課時(shí)精講19-配合物與超分子(學(xué)生版)

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第四節(jié)配合物與超分子課時(shí)精講19配合物與超分子【目標(biāo)導(dǎo)航】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)識配位鍵的特征，并能與共價(jià)鍵進(jìn)行簡單比較。2．在配位鍵的基礎(chǔ)上，認(rèn)識配合物的存在、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、超分子的簡單應(yīng)用?！局R導(dǎo)圖】一、配位鍵1．概念：成鍵原子一方提供____________，另一方提供__________形成的共價(jià)鍵。2．配位鍵的形成條件①成鍵原子一方能提供____________。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；離子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。②成鍵原子另一方能提供__________。如H＋、Al3＋、B及過渡金屬的原子或離子。(3)配位鍵同樣具有______性和______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______個(gè)配位鍵；Cu2＋形成______個(gè)配位鍵等。二、配位化合物1．配合物的概念：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__________結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH、NH4Cl等均為配合物。2．配合物的形成實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有關(guān)離子方程式滴加氨水后，試管中首先出現(xiàn)___________，氨水過量后沉淀逐漸______，滴加乙醇后析出______色晶體[Cu(NH3)4]SO4·H2O______________________________、______________________________溶液變______色______________________________白色的AgCl沉淀消失，得到澄清的無色溶液______________________________上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要是配離子的形成。以配離子[Cu(NH3)4]2＋為例，NH3分子中氮原子的____________進(jìn)入Cu2＋的__________，Cu2＋與NH3分子中的氮原子通過________________________形成配位鍵。配離子[Cu(NH3)4]2＋可表示為__________________。三、配合物的組成配合物[Cu(NH3)4]SO4其組成如下圖所示：1．中心原子是________________________的原子。中心原子一般都是帶正電荷的陽離子(此時(shí)又叫中心離子)，過渡金屬離子最常見的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。2．配體是提供____________的陰離子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配體中直接__________________的原子叫做配位原子。配位原子必須是含有孤電子對的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。3．配位數(shù)是直接與中心原子形成的____________的數(shù)目。如[Fe(CN)6]4－中配位數(shù)為______。四、配合物的形成對性質(zhì)的影響1．對溶解性的影響一些難溶于水的金屬氫氧化物、氯化物、溴化物、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。如Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－。2．顏色的改變當(dāng)簡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。如Fe3＋與SCN－形成硫氰化鐵配離子，其溶液顯紅色。3．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______。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O2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O2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。五、超分子1．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____________稱為超分子。超分子定義中的分子是廣義的，包括______。2．特性：(1)分子間相互作用：通過____________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。(2)分子聚集體大?。悍肿泳奂w有的是有限的，有的是____________的。3．特征：分子識別和___________。六、應(yīng)用實(shí)例—分子識別1．分離C60和C702．冠醚識別堿金屬離子。不同大小的冠醚可以識別不同大小的堿金屬離子。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【小試牛刀】判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。1．配位化合物中必定存在配位鍵()2．配位化合物中只有配位鍵()3．配合物[Cu(NH3)4]SO4·H2O的配體為NH3和SO42-()4．配合物[Ag(NH3)2]OH的配位數(shù)為6()5．[Cu(H2O)4]2+中的Cu2+提供空軌道，H2O中的O原子提供孤電子對，兩者結(jié)合形成配位鍵()6．向配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的溶液中加入足量的AgNO3溶液，所有的Cl-均被沉淀()7．向含0.1mol的水溶液中加入足量溶液只生成0.1molAgCl()8．超分子就是高分子()9．超分子都是無限伸展的()10．形成超分子的微粒都是分子()11．利用超分子的分子識別特征可以分離C60和C70()12．超分子具有分子識別與自組裝的特征()13．超分子是由兩種或兩種以上的分子通過化學(xué)鍵作用形成的分子聚集體()14．超分子內(nèi)部的分子間一般通過非共價(jià)鍵或分子間作用力結(jié)合成聚集體()15．過渡金屬配合物遠(yuǎn)比主族金屬配合物多()16．冠醚和金屬離子的聚集體可以看成是一類超分子()考點(diǎn)一配合物【例1】若X、Y兩種粒子之間可形成配位鍵，則下列說法正確的是()A．X、Y只能是離子B．若X提供空軌道，則配位鍵表示為X→YC．X、Y分別為Ag+、NH3時(shí)，Ag+作配體D．若X提供空軌道，則Y至少要提供一個(gè)孤電子對【答案】D【解析】形成配位鍵的可以是離子，也可以是分子或原子，故A錯(cuò)誤；若X提供空軌道，則應(yīng)該是提供孤電子對的粒子指向提供空軌道的粒子，因此配位鍵表示為Y→X，故B錯(cuò)誤；X、Y分別為Ag+、NH3時(shí)，NH3中N原子含有孤電子對，NH3作配體，故C錯(cuò)誤；若X提供空軌道，則Y至少要提供一個(gè)孤電子對，故D正確?！纠?】關(guān)于配合物［Cu(H2O)4］SO4，下列說法錯(cuò)誤的是()A．此配合物，中心離子的配位數(shù)為4B．H2O為配體，配位原子是氧原子C．此配合物中，Cu2+提供孤對電子D．向此配合物溶液中加入BaCl2溶液，出現(xiàn)白色沉淀【答案】C【解析】A項(xiàng)，配合物［Cu(H2O)4］SO4，配位體是H2O，配位數(shù)是4，故A正確；B項(xiàng)，配合物［Cu(H2O)4］SO4中H2O為配體，配位原子是氧原子，故B正確；C項(xiàng)，此配合物中，Cu2+為中心原子，提供空軌道，配位原子氧原子提供孤對電子，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，硫酸根離子在外界，向此配合物溶液中加入BaCl2溶液，出現(xiàn)白色沉淀硫酸鋇，故D正確；故選C?！窘忸}技法】【對點(diǎn)訓(xùn)練1】1．配位化合物的數(shù)量巨大，組成和結(jié)構(gòu)形形色色，豐富多彩。配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心離子、配體和配位數(shù)分別為 ()A．Cu2+、NH3、4B．Cu+、NH3、4C．Cu2+、OH-、2D．Cu2+、NH3、22．配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]可用于離子檢驗(yàn)，下列說法不正確的是()A．此配合物中存在離子鍵、配位鍵、極性鍵、非極性鍵B．配離子為[Fe(CN)5(NO)]2-，中心離子為Fe3+，配位數(shù)為6，配位原子有C和NC．1mol配合物中σ鍵數(shù)目為12NAD．該配合物為離子化合物，易電離，1mol配合物電離共得到3NA陰陽離子考點(diǎn)二配合物的性質(zhì)【例3】已知CuCl2溶液中存在：[Cu(H2O)4]2+(藍(lán)色)+4Cl-[CuCl4]2-(黃綠色)+4H2O。下列說法錯(cuò)誤的是()A．[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-中Cu2+的配位數(shù)均為4B．加一定量水時(shí)，溶液會(huì)變成藍(lán)色C．加一定量氯化鈉溶液，溶液一定變?yōu)辄S綠色D．向含有兩種配離子的CuCl2溶液中滴加少量NaOH溶液，會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色沉淀【答案】C【解析】從配離子[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-的組成可以看出，中心離子Cu2+分別與4個(gè)H2O、4個(gè)Cl-形成配位鍵，所以Cu2+的配位數(shù)均為4，A正確；加一定量水時(shí)，溶液濃度減小，平衡逆向移動(dòng)，所以溶液會(huì)變成藍(lán)色，B正確；氯化鈉溶液中含有Cl-和水，若原溶液中加入NaCl固體，平衡正向移動(dòng)，若加入水，平衡逆向移動(dòng)，由于氯化鈉溶液的濃度未知，所以無法確定平衡如何移動(dòng)，也就不能確定平衡后溶液的顏色，C不正確；向含有兩種配離子的CuCl2溶液中滴加少量NaOH溶液，Cu2+會(huì)與OH-反應(yīng)生成Cu(OH)2藍(lán)色沉淀，并不斷促進(jìn)兩種配離子發(fā)生電離，D正確。【例4】1molCo(Ⅲ)的八面體配合物CoClm·nNH3與AgNO3溶液反應(yīng)生成1molAgCl沉淀，則m、n的值是()A．m=1，n=5B．m=3，n=4C．m=5，n=1D．m=4，n=5【答案】B【解析】Co(Ⅲ)的八面體配合物CoClm·nNH3呈電中性，因?yàn)镹H3為分子，所以m的值為3，而1mol該配合物與AgNO3溶液作用生成1molAgCl沉淀，則其內(nèi)界中含2個(gè)氯離子，又因?yàn)樵撆浜衔餅榘嗣骟w，所以中心原子的配位數(shù)為6，n的值為4，即該配合物的化學(xué)式是[Co(NH3)4Cl2]Cl，故選B?！窘忸}技法】形成配合物后，物質(zhì)的性質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的變化，主要有三個(gè)方面的變化：(1)一些難溶于水的金屬化合物形成配合物后，易溶解；(2)一些簡單離子形成配合物時(shí)顏色會(huì)發(fā)生改變，利用此性質(zhì)可檢驗(yàn)離子的存在；(3)形成配合物后，物質(zhì)的穩(wěn)定性增強(qiáng)?！緦c(diǎn)訓(xùn)練4】3．將灼熱的銅絲伸入盛氯氣的集氣瓶中，劇烈燃燒產(chǎn)生棕黃色煙，向集氣瓶中加入少量水，觀察到溶液呈黃綠色，主要原因是CuCl2溶液中存在黃綠色的[CuCl4]2－。現(xiàn)向藍(lán)色的硫酸銅溶液中，加入少量稀氨水，得到藍(lán)色絮狀沉淀，繼續(xù)加入氨水后，藍(lán)色沉淀溶解，得到深藍(lán)色溶液，再向其中加入少量濃鹽酸，得到綠色溶液，則該綠色溶液中主要存在的離子是()A．Cu2＋、[Cu(H2O)4]2＋、SOeq\o\al(2－,4)B．[CuCl4]2－、[Cu(H2O)4]2＋、NHeq\o\al(＋,4)、SOeq\o\al(2－,4)C．[CuCl]eq\o\al(2－,4)、NHeq\o\al(＋,4)、SOeq\o\al(2－,4)D．[Cu(NH3)4]2＋、[Cu(H2O)4]2＋、SOeq\o\al(2－,4)4．下列配合物的水溶液中加入硝酸銀不能生成沉淀的是()A．[Co(NH3)4Cl2]ClB．[Co(NH3)6]Cl3C．[Cu(NH3)4]Cl2D．[Co(NH3)3Cl3]考點(diǎn)三超分子【例5】利用分子間作用力形成超分子進(jìn)行“分子識別”，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C60和C70進(jìn)行分離的過程，下列對該過程的說法錯(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】A項(xiàng)，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項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)，由題圖可知，C60能夠與“杯酚”通過分子間作用力形成超分子，故B正確；C項(xiàng)，由題圖可知，C70不能夠與“杯酚”通過分子間作用力形成超分子，故Ｃ正確；D項(xiàng)，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項(xiàng)正確；故選A?！纠?】冠醚能與陽離子，尤其是與堿金屬離子作用，并且隨環(huán)的大小不同而與不同的金屬離子作用。12-冠-4與鋰離子作用而不與鈉離子、鉀離子作用；18-冠-6與鉀離子作用(如圖)，還可與重氮鹽作用，但不與鋰離子或鈉離子作用。下列說法錯(cuò)誤的是()A．18-冠-6中C和O的雜化軌道類型相同B．18-冠-6與鉀離子作用，不與鋰離子或鈉離子作用，這反映了超分子的“分子識別”的特征C．18-冠-6與鉀離子作用反映了超分子的自組裝的特征D．冠醚與堿金屬離子作用的原理與其可作相轉(zhuǎn)移催化劑的原理有關(guān)【答案】C【解析】18-冠-6中C和O都是sp3雜化，A項(xiàng)正確；18-冠-6與鉀離子作用，不與鋰離子或鈉離子作用，反映了超分子的“分子識別”的特征，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于冠醚是皇冠狀分子，可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子，把無機(jī)物帶入有機(jī)物中，它可以作為相轉(zhuǎn)移催化劑也是基于這個(gè)原理，D項(xiàng)正確?！窘忸}技法】1．超分子：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。2．超分子的實(shí)例分離C60和C70冠醚識別堿金屬離子，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超分子兩個(gè)的重要特征——分子識別、自組裝?！緦c(diǎn)訓(xùn)練3】5．下列有關(guān)超分子的說法正確的是()A．超分子是如蛋白質(zhì)一樣的大分子B．超分子是由小分子通過聚合得到的高分子C．超分子是由高分子通過非化學(xué)鍵作用形成的分子聚集體D．超分子是由兩個(gè)或兩個(gè)以上分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體6．利用超分子可分離C60和C70.將C60、C70混合物加入一種空腔大小適配C60的“杯酚”中進(jìn)行分離的流程如圖。下列說法錯(cuò)誤的是()A．第一電離能：C<O B．杯酚分子中存在大π鍵C．杯酚與C60形成氫鍵 D．C60與金剛石晶體類型不同1．下列說法中，不正確的是()A．配位鍵也是一種靜電作用B．配位鍵實(shí)質(zhì)上也是一種共價(jià)鍵C．形成配位鍵的電子對由成鍵雙方原子提供D．配位鍵具有飽和性和方向性2．下列有關(guān)超分子的說法錯(cuò)誤的是()A．超分子是由兩種或多種分子形成的聚集體B．分子形成超分子的作用可能是分子間作用力C．超分子具有分子識別的特性D．分子以共價(jià)鍵聚合形成超分子3．下列有關(guān)超分子的說法正確的是()A．超分子即大分子或高分子化合物 B．超分子的重要特征是分子識別C．超分子一定是電中性的 D．超分子中僅存在共價(jià)鍵4．下列不能形成配位鍵的組合是()A．Ag＋、NH3B．H2O、H＋C．Co3＋、COD．Ag＋、H＋5．下列過程與配合物的形成無關(guān)的是()A．除去Fe粉中的SiO2可用強(qiáng)堿溶液B．向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失C．向FeCl3溶液中加入KSCN溶液D．向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失6．配位化合物廣泛應(yīng)用于物質(zhì)分離、定量測定、醫(yī)藥、催化等方面。利用氧化法可制備某些配位化合物，如2CoCl2+2NH4Cl+8NH3+H2O2=2[Co(NH3)5Cl]Cl2+2H2O。下列說法正確的是()A．該配位化合物