2025春高二化學(xué)選擇性必修2 （配人教版）第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第四節(jié) 配合物與超分子

配合物與超分子第四節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)學(xué)習(xí)配位鍵,能從微觀角度說(shuō)明配位鍵的形成條件,能正確表示配位鍵。2.通過(guò)認(rèn)識(shí)典型的配合物,能判斷常見的配合物,能利用配合物的性質(zhì)去推測(cè)配合物的組成。3.通過(guò)學(xué)習(xí)超分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì),能列舉超分子的簡(jiǎn)單應(yīng)用。任務(wù)分項(xiàng)突破『自主梳理』1.配位鍵學(xué)習(xí)任務(wù)1探究配位鍵與配合物孤電子對(duì)空軌道共價(jià)[示例]在四水合銅離子([Cu(H2O)4]2+)中,Cu2+與水分子間的化學(xué)鍵是由水分子提供

給予銅離子,銅離子

水分子提供的孤電子對(duì)形成的。2.配位化合物(1)概念:通常把金屬離子或原子(稱為

)與某些分子或離子(稱為

)以

結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物,簡(jiǎn)稱配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均為配合物。孤電子對(duì)接受中心離子或原子配體或配位體配位鍵(2)常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有關(guān)離子方程式或原因分析滴加氨水后,試管中首先出現(xiàn)

,氨水過(guò)量后沉淀

,得到

色的透明溶液,滴加乙醇后析出

色晶體藍(lán)色沉淀逐漸溶解深藍(lán)深藍(lán)溶液變?yōu)?/p>

Fe3+與SCN-可形成

色配離子滴加AgNO3溶液后,試管中出現(xiàn)

,再滴加氨水后沉淀

,溶液呈

紅色紅白色沉淀溶解無(wú)色『互動(dòng)探究』材料1銨根離子的形成過(guò)程示意圖:材料2配合物在生命體中大量存在,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)域都有著廣泛的應(yīng)用。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中,經(jīng)常利用金屬離子和與之配位的物質(zhì)的性質(zhì)不同,通過(guò)溶解、沉淀或萃取操作來(lái)達(dá)到分離提純、分析檢測(cè)等目的。探究配位鍵的特點(diǎn)和配合物的組成提示:NH3中的氮原子有孤電子對(duì),H+有空軌道,NH3中氮原子的孤電子對(duì)進(jìn)入H+的空軌道,兩者共用形成配位鍵。問(wèn)題3:NH3和BF3可以通過(guò)配位鍵形成NH3·BF3,提供孤電子對(duì)、空軌道的分別是哪種原子?你能寫出NH3·BF3的結(jié)構(gòu)式嗎?提示:氮原子提供孤電子對(duì),硼原子提供空軌道;NH3·BF3的結(jié)構(gòu)式可表示為

。問(wèn)題4:試表示[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+的結(jié)構(gòu)(不考慮立體結(jié)構(gòu)),并分析[Cu(H2O)4]2+與[Cu(NH3)4]2+哪個(gè)更穩(wěn)定,原因是什么。提示:,;[Cu(NH3)4]2+更穩(wěn)定,因?yàn)镺的電負(fù)性比N的大,吸引孤電子對(duì)的能力強(qiáng),故NH3提供孤電子對(duì)的能力比H2O強(qiáng)。問(wèn)題5:配合物[Cu(NH3)4]SO4中含有的化學(xué)鍵類型有哪些?中心離子、配體分別是哪種粒子?1mol該配合物含有的配體數(shù)、σ鍵數(shù)分別為多少?提示:[Cu(NH3)4]SO4中含有的化學(xué)鍵有離子鍵、共價(jià)鍵和配位鍵;其中心離子是Cu2+、配體是NH3;1mol該配合物含有的配體數(shù)為4NA,σ鍵數(shù)為20NA。歸納拓展1.配位鍵的形成條件(1)成鍵原子一方能提供孤電子對(duì)。提供孤電子對(duì)的分子有NH3、H2O、HF、CO等;提供孤電子對(duì)的離子有Cl-、OH-、CN-、SCN-等。2.配位鍵的表示方法可用箭頭“→”來(lái)表示孤電子對(duì)的共用情況,其中箭頭由提供孤電子對(duì)的配位體指向提供空軌道的中心離子(或原子)。A→B電子對(duì)給予體B電子對(duì)接受體3.配位鍵與共價(jià)鍵的關(guān)系(1)配位鍵實(shí)質(zhì)上是一種特殊的共價(jià)鍵。(2)配位鍵與普通的共價(jià)鍵只是在形成過(guò)程上有所不同。配位鍵的共用電子對(duì)由成鍵原子單方面提供,普通共價(jià)鍵的共用電子對(duì)則由成鍵原子雙方共同提供,但它們的實(shí)質(zhì)是相同的,4.配合物的組成配合物[Cu(NH3)4]SO4的組成如圖所示:(1)中心原子或離子:能提供空軌道接受孤電子對(duì)的原子或金屬陽(yáng)離子。配合物的中心離子一般是帶正電荷的陽(yáng)離子,最常見的中心原子或離子是過(guò)渡金屬的原子或離子。(2)配體:含有孤電子對(duì)的原子、分子或陰離子。①原子:常為第ⅤA、第ⅥA、第ⅦA族元素的原子。②分子:如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。(3)含有空軌道的粒子:過(guò)渡金屬的原子或離子。(5)配合物離子的電荷數(shù):等于中心原子或離子與配位體總電荷數(shù)的代數(shù)和。如[Co(NH3)5Cl]n+中,中心離子為Co3+,n=2。(6)配合物的穩(wěn)定性。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。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)。5.配合物的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)溶解性改變:如AgCl沉淀可溶于氨水得到[Ag(NH3)2]+。(2)顏色的改變:如Fe3+與SCN-在溶液中可生成紅色的配離子。(3)穩(wěn)定性增強(qiáng):配合物中的配位鍵越強(qiáng),配合物越穩(wěn)定?！侯}組例練』題點(diǎn)一配位鍵的形成與判斷1.下列不能形成配位鍵的組合是(

)A.Ag+、NH3

B.H2O、H+C.Co3+、CO D.Ag+、H+√解析:A、B、C三個(gè)選項(xiàng)中,Ag+、H+、Co3+能提供空軌道,NH3、H2O、CO的中心原子能提供孤電子對(duì),所以能形成配位鍵,而D項(xiàng)中Ag+與H+都只能提供空軌道,無(wú)法提供孤電子對(duì),不能形成配位鍵。2.下列說(shuō)法正確的是(

)A.NH4NO3和Na2O2都既有配位鍵又有離子鍵B.[Ag(NH3)2]OH和KAl(SO4)2·12H2O都屬于配合物C.[Cu(H2O)4]2+中H提供孤電子對(duì),Cu2+提供空軌道D.H+和H2O形成H3O+時(shí),形成的配位鍵可表示為[]+√解析:NH4NO3既有配位鍵又有離子鍵,Na2O2沒有配位鍵,A錯(cuò)誤;[Ag(NH3)2]OH屬于配合物,KAl(SO4)2·12H2O不屬于配合物,B錯(cuò)誤;[Cu(H2O)4]2+中O提供孤電子對(duì),Cu2+提供空軌道,C錯(cuò)誤;H3O+存在配位鍵,O提供孤電子對(duì),H+提供空軌道,D正確。題點(diǎn)二配合物的組成與性質(zhì)3.向CuSO4溶液中滴加氨水至過(guò)量,得到深藍(lán)色透明溶液。下列敘述不正確的是(

)A.反應(yīng)過(guò)程中先生成藍(lán)色沉淀,后沉淀溶解B.溶液呈深藍(lán)色是由于生成了[Cu(NH3)4]2+C.反應(yīng)的離子方程式為Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+D.若繼續(xù)向深藍(lán)色溶液中加入乙醇,將析出深藍(lán)色晶體CuSO4·5H2O√√5.已知氯化鉻的水合物為CrCl3·6H2O,其中鉻離子的配位數(shù)是6,將含0.1mol氯化鉻的水溶液用過(guò)量稀硝酸銀溶液處理時(shí),只得到0.2molAgCl沉淀,則氯化鉻溶于水中的含鉻陽(yáng)離子為(

)A.Cr3+

B.[CrCl2(H2O)4]+C.[CrCl(H2O)5]2+

D.[Cr(H2O)6]3+√解析:配離子中的配體在溶液中很難電離,已知含0.1mol氯化鉻的水溶液用過(guò)量稀硝酸銀溶液處理時(shí),只得到0.2molAgCl沉淀,說(shuō)明該配合物的外界有2個(gè)氯離子,則其內(nèi)界只有一個(gè)氯離子。易錯(cuò)提醒配合物的組成(1)有的配合物沒有外界。如五羰基合鐵Fe(CO)5、四羰基合鎳Ni(CO)4等。(2)有的配合物有多種配體。如[Cu(NH3)2(H2O)2]SO4、[Co(SO4)(NH3)5]Br、[CoBr(NH3)5]SO4等。學(xué)習(xí)任務(wù)2認(rèn)識(shí)超分子『自主梳理』1.超分子概念由兩種或兩種以上的分子通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體。2.兩個(gè)重要特征

和自組裝。分子識(shí)別3.超分子的兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例(1)分離C60和C70:將C60和C70的混合物加入一種空腔大小適配C60的“杯酚”中,再加入甲苯溶劑,溶解未裝入“杯酚”的C70,過(guò)濾后分離C70;再向不溶物中加入氯仿,溶解“杯酚”而將不溶解的C60釋放出來(lái)并沉淀。(2)冠醚識(shí)別堿金屬離子: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。利用此性質(zhì)可以識(shí)別堿金屬離子。如18-冠-6識(shí)別

。K+『互動(dòng)探究』問(wèn)題1:冠醚與K+之間可能通過(guò)何種作用力結(jié)合?提示:(弱)配位鍵(共價(jià)鍵)。問(wèn)題2:冠醚與K+形成的配合物得到的晶體中還有什么粒子?這類晶體屬于何種晶體類型?問(wèn)題3:超分子一定是分子之間相互聚集形成的嗎?超分子一定指的是分子嗎?提示:超分子中的“分子”是廣義的說(shuō)法,包含離子,如冠醚識(shí)別堿金屬離子形成的超分子,就屬于離子范疇。探究超分子的概念和應(yīng)用歸納拓展超分子概念的理解(1)超分子不是相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)限大的分子,有的超分子相對(duì)分子質(zhì)量不是很大;超分子不一定是分子,也可能是離子,這里的分子是廣義的分子,就如同說(shuō),離子是帶電的原子或原子團(tuán)。(2)正確認(rèn)識(shí)形成超分子的分子之間的弱相互作用力,有人認(rèn)為它既不同于一般的化學(xué)鍵,也不同于一般的分子間作用力,將其概括為非共價(jià)鍵的弱相互作用,有人則將其限于分子間作用力?！侯}組例練』1.下列關(guān)于超分子的說(shuō)法不正確的是(

)A.超分子是兩種或兩種以上的分子通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體B.超分子都是無(wú)限伸展的C.冠醚是一種超分子,可以識(shí)別堿金屬離子D.細(xì)胞和細(xì)胞器的雙分子膜具有自組裝特征√解析:超分子有的是有限的,有的是無(wú)限伸展的。2.某超分子的結(jié)構(gòu)如圖所示。下列有關(guān)超分子的描述不正確的是(

)A.圖示中的超分子是兩種不同的分子通過(guò)氫鍵形成的分子聚集體B.超分子的特征是分子識(shí)別和自組裝C.超分子就是高分子D.圖示中的超分子中的氮原子采取sp2、sp3雜化√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,圖示中的超分子是兩種不同的分子通過(guò)氫鍵形成的分子聚集體,超分子不同于高分子,故A正確、C錯(cuò)誤;超分子的特征是分子識(shí)別和自組裝,例如細(xì)胞和細(xì)胞器的雙分子膜具有自組裝性質(zhì),生物體的細(xì)胞即是由各種生物分子自組裝而成,故B正確;圖示中的超分子中的氮原子有雙鍵、有單鍵,則采取sp2、sp3雜化,故D正確?！褐R(shí)整合提升』學(xué)科素養(yǎng)測(cè)評(píng)Cu2+能與NH3、H2O、OH-、Cl-等形成配位數(shù)為4的配合物。(1)向CuSO4溶液中加入過(guò)量NaOH溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。①畫出配離子[Cu(OH)4]2-中的配位鍵:

。

解析:(1)①Cu2+含有空軌道,OH-中氧原子含有孤電子對(duì),可形成配位鍵,配離子[Cu(OH)4]2-中1個(gè)Cu2+與4個(gè)OH-形成配位鍵,可表示為

。②Na2[Cu(OH)4]中除了配位鍵外,還存在的化學(xué)鍵類型有

(填字母),1mol該物質(zhì)中共含有共價(jià)鍵的數(shù)目為

(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。

A.離子鍵B.金屬鍵C.極性共價(jià)鍵D.非極性共價(jià)鍵AC解析:②Na2[Cu(OH)4]為離子化合物,含有離子鍵,并且O—H為極性共價(jià)鍵,故選A、C。配位鍵也屬于共價(jià)鍵,1mol該物質(zhì)中共含有共價(jià)鍵的數(shù)目為8NA。8NA(2)金屬銅與氨水或過(guò)氧化氫都不能反應(yīng),但可與氨水和過(guò)氧化氫的混合溶液發(fā)生反應(yīng):Cu+H2O2+4NH3[Cu(NH3)4]2++2OH-。其原因是