1.知道配位鍵的特點,認(rèn)識簡單的配位化合物的成鍵特征,了解配位化合物的存在與應(yīng)用,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。2.了解從原子、分子、超分子等不同尺度認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)的意義。通過不同聚集狀態(tài)物質(zhì)的重要應(yīng)用,認(rèn)識化學(xué)技術(shù)和社會之間的相互關(guān)系,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。
【知識鋪墊】1.無水CuSO4是白色的,CuSO4·5H2O晶體是藍(lán)色的,CuSO4溶液是藍(lán)色的。2.FeCl3溶液是棕黃色的,向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液,溶液變?yōu)榧t色。
【自主梳理】 一、配合物1.配位鍵與配合物(1)部分固體物質(zhì)及其溶液的顏色
(2)配位鍵由一個原子單方面提供孤電子對而另一個原子接受孤電子對形成的共價鍵,即 “電子對給予—接受”鍵被稱為配位鍵。[Cu(H2O)4]2+可表示為:
(3)配合物金屬離子(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,簡稱配合物。　 　
NH4Cl不屬于配位化合物
2.配合物的形成實驗
【微思考】(1)共價鍵有飽和性,但NH3為什么仍能與H+結(jié)合生成 呢?提示 NH3有孤電子對,H+有空軌道,NH3中的孤電子對進(jìn)入H+的空軌道,兩者共用形成配位鍵。(2)形成配位鍵時提供孤電子對的粒子通常有哪些?提示 提供孤電子對的粒子通常是含第ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素形成的分子或離子,如NH3、CO、H2O、F-、Cl-、OH-、CN-、SCN-等。(3)配位鍵中提供空軌道的粒子通常有哪些?提示 配位鍵可提供空軌道的粒子有H+、B、Al;過渡金屬的離子或原子,如Cu2+、Fe2+、Ag+、Zn2+等。
3.配合物的用途配合物廣泛存在于自然界中,跟人類生活有密切關(guān)系。例如,在人和動物體內(nèi)起輸送氧氣作用的血紅素,是 Fe2+ 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。
二、超分子1.定義超分子是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.重要特征　 　超分子是廣義的,包括離子分子識別和自組裝。3.超分子實例(1)“杯酚”分離C60和C70。(2)冠醚識別堿金屬離子(如K+)。
【自我檢測】1.判斷下列說法的正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)形成配位鍵的條件是一方有空軌道,另一方有孤電子對(　　)(2)配位鍵是一種特殊的共價鍵(　　)(3)配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰離子(　　)(4)共價鍵的形成條件是成鍵原子必須有未成對電子(　　)(5)超分子是相對分子質(zhì)量很大的有機(jī)化合物(　　)
2.下列敘述中錯誤的是(　　)A.超分子內(nèi)部分子之間通過共價鍵相結(jié)合B.非晶體基本構(gòu)成微粒的排列是無周期性重復(fù)排列C.液晶具有各向異性D.超分子具有分子識別和自組裝兩個重要特征答案 A解析 超分子內(nèi)部分子之間通過非共價鍵或分子間作用力等相結(jié)合;超分子具有分子識別和自組裝兩個重要特征。所以A不正確。
3.(1)下列不屬于配合物的是　　　　。?A.[Cu(NH3)4]SO4·H2O　 B.[Ag(NH3)2]OHC.KAl(SO4)2·12H2O D.Na[Al(OH)4](2)在含配位鍵的[Fe(SCN)]2+中,提供空軌道接受孤電子對的微粒是　　　;畫出配合物離子[Cu(NH3)4]2+中的配位鍵　　　　　。?
【問題探究】(1)已知CuSO4溶液中呈藍(lán)色的物質(zhì)是一種配離子,該配離子的化學(xué)式是什么?該配離子是怎樣形成的?該配離子的中心離子、配體是什么?該配離子的配位數(shù)是多少?提示 藍(lán)色的配離子是[Cu(H2O)4]2+。Cu2+提供空軌道,H2O中的O原子提供孤電子對,形成配位鍵:Cu2++4H2O→ 。中心離子是Cu2+,配體是H2O,配位數(shù)為4。
(2)已知CuSO4溶液中加入氨水后顯示深藍(lán)色是因為形成了一種配離子,該配離子的化學(xué)式是什么?該配離子是怎樣形成的?該配離子中的中心離子、配體是什么?該配離子的配位數(shù)是多少?提示 深藍(lán)色的配離子是[Cu(NH3)4]2+。Cu2+提供空軌道,NH3中的N原子提供孤電子對,形成配位鍵:Cu2++4NH3→ 。中心離子是Cu2+,配體是NH3,配位數(shù)為4。
(3)已知向AgCl飽和溶液中加入氨水,沉淀溶解后可生成一種配合物,該配合物的化學(xué)式是什么?相應(yīng)的配離子中的中心離子、配體是什么?配離子中的配位數(shù)是多少?提示 形成的配合物是[Ag(NH3)2]Cl。配合物中中心離子是Ag+,配體是NH3,配位數(shù)為2。(4)[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+哪一個離子更穩(wěn)定?原因是什么?提示 [Cu(NH3)4]2+更穩(wěn)定。配位原子電負(fù)性越小,越易給出孤電子對,形成的配合物越穩(wěn)定。
【深化拓展】1.配位鍵與非極性鍵、極性鍵的區(qū)別與聯(lián)系
2.配合物的組成金屬離子或原子與某些分子或離子(稱為配體)以配位鍵結(jié)合而形成的化合物稱為配位化合物。配位化合物的組成如圖:一般中心原子(或中心離子)的配位數(shù)是2、4、6。3.形成配合物的條件(1)配體有孤電子對。(2)中心原子(或離子)有空軌道。
4.配合物的形成對性質(zhì)的影響(1)對溶解性的影響如:AgCl→[Ag(NH3)2]Cl,由不溶于水的沉淀,轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡谒奈镔|(zhì)。(2)顏色的改變當(dāng)簡單離子形成配離子時其性質(zhì)往往有很大變化。顏色變化就是一種常見的現(xiàn)象,我們根據(jù)顏色的變化就可以判斷是否有配離子生成。如Fe3+與SCN-在溶液中可生成配位數(shù)為1~6的配離子,這些配離子的顏色是紅色的。
(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)中心離子相同時,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,導(dǎo)致血紅素失去輸送氧氣的功能,這就是CO使人體中毒的原理。
【素能應(yīng)用】典例1下列微粒中含配位鍵的是(　　)① ?、贑H4　③OH-?、? ?、軫e(CO)3?、轋e(SCN)3?、逪3O+　⑧[Ag(NH3)2]OHA.①④⑤⑥⑦⑧B.①②④⑦⑧C.①③④⑤⑥⑦D.全部
答案 A解析 ① 中有一個H+與一個N原子間形成配位鍵;②CH4中4個H原子與C原子間形成共價單鍵,不存在配位鍵;③OH-中O原子與H原子間形成共價鍵,不存在配位鍵;④ 中有1個H+與N原子間形成配位鍵;⑤Fe(CO)5中配體CO與中心原子Fe之間形成配位鍵;⑥Fe(SCN)3中配體SCN-與Fe3+間形成配位鍵;⑦H3O+中有1個H+與O原子間形成配位鍵;⑧[Ag(NH3)2]OH中配體NH3與Ag+間形成配位鍵。綜合以上分析,①④⑤⑥⑦⑧中都存在配位鍵。
【微點撥】解答有關(guān)配位鍵的理解和判斷問題的思維流程:
變式設(shè)問 (1)寫出 的結(jié)構(gòu)式。
(2)[Ag(NH3)2]OH是強(qiáng)堿還是弱堿?提示 強(qiáng)堿
變式訓(xùn)練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只能是分子B.X、Y只能是離子C.若X提供空軌道,則Y至少要提供一對孤電子對D.若X提供空軌道,則配位鍵表示為X→Y答案 C解析 形成配位鍵的兩種微?？梢跃欠肿踊蛘呔请x子,也可以一種是分子、一種是離子,但必須是一種微粒提供空軌道、另一種微粒提供孤電子對,A、B項錯誤,C項正確;配位鍵中箭頭應(yīng)該指向提供空軌道的X,D項錯誤。
典例2向盛有硫酸銅水溶液的試管里滴加氨水,首先形成難溶物,繼續(xù)滴加氨水,難溶物溶解得到深藍(lán)色的透明溶液,下列對此現(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+的物質(zhì)的量不變B.沉淀溶解后,生成深藍(lán)色的配離子[Cu(NH3)4]2+C.向反應(yīng)后的溶液中加入乙醇,溶液將不會發(fā)生變化,因為[Cu(NH3)4]2+不會與乙醇發(fā)生反應(yīng)D.在[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+給出孤電子對,NH3提供空軌道
答案 B解析 向CuSO4溶液中加入過量氨水發(fā)生的反應(yīng)是CuSO4+2NH3·H2O === Cu(OH)2↓+(NH4)2SO4,Cu(OH)2+2NH3·H2O+(NH4)2SO4 ===[Cu(NH3)4]SO4+4H2O,故A項不正確,B項正確;由于[Cu(NH3)4]SO4在乙醇中的溶解度遠(yuǎn)小于在水中的溶解度,故加入乙醇會產(chǎn)生沉淀,C項不正確;在生成[Cu(NH3)4]2+過程中,Cu2+提供空軌道,NH3給出孤電子對,D項不正確。
規(guī)律總結(jié) 準(zhǔn)確判斷配位鍵的方法:(1)掌握好配位鍵的形成條件:①一種原子或離子有空軌道,常見的可提供空軌道的是過渡元素的離子或原子,如Cu2+、Ag+、Fe、Ni等;②另一種原子或離子有孤電子對,常見的含孤電子對的配體有:分子如CO、NH3、H2O等,離子如Cl-、CN-、 等。(2)正確分析原子的最外層電子排布和成鍵情況。
變式訓(xùn)練2某配合物的化學(xué)式為[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,下列說法中正確的是(　　)A.配體是Cl-和H2O,配位數(shù)是8B.中心離子是Ti4+,配離子是[TiCl(H2O)5]2+C.內(nèi)界和外界中的Cl-的數(shù)目比是1∶2D.將1 ml該配合物加入足量AgNO3溶液中,可以得到3 ml AgCl沉淀
答案 C解析 對于配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,中心離子是Ti3+,內(nèi)界配體有一個Cl-和5個H2O分子,配位數(shù)是6,外界有兩個Cl-,A、B錯誤,C正確;加入足量AgNO3溶液,只有外界的兩個Cl-與Ag+反應(yīng)生成AgCl沉淀,內(nèi)界的一個Cl-不與Ag+反應(yīng),故1 ml該配合物只能生成2 ml AgCl沉淀,D錯誤。
【微點撥】(1)解答有關(guān)配合物的組成和性質(zhì)的思維流程:(2)配合物中外界中的離子能電離出來,而內(nèi)界中的離子不能電離出來。
變式設(shè)問 (1)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O在溶液中能電離出什么離子?提示 [TiCl(H2O)5]2+和Cl-(2)1 ml [TiCl(H2O)5]Cl2·H2O與足量AgNO3溶液反應(yīng),產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量是多少?提示 2 ml
1.下列關(guān)于配位化合物的敘述不正確的是(　　)A.配位化合物中必定存在配位鍵B.配位化合物中只有配位鍵C.[Fe(SCN)6]3-中的Fe3+提供空軌道,SCN-中的硫原子提供孤電子對形成配位鍵D.許多過渡元素的離子(如Cu2+、Ag+等)和某些主族元素的離子或分子(如Cl-、NH3等)能形成配合物
答案 B解析 配位化合物中一定含有配位鍵,但也可能含有離子鍵等其他化學(xué)鍵,A正確,B錯誤;Fe3+、Cu2+、Ag+等過渡元素的離子有空軌道,可與有孤電子對的分子或離子形成配合物;NH3中的氮原子、SCN-中的硫原子等有孤電子對,可以形成配合物,C、D均正確。
2.下列不能形成配位鍵的組合是(　　)A.Ag+　NH3B.H2O　H+C.C3+　COD.Ag+　H+答案 D解析 在A、B、C三項中,Ag+、H+、C3+都能提供空軌道,而NH3、H2O、CO都能提供孤電子對,所以能形成配位鍵;D項中Ag+和H+都只能提供空軌道,無提供孤電子對的微粒,所以不能形成配位鍵。
3.已知NH3結(jié)合H+的能力比結(jié)合Ag+的能力更強(qiáng),欲使銀氨溶液[Ag(NH3)2OH]轉(zhuǎn)化為Ag+,最合適的試劑是(　　)A.稀鹽酸B.稀硫酸C.稀硝酸D.NaOH溶液答案 C解析 加酸中和OH-后,H+再與[Ag(NH3)2]+反應(yīng)生成Ag+與 ,由于AgCl、Ag2SO4分別難溶和微溶于水,所以用稀硝酸最合適。
4.下列組合中,兩種配合物中心離子的電荷數(shù)和配位數(shù)均相同的是(　　)A.K[Ag(CN)2]、[Cu(NH3)4]SO4 B.[Ni(NH3)4]Cl2、[Cu(NH3)4]SO4C.[Ag(NH3)2]Cl、K3[Fe(CN)6] D.[Ni(NH3)4]Cl2、[Ag(NH3)2]Cl答案 B解析 A項,兩種配合物中心離子的電荷數(shù)分別是1+和2+,配位數(shù)分別是2和4,不符合題目要求;B項,兩種配合物中心離子的電荷數(shù)均是2+,配位數(shù)均是4,符合題目要求;C項,兩種配合物中心離子的電荷數(shù)分別是1+和3+,配位數(shù)分別是2和6,不符合題目要求;D項,兩種配合物中心離子的電荷數(shù)分別是2+和1+,配位數(shù)分別是4和2,不符合題目要求。
5.Cu2+能與NH3、H2O、Cl-等形成配位數(shù)為4的配合物。(1)[Cu(NH3)4]2+中存在的化學(xué)鍵類型有　　　　(填字母)。?A.配位鍵 B.極性共價鍵 C.非極性共價鍵 D.離子鍵(2)[Cu(NH3)4]2+具有對稱的空間結(jié)構(gòu),[Cu(NH3)4]2+中的兩個NH3分子被兩個Cl-取代,能得到兩種不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物,則[Cu(NH3)4]2+的空間結(jié)構(gòu)為　　　。?(3)某種含Cu2+的化合物可催化丙烯醇制備丙醛的反應(yīng):HOCH2CH=CH2CH3 CH2CHO。在丙烯醇分子中發(fā)生某種方式雜化的碳原子數(shù),是丙醛分子中發(fā)生同樣方式雜化的碳原子數(shù)的2倍,則這類碳原子的雜化方式為　　　　　　。?

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第四節(jié) 配合物與超分子

版本： 人教版 (2019)

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