\ac(Cu,\s\up11(|),\s\up22(H2O),\s\do11(|),\s\do22(H2O))—OH2))eq\s\up33(2+)。（1）配合物的定義：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。如[Cu(H2O)4]SO4，其中[Cu(H2O)4]2+稱為配離子。（2）配合物的組成部分及含義①中心原子（或離子）：提供空軌道的原子（或離子）。②配體：提供孤電子對(duì)的陰離子或分子；配體中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。③配位數(shù)：直接與中心原子形成的配位鍵的數(shù)目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位數(shù)為6。（3）常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)33】實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象離子方程式向盛有4mL

0.1mol/L

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)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)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]2＋＋2OH－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[Cu(NH3)4]2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋H2Oeq\o(=,\s\up7(乙醇))[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓【深度思考】①在得到的深藍(lán)色透明溶液中和在析出的深藍(lán)色的晶體中，深藍(lán)色都是由于存在[Cu(H2O)4]2+，其中心離子是Cu2+，配位原子是O，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可表示為eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqH2Oo\ac(Cu,\s\up11(|),\s\up22(H2O),\s\do11(|),\s\do22(H2O))—OH2))eq\s\up33(2+)。②實(shí)驗(yàn)中加入乙醇的作用是減小“溶劑”的極性,降低溶質(zhì)溶解度。③[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體中呈正四面體的粒子是SO42－,雜化類型是sp3的原子是N、S、O。

④根據(jù)所學(xué)絡(luò)合物的知識(shí)，結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)，理解表格中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)并書寫離子方程式。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有關(guān)離子方程式溶液變?yōu)榧t色Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3滴加AgNO3溶液后，試管中出現(xiàn)白色沉淀，再滴加氨水后沉淀溶解，溶液呈無(wú)色Ag＋＋Cl－=AgCl↓AgCl＋2NH3=[Ag(NH3)2]＋＋Cl－二、超分子1．概念：由兩種或兩種以上的分子（或離子）通過分子間相互作用形成的分子聚集體。2．超分子兩個(gè)的重要特征：分子識(shí)別和自組裝。。3．應(yīng)用：分離C60和C70、冠醚識(shí)別堿金屬離子【理解應(yīng)用】（1）利用分子間作用力形成超分子進(jìn)行“分子識(shí)別”，實(shí)現(xiàn)分子分離，是超分子化學(xué)的重要研究和應(yīng)用領(lǐng)域。如圖表示用“杯酚”對(duì)C60和C70進(jìn)行分離的過程，下列對(duì)該過程的說法錯(cuò)誤的是。A.C70能溶于甲苯，C60不溶于甲苯B.C60能與“杯酚”形成超分子C.C70不能與“杯酚”形成超分子D．“杯酚”能夠循環(huán)使用【答案】A〔解析〕由題圖可知，C60能夠與“杯酚”通過分子間作用力形成超分子，而C70不能，C60與“杯酚”形成的超分子不能溶于甲苯，但不能證明C60是否能溶于甲苯，A錯(cuò)誤、B和C正確；通過溶劑氯仿的作用，破壞"杯酚"與C60形成的超分子，可實(shí)現(xiàn)將C60與C70分離，且"杯酚"能夠循環(huán)使用，D正確。（2）已知冠醚15冠5空腔直徑為170220pm，Li+、Na+、K+、Rb+離子直徑分別為152pm、204pm、276pm、304pm，下列適合冠醚15冠5識(shí)別的是()A．Li+ B．Na+C．K+ D．Rb+【答案】B【預(yù)習(xí)檢驗(yàn)】1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)（1）配位鍵實(shí)質(zhì)上是一種特殊的共價(jià)鍵(√)（2）提供孤電子對(duì)的微粒既可以是分子，也可以是離子(√)（3）AgCl是一種溶解度很小的難溶物，難溶于酸、堿溶液中(×)（4）CuSO4·5H2O和KAl(SO4)2·12H2O都屬于配合物(×)（5）超分子就是高分子(×)（6）Fe3＋遇KSCN呈紅色，是因?yàn)樯闪私j(luò)離子，而Fe2＋遇KSCN不顯紅色，沒有絡(luò)離子生成()2．膽礬CuSO4·5H2O可寫[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其結(jié)構(gòu)示意圖如下，有關(guān)膽礬的說法正確的是（）A．該配合物的配體是H2O，配位數(shù)為5B．Cu2＋的價(jià)電子排布式為3d84s1C．膽礬中的水在不同溫度下會(huì)分步失去D．膽礬中含有的共價(jià)鍵有離子鍵、極性鍵、配位鍵和氫鍵【答案】C〔解析〕A項(xiàng)，根據(jù)[Cu(H2O)4]SO4·H2O可知，配位數(shù)為4，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，Cu2＋的價(jià)電子排布式為3d9，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，由圖可知，膽礬中有1個(gè)H2O與其他微?？繗滏I結(jié)合，易失去，有4個(gè)H2O與Cu2＋以配位鍵結(jié)合，較難失去，正確；D項(xiàng)，氫鍵不是化學(xué)鍵。3．向盛有硫酸銅溶液的試管中滴加濃氨水，先生成難溶物，繼續(xù)滴加濃氨水，難溶物溶解，得到深藍(lán)色透明溶液。下列對(duì)此現(xiàn)象的說法正確的是()A．反應(yīng)后溶液中不存在任何沉淀，所以反應(yīng)前后Cu2＋的濃度不變B．NH3與Cu的配位能力弱于H2OC．沉淀溶解后，生成深藍(lán)色的配離子[Cu(NH3)4]2＋D．用硝酸銅溶液代替硫酸銅溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能觀察到同樣的現(xiàn)象【答案】C〔解析〕發(fā)生的反應(yīng)為Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)，Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋轉(zhuǎn)化為配離子，濃度減小，A錯(cuò)誤；繼續(xù)添加氨水，由于Cu2＋以[Cu(NH3)4]2＋形式存在，說明NH3與Cu的配位能力強(qiáng)于H2O，B錯(cuò)誤；[Cu(NH3)4]2＋是深藍(lán)色的，C正確；上述現(xiàn)象是Cu2＋的性質(zhì)，與SOeq\o\al(2－,4)無(wú)關(guān)，故換用Cu(NO3)2溶液仍可觀察到同樣的現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。4．(1)Zn的氯化物與氨水反應(yīng)可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2，1mol該配合物中含有σ鍵的數(shù)目為________，配位原子是________。它的電離方程式是__________________________。(2)關(guān)于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的說法正確的是________。A．配位數(shù)為6B．配體為NH3和Cl－C．[Zn(NH3)4]2＋為內(nèi)界D．Zn2＋和NH3以離子鍵結(jié)合【答案】(1)16NAN[Zn(NH3)4]Cl2=[Zn(NH3)4]2＋+2Cl－(2)C〔解析〕(1)[Zn(NH3)4]Cl2中[Zn(NH3)4]2＋與Cl－形成離子鍵，而1個(gè)[Zn(NH3)4]2＋中含有4個(gè)N→Zn鍵(配位鍵)和12個(gè)N—H鍵，共16個(gè)σ鍵，故1mol該配合物中含有16molσ鍵，即16NA。(2)Zn2＋的配位原子個(gè)數(shù)是4，所以其配位數(shù)是4，故A錯(cuò)誤；該配合物中氮原子提供孤電子對(duì)，所以NH3是配體，故B錯(cuò)誤；[Zn(NH3)4]Cl2中外界是Cl－，內(nèi)界是[Zn(NH3)4]2＋，故C正確；該配合物中，鋅離子提供空軌道，氮原子提供孤電子對(duì)，所以Zn2＋和NH3以配位鍵結(jié)合，屬于特殊共價(jià)鍵，不屬于離子鍵，故D錯(cuò)誤。5．根據(jù)配位鍵的形成條件，完成下列各題。（1）以下微粒中不含有配位鍵的是。①NHeq\o\al(＋,4)②H3O＋③CH4④N2Heq\o\al(＋,5)⑤[Ag(NH3)2]OH⑥Fe(SCN)3⑦CH3COO－（2）NH3和BF3可以通過配位鍵形成NH3·BF3，則NH3·BF3的結(jié)構(gòu)式。（3）CaF2難溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，原因是。(用離子方程式表示，已知[AlF6]－在溶液中可穩(wěn)定存在)。（4）硼酸的結(jié)構(gòu)式為eqHOo\ac(B,\s\do11(|),\s\do22(OH))—OH，屬于一元酸，試寫出其電離方程式?！敬鸢浮浚?）③⑦（2）eqHo\ac(N,\s\up11(|),\s\up22(H),\s\do11(|),\s\do22(H))—eqo\ac(B,\s\up11(|),\s\up22(F),\s\do11(|),\s\do22(F))—F（3）3CaF2＋Al3＋3Ca2＋＋AlFeq\o\al(3－,6)（4）H3BO3+H2OH++[B(OH)4]－〔解析〕（3）CaF2中存在沉淀溶解平衡：CaF2(s)Ca2＋(aq)＋2F－(aq)，溶液中的F－與Al3＋形成配位離子AlFeq\o\al(3－,6)，使沉淀溶解平衡向右移動(dòng)，導(dǎo)致氟化鈣溶解（4）根據(jù)H3BO3結(jié)構(gòu)式，若羥基（—OH）中的H原子電離，應(yīng)形成三元酸，H3BO3以配位鍵結(jié)合水中的OH－，電離出H＋。6．取CoCl3·6NH3(黃色)、CoCl3·5NH3(紫紅色)、CoCl3·4NH3(綠色)和CoCl3·4NH3(紫色)四種化合物各1mol，分別溶于水，加入足量硝酸銀溶液，立即產(chǎn)生氯化銀，沉淀的量分別為3mol、2mol、1mol和1mol。請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)用配合物的形式寫出它們的化學(xué)式：CoCl3·6NH3，CoCl3·4NH3(綠色和紫色)。【答案】[Co(NH3)6]Cl3[Co(NH3)4Cl2]Cl〔解析〕配合物的內(nèi)界難電離，外界可以電離。1molCoCl3·6NH3只生成3molAgCl，說明外界有3個(gè)Cl－，則6個(gè)NH3作為配體，化學(xué)式為[Co(NH3)6]Cl3；CoCl3·4NH3(綠色和紫色)中有1個(gè)Cl－為外界離子，配體為4個(gè)NH3和2個(gè)Cl－，化學(xué)式均為[Co(NH3)4Cl2]Cl。7．CuCl2溶液有時(shí)呈藍(lán)色，有時(shí)呈綠色，這是因?yàn)樵贑uCl2溶液中存在如下的平衡：[Cu(H2O)4]2＋＋4Cl－[CuCl4]2－＋4H