第四節(jié)　配合物與超分子基礎(chǔ)課時(shí)15　配合物與超分子學(xué) 習(xí) 任 務(wù)1．能從微觀角度理解配位鍵的形成條件和表示方法；能判斷常見(jiàn)的配合物。2．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。3．了解超分子概念及其特性。一、配合物1．配位鍵(1)概念：成鍵原子一方提供孤電子對(duì)，另一方提供空軌道形成的共價(jià)鍵。微點(diǎn)撥：配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵。配位鍵中的共用電子對(duì)是由成鍵單方提供的，而其他的共價(jià)鍵的共用電子對(duì)是由成鍵雙方提供的。(2)配位鍵的形成條件①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。②成鍵原子另一方能提供空軌道。如H＋、Al3＋、B及過(guò)渡金屬的原子或離子。(3)配位鍵同樣具有飽和性和方向性。一般來(lái)說(shuō)，多數(shù)過(guò)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；Cu2＋形成4個(gè)配位鍵等。2．配位化合物 (1)配合物的概念：把金屬離子或原子(稱(chēng)為中心離子或原子)與某些分子或離子(稱(chēng)為配體或配位體)以配位鍵結(jié)合形成的化合物稱(chēng)為配位化合物，簡(jiǎn)稱(chēng)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)藍(lán)色沉淀，氨水過(guò)量后沉淀逐漸溶解，滴加乙醇后析出深藍(lán)色晶體[Cu(NH3)4]SO4·H2OCu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH、Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－溶液變血紅色Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3白色的AgCl沉淀消失，得到澄清的無(wú)色溶液AgCl＋2NH3===[Ag(NH3) 2]Cl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分子中氮原子的孤電子對(duì)進(jìn)入Cu2＋的空軌道，Cu2＋與NH3分子中的氮原子通過(guò)共用氮原子提供的孤電子對(duì)形成配位鍵。配離子[Cu(NH3)4]2＋可表示為。(3)配合物的組成配合物[Cu(NH3)4]SO4其組成如下圖所示：①中心原子是提供空軌道接受孤電子對(duì)的原子。中心原子一般都是帶正電荷的陽(yáng)離子(此時(shí)又叫中心離子)，過(guò)渡金屬離子最常見(jiàn)的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。②配體是提供孤電子對(duì)的陰離子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配體中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必須是含有孤電子對(duì)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配位鍵的數(shù)目。如[Fe(CN)6]4－中配位數(shù)為6。　(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)形成配位鍵的條件是一方有空軌道，另一方有孤電子對(duì)。 (√)(2)配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵。 (√)(3)配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰離子。 (√)(4)普魯士藍(lán){Fe4[Fe(CN)6]3}中含有離子鍵和配位鍵。 (√)二、超分子1．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。微點(diǎn)撥：超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。2．超分子的實(shí)例(1)分離C60和C70(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。(3)超分子兩個(gè)的重要特征——分子識(shí)別、自組裝。　下列有關(guān)超分子的說(shuō)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(guò)聚合得到的高分子C．超分子是由高分子通過(guò)非化學(xué)鍵作用形成的分子聚集體D．超分子是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D　[超分子不同于蛋白質(zhì)、淀粉等大分子，也不同于高分子，超分子是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，故選D。]認(rèn)識(shí)配位鍵及配位化合物水是生命之源，與我們的生活密切相關(guān)。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究中，水也是一種常用的試劑。水分子在配位化學(xué)中也有著非常重要的地位。[問(wèn)題1]　水分子在特定條件下容易得到一個(gè)H＋，形成水合氫離子(H3O＋)。下列對(duì)上述過(guò)程的描述不合理的有哪些？①氧原子的雜化類(lèi)型發(fā)生了改變②粒子的形狀發(fā)生了改變③粒子的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變④粒子中的鍵角發(fā)生了改變提示：水中氧原子以sp3雜化形成4個(gè)軌道，其中2個(gè)軌道是由孤電子對(duì)占據(jù)的，依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型，孤電子對(duì)也參與互相排斥，水的空間構(gòu)型為V形。在一定條件下水與氫離子結(jié)合形成配位鍵，這樣氧原子與3個(gè)氫原子間的共用電子對(duì)和剩下的一對(duì)孤電子對(duì)相互排斥形成了三角錐形分子；同時(shí)其鍵角也發(fā)生改變，形成的粒子兼有水和氫離子的性質(zhì)。故只有①不正確。[問(wèn)題2]　將白色的無(wú)水CuSO4溶解于水中，溶液呈藍(lán)色，是因?yàn)樯闪艘环N呈藍(lán)色的配位數(shù)是4的配離子。請(qǐng)寫(xiě)出生成此配離子的離子方程式。提示：Cu2＋＋4H2O===[Cu(H2O)4]2＋1．配位鍵與共價(jià)鍵的關(guān)系(1)形成過(guò)程不同：配位鍵實(shí)質(zhì)上是一種特殊的共價(jià)鍵，在配位鍵中一方提供孤電子對(duì)，另一方提供具有能夠接受孤電子對(duì)的空軌道。普通共價(jià)鍵的共用電子對(duì)是由成鍵原子雙方共同提供的。(2)配位鍵與普通共價(jià)鍵的實(shí)質(zhì)相同。它們都被成鍵原子雙方共用，如在NH中有三個(gè)普通共價(jià)鍵、一個(gè)配位鍵，但四者是完全相同的。(3)同普通共價(jià)鍵一樣，配位鍵可以存在于分子中[如Ni(CO)4]，也可以存在于離子中(如NH)。2．配合物的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)溶解性的影響：一些難溶于水的金屬氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶于含過(guò)量Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。 (2)顏色的改變：當(dāng)簡(jiǎn)單離子形成配離子時(shí)，顏色常發(fā)生變化，根據(jù)顏色的變化可以判斷是否有配離子生成。如Fe3＋與SCN－在溶液中可生成配位數(shù)為1～6的配離子，這種配離子的顏色是血紅色的，反應(yīng)的離子方程式如下： Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n]3－n(n＝1～6)。(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)，配合物越穩(wěn)定。當(dāng)作為中心原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)。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，使血紅蛋白失去輸送O2的功能，從而導(dǎo)致人體CO中毒。3．配合物內(nèi)界中共價(jià)鍵數(shù)目的判斷若配體為單核離子如Cl－等，可以不予計(jì)入，若為分子，需要用配體分子內(nèi)的共價(jià)鍵數(shù)乘以該配體的個(gè)數(shù)，此外，還要加上中心原子與配體形成的配位鍵，這也是σ鍵。例如：配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共價(jià)鍵數(shù)為3×4＋4＋2＝18。1．(雙選)某物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)式為PtCl4·2NH3，其水溶液不導(dǎo)電，加入AgNO3溶液反應(yīng)也不產(chǎn)生沉淀，以強(qiáng)堿處理并沒(méi)有NH3放出，則關(guān)于此化合物的說(shuō)法中正確的是(　　)A．配合物中中心原子的電荷數(shù)和配位數(shù)均為6B．該配合物可能是八面體形結(jié)構(gòu)C．Cl－和NH3分子均與Pt4＋配位D．配合物中Cl－與Pt4＋配位，而NH3分子不配位BC　[在PtCl4·2NH3水溶液中加入AgNO3溶液無(wú)沉淀生成，以強(qiáng)堿處理無(wú)NH3放出，說(shuō)明Cl－、NH3均處于內(nèi)界，故該配合物中中心原子的配位數(shù)為6，電荷數(shù)為4，Cl－和NH3分子均與Pt4＋配位，A、D錯(cuò)誤，C正確；因?yàn)榕潴w在中心原子周?chē)湮粫r(shí)采取對(duì)稱(chēng)分布狀態(tài)以達(dá)到能量上的穩(wěn)定狀態(tài)，Pt4＋配位數(shù)為6，則其空間構(gòu)型為八面體形，B正確。]2．配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵，即由單方面提供孤電子對(duì)的某原子和另一種接受孤電子對(duì)的空軌道的粒子結(jié)合。如NH就是由NH3(氮原子提供孤電子對(duì))和H＋(提供空軌道)通過(guò)配位鍵形成的。據(jù)此，回答下列問(wèn)題：(1)下列粒子中可能存在配位鍵的是__________。A．CO2　　B．H3O＋　　C．CH4　　D．H2SO4(2)科學(xué)家對(duì)H2O2結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了較為漫長(zhǎng)的過(guò)程，最初，科學(xué)家提出了兩種觀點(diǎn)：甲：、乙：H—O—O—H，式中O→O表示配位鍵，在化學(xué)反應(yīng)中O→O遇到還原劑時(shí)易斷裂。化學(xué)家Baeyer和Villiyer為研究H2O2的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并完成了下列實(shí)驗(yàn)：a．將C2H5OH與濃硫酸反應(yīng)生成(C2H5)2SO4和水；b．將制得的(C2H5)2SO4與H2O2反應(yīng)，只生成A和H2SO4；c．將生成的A與H2反應(yīng)(已知該反應(yīng)中H2作還原劑)。如果H2O2的結(jié)構(gòu)如甲所示，實(shí)驗(yàn)c中化學(xué)反應(yīng)方程式為(A寫(xiě)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式)  ______________________________________。[解析]　解題時(shí)要注意配位鍵形成條件中的一方提供孤電子對(duì)，另一方提供空軌道。(1)由題中信息可得出結(jié)論：凡能給出H＋的物質(zhì)中一般含有配位鍵。(2)由題中所含配位鍵的物質(zhì)的反應(yīng)特點(diǎn)分析。[答案]　(1)B、D(2) 配合物的組成(1)配合物中必含有中心離子(原子)和一定數(shù)目的配位體。中心離子(原子)一般是金屬離子(或原子)，大部分是過(guò)渡金屬元素的離子(或原子)。(2)配位體是含有孤電子對(duì)的分子或離子，當(dāng)配位體與中心離子(原子)形成配離子或配合物時(shí)，配位原子提供孤電子對(duì)與有空軌道的中心離子(原子)形成配位鍵。(3)配位原子主要是元素周期表中第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子。1．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A．形成配位鍵的條件是一方有空軌道，一方有孤電子對(duì)B．配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵C．配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰離子D．共價(jià)鍵的形成條件是成鍵原子必須有未成對(duì)電子D　[配位鍵是特殊的共價(jià)鍵，共用電子對(duì)是由一方成鍵原子提供，而另一方的原子或離子只提供接受電子對(duì)的空軌道，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；配位鍵實(shí)質(zhì)上是一種特殊的共價(jià)鍵，B項(xiàng)正確；配合物中提供孤電子對(duì)的配體可以是分子(如CO)或陰離子(如CN－)，C項(xiàng)正確。]2．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＋D　[配位鍵的形成條件必須是一方能提供孤電子對(duì)，另一方能提供空軌道，A、B、C三項(xiàng)中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空軌道，NH3、H2O、CO能提供孤電子對(duì)，所以能形成配位鍵，而D項(xiàng)Ag＋與H＋都只能提供空軌道，而無(wú)法提供孤電子對(duì)，所以不能形成配位鍵。]3．下列不屬于配合物的是(　　)A．[Cu(NH3)4]SO4·H2OB．[Ag(NH3)2]OHC．KAl(SO4)2·12H2OD．[Zn(NH3)4]SO4·H2OC　[根據(jù)配合物的定義及其組成可知配合物一定含有配位鍵，KAl(SO4)2·12H2O中不存在配位鍵，不屬于配合物，屬于復(fù)鹽，故選C。]4．下列有關(guān)超分子的說(shuō)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(shí)別的特性 　D．分子以共價(jià)鍵聚合形成超分子D　[分子以非共價(jià)鍵或僅以分子間作用力形成超分子。]5．化合物NH3與BF3可以通過(guò)配位鍵形成NH3·BF3。(1)配位鍵的形成條件是__________________。(2)在NH3·BF3中，__________(填元素符號(hào)，后同)原子提供孤電子對(duì)，__________原子接受孤電子對(duì)。(3)寫(xiě)出NH3·BF3的結(jié)構(gòu)式并用“→”標(biāo)出配位鍵__________________________。[答案]　(1)一方能夠提供孤電子對(duì)，另一方具有能夠接受孤電子對(duì)的空軌道　(2)N　B　(3)  

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第四節(jié) 配合物與超分子

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