高中化学苏教版 (2019)选择性必修2第二单元 配合物的形成和应用导学案及答案

第二单元　配合物的形成和应用

一、配合物的形成

1．配合物

(1)概念

由提供孤电子对的配位体与接受孤电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物。

(2)组成(以[Zn(NH3)4]SO4为例)

①内界和外界

中心原子与配位体以配位键结合，形成配合物的内界。配合物的内界可以是分子，也可以是离子。

与配合物内界结合的离子，成为配合物的外界。

②中心原子(离子)和配位体

中心原子(离子)是指空轨道的原子或离子，配位体是指提供孤电子对的分子或离子。

③配位原子和配位数

配位原子是指配位体中提供提供孤电子对的原子，配位数是指形成接同中心原子(或中心离子)配位的原子的数目。

④配离子的电荷数：配离子的电荷数等于中心离子和配体所带电荷的代数和。

(3)配合物形成的两个条件

①配位体能够提供孤电子对的原子。[常见的含有孤电子对的微粒：分子如CO、NH3、H2O等，离子如Cl－、CN－、NO等。]

②配位化合物的中心原子含有空轨道。常见的有Fe3＋、Cu2＋、Ag＋、Zn2＋等。

2．配合物异构现象

(1)产生异构现象的原因

①含有两种或两种以上配位体。

②配位体空间排列方式不同。

(2)分类—

(3)异构体的性质

顺、反异构体在颜色、极性、溶解性、活性等方面都有差异。

3．常见配合物的形成实验

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)[Cu(NH3)4]2＋中含有配位键，共价键和离子键。 (×)

(2)所有配合物均有内界和外界。  (×)

(3)NH中配位键与共价键的键能相同。 (√)

(4)[Ag(NH3)2]OH的配位数为2，配位原子为N。 (√)

(5)顺式Pt(NH3)2Cl2和反式Pt(NH3)2Cl2的结构式，分子的极性不同。 (√)

二、配合物的应用

1．在实验研究方面的应用

(1)检验金属离子：如可用KSCN溶液检验Fe3＋的存在，Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n](3－n)＋(血红色溶液)；可用[Ag(NH3)2]OH溶液检验醛基的存在。

(2)分离物质：如将CuSO4和Fe2(SO4)3混合液中CuSO4与Fe2(SO4)3分离开，可用浓氨水，Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋。

(3)定量测定物质的组成。

2．生产领域的广泛应用

在生产中，配合物被广泛应用于染色、电镀、硬水软化、金属冶炼领域。例如，夹心配位化合物二茂铁具有高度的热稳定性，常被用作燃料的催化剂和抗爆剂，它的节能消烟效果也非常好。

3．应用于尖端研究领域

如激光材料、超导材料、抗癌药物的研究，催化剂的研制等。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)以Mg2＋为中心的大环配合物叶绿素能催化光合作用。 (√)

(2)Fe2＋的卟啉配合物是输送O2的血红素。 (√)

(3)[Ag(NH3)2]＋是化学镀银的有效成分。 (√)

(4)向溶液中逐滴加入氨水，可除去硫酸锌溶液中的Cu2＋。 (×)

(5)配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有广泛的应用。                            (√)

材料一：在配位化学及其应用领域作出重要贡献的我国著名化学家唐敖庆教授是我国现代理论化学的开拓者和奠基人。他从20世纪60年代起系统地开展配位场理论的研究；70年代，进行了配合化学模拟生物固氮作用的研究，开展了分子氮配位作用的化学键理论研究。其“配位场理论方法”获1982年国家自然科学奖一等奖。

徐光宪教授长期从事物理化学和无机化学的教学及研究，涉及量子化学、化学键理论、配位化学、萃取化学、核燃料化学和稀土科学等领域。基于对稀土化学键、配位化学和物质结构等基本规律的深刻认识，他发现了稀土溶剂萃取体系具有“恒定混合萃取比”的基本规律。20世纪70年代，他建立了具有普适性的串级萃取理论，极大提升了利用配合物萃取分离稀土元素的效率，为我国稀土工业的发展作出了突出贡献。徐光宪教授获得2008年度国家最高科学技术奖。

材料二：19世纪末期，德国化学家发现一系列令人难以回答的问题，如氯化钴与氨结合会生成颜色各异、化学性质不同的物质：CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)等。为了解释上述情况，化学家曾提出各种假说，均未获得成功。直到1893年，瑞士化学家维尔纳提出配位理论和配位数的概念才解决了相关问题，因创立配位化学，维尔纳获得1913年诺贝尔化学奖。

[问题1]　配合化学模拟生物固氮作用的研究为配位理论研究提供了实验依据。NH3与H＋可以通过配位键形成NH，配位键属于化学键吗？NH的空间结构是什么？

[提示]　配位键是一种特殊的共价键。NH中的配位键与其他三个N—H键的形成过程不相同，NH3与H＋通过配位键形成NH后，四个N—H键就完全相同了，NH的空间结构为正四面体型。

[问题2]　配合物中一定含有配位键，是所有原子都形成配位键吗？

[提示]　不是；形成配位键的原子一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道。

[问题3]　含有配位键的化合物中一定含过渡元素吗？形成配合物的配体可以是原子，也可以是离子吗？

[提示]　不一定，主族元素中具有空轨道的原子或离子也可以形成配位键，如H＋与NH3，通过配位键形成NH；配体可以是中性分子，也可以是离子，如CN－中含有孤电子对，也可以作配体。

1．配位化合物的形成条件

(1)中心原子(或离子)必须有接受孤电子对的空轨道。

像Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等离子，都有空轨道，在形成配位键时，先形成杂化轨道，再与配位体中的配位原子形成配位键(σ键)。

(2)配位体具有孤电子对。

像H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－、SCN－等分子或离子，都有孤电子对，含有孤电子对的原子通过孤电子对与中心原子形成配位键。

提供孤电子对的原子才能称为配位原子，有的配位体中有两个及以上的原子都能提供孤电子对，要根据配合物的具体成键情况确定哪一个原子是配位原子。

2．配合物的结构特点

(1)配合物整体(包括内界和外界)显电中性，外界离子所带电荷总数等于配离子的电荷数。如K3[Fe(CN)6]，外界总电荷数为＋3，内界为－3，又知CN－为－1价，中心原子Fe为＋3价。

(2)一个中心原子(离子)可同时结合多种配位体。如[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，配位体是H2O和Cl－，配位数为6。

(3)配合物的内界不仅可为阳离子、阴离子，还可以是中性分子。如K3[Fe(CN)6]，内界为[Fe(CN)6]3－，Fe(CO)5为电中性，没有外界。

(4)对于具有内外界的配合物，中心原子和配位体通过配位键结合，一般很难发生解离；内、外界之间以离子键结合，在水溶液中较易电离。

可以通过实验方法确定有些配合物的内界和外界，如[Co(NH3)5Cl]Cl2，由于外界的Cl－易电离，可以通过实验测定外界含有的Cl－个数，从而确定配合物的化学式。

(5)配位键是一种特殊的共价键，具有饱和性和方向性。

方法技巧判断：判断配位键的常用方法

①看成键原子(或离子)的特点，一方有空轨道，另一方有孤电子对；

②看成键原子(或离子)双方的成键能力，成键能力一般等于8－最外层电子数，或等于最外层电子数，超出成键能力的键为配位键；

③看化学式的写法，一般“·H2O”这样含结晶水类的微粒中均含有配位键。

1．下列关于配位化合物的叙述，不正确的是(　　)

A．配位化合物中必定存在配位键

B．配位化合物中只有配位键

C．[Fe(SCN)6]3－中的Fe3＋提供空轨道，SCN－中的硫原子提供孤电子对形成配位键

D．许多过渡元素的离子(如Cu2＋、Ag＋等)和某些主族元素的离子或分子(如NH3、OH－等)都能形成配合物

B　[配位化合物中一定含有配位键，但也可能含有离子键等其他化学键，A正确，B错误；Fe3＋、Cu2＋、Ag＋等过渡元素的离子有空轨道，与许多配体具有很强的结合力，可形成配合物，C、D均正确。]

2．向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加浓氨水，先生成难溶物，继续滴加浓氨水，难溶物溶解，得到蓝色透明溶液。下列对此现象的说法正确的是(　　)

A．反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2＋的浓度不变

B．沉淀溶解后，生成深蓝色的配离子[Cu(H2O)4]2＋

C．该实验能证明[Cu(NH3)4]2＋比氢氧化铜稳定

D．在配离子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供孤电子对，NH3提供空轨道

C　[硫酸铜和浓氨水反应生成氢氧化铜蓝色沉淀，继续加浓氨水时，氢氧化铜和浓氨水继续反应生成配离子[Cu(NH3)4]2＋而使溶液澄清，发生反应的离子方程式为Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH，Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O，Cu2＋转化为配离子[Cu(NH3)4]2＋，浓度减小，A、B项错误；氢氧化铜沉淀能转化为配离子[Cu(NH3)4]2＋，说明[Cu(NH3)4]2＋比氢氧化铜稳定，C项正确；Cu2＋具有空轨道，而NH3具有孤电子对，所以Cu2＋提供空轨道，而NH3提供孤电子对，D项错误。]

3．下列过程与配合物无关的是(　　)

A．向氯化铁中滴加KSCN，出现血红色

B．向铜与氯气反应的集气瓶中加入少量水，呈绿色，再加水，呈蓝色

C．向AgNO3中滴加氨水，先生成沉淀，后沉淀消失

D．向AlCl3中逐滴加入NaOH溶液至过量，先出现白色沉淀，继而消失

D　[A中形成配合物Fe(SCN)3显血红色；B中先生成配离子[CuCl4]2－，加水后生成[Cu(H2O)4]2＋而显蓝色；C中先生成AgOH沉淀，继续滴加氨水，生成配合物Ag(NH3)2OH；D中先生成Al(OH)3沉淀，NaOH溶液过量时生成NaAlO2，无配合物生成，故D不符合题意。]

1．下列微粒：①H3O＋　②[B(OH)4]－　③CH3COO－　④NH3　⑤CH4中，存在配位键的是(　　)

A．①②　　　　　　 B．①③

C．④⑤  D．②④

A　[水分子中各原子已达到稳定结构，H3O＋是H＋和H2O中的O形成配位键，[B(OH)4]－是3个OH－与B原子形成3个共价键，还有1个OH－的O与B形成配位键，而其他的均不存在配位键。]

2．下列化合物中同时含有离子键、共价键、配位键的是(　　)

A．Na2O2 B．KOH

C．NH4NO3 D．H2O

C　[A项，Na2O2中含离子键和非极性共价键；B项，KOH中含离子键和极性共价键；C项，NH4NO3中含离子键、配位键和极性共价键；D项，H2O中含极性共价键。]

3．下列组合不能形成配位键的是(　　)

A．Ag＋　NH3 B．H2O　H＋

C．Co3＋　H2O D．Ag＋　H＋

D　[在A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋都能提供空轨道，而NH3、H2O都能提供孤电子对，所以能形成配位键；在D项中，Ag＋和H＋都只能提供空轨道，而无提供孤电子对的分子或离子，所以不能形成配位键，故选D。]

4．[Co(NH3)5Cl]Cl2是一种紫红色的晶体，下列说法中正确的是(　　)

A．配体是Cl－和NH3，配位数是8

B．中心离子是Co2＋，配离子是Cl－

C．内界和外界中Cl－的数目比是1∶2

D．加入足量的AgNO3溶液，所有Cl－一定被完全沉淀

C　[配位数不包括外界离子，故[Co(NH3)5Cl]Cl2中配体是Cl－和NH3，配位数是6，A错误；Co3＋为中心离子，配离子是[Co(NH3)5Cl]2＋，B错误；[Co(NH3)5Cl]Cl2内界是[Co(NH3)5Cl]2＋，外界是Cl－，内界和外界中Cl－的数目比是1∶2，C正确；加入足量的AgNO3溶液，内界Cl－不沉淀，D错误。]

5．铁强化酱油中加有NaFeEDTA，其络离子结构如图所示，则Fe3＋的配位数为(　　)

A．3　　 B．4 

C．5　　　　 D．6

D　[与铁相连的原子有N和O，其中N已形成三条键，故N与Fe之间为配位键，O－也为饱和的化学键，若与Fe相连，则只能为配位键，故Fe3＋的配位数为6。]