新教材2023年高中化学第2章微粒间相互作用与物质性质第2章微粒间相互作用与物质性质微项目补铁剂中铁元素的检验__应用配合物进行物质检验导学案鲁科版选择性必修2

应用配合物进行物质检验

1．了解金属离子可以形成丰富多彩的配合物，许多配合物都具有颜色；知道可以利用形成的配合物的特征颜色对金属离子进行定性检验。

2．了解配合物的稳定性各不相同，配合物之间可以发生转化；知道如何在实验过程中根据配合物的稳定性及转化关系选择实验条件。

项目活动1　补铁药片中铁元素价态的检验

补铁药物种类繁多，常见的有效成分多为亚铁离子的配合物，也有铁离子的配合物。

由于Fe2＋具有还原性，药品在保存过程中可能生成Fe3＋。Fe2＋与Fe3＋在水溶液中均有颜色，但是在浓度较低时肉眼几乎观察不到；不过它们形成的配合物往往会显示特征颜色，且颜色较深。例如，向几乎无色的0.001 mol·L－1Fe3＋溶液中滴加KSCN溶液后，溶液立即变红。

Fe3＋的水合离子[Fe(H2O)6]3＋呈淡紫色(稀溶液时为无色)，但是Fe3＋极易水解，故未充分酸化的水溶液会由于有[Fe(OH)]2＋存在而显黄色。随着pH升高，Fe3＋水解程度增大，可生成Fe(OH)3胶体或沉淀。用KSCN溶液检验Fe3＋时，SCN－会与OH－竞争结合Fe3＋。由于OH－更易与Fe3＋结合，在pH>3时，SCN－无法竞争到Fe3＋；在pH<3时，OH－浓度很小，这时SCN－可以竞争到Fe3＋，从而能观察到溶液变红色。由此可知，用SCN－检验Fe3＋须在酸性条件下进行。

项目活动2　寻找更优的检验试剂

配合物的颜色越深，越利于检验出金属离子；稳定性越强，受环境干扰越小。

邻二氮菲的结构简式为，氮原子与Fe2＋通过配位键能形成稳定的橙红色邻二氮菲亚铁离子，这种离子可表示为[Fe(phen)3]2＋。该配合物的特征颜色常用于Fe2＋浓度的测定。邻二氮菲与Fe2＋形成配合物的反应同样受到溶液pH的影响，实验表明，适宜的pH范围为2～9。另外亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]、铁氰化钾K3[Fe(CN)6]可以分别与Fe3＋、Fe2＋生成蓝色沉淀，也常作为两种离子的检验试剂。

螯合物比金属离子与其配体生成的类似配合物有更高的稳定性，由螯合作用得到的某些金属螯合剂用途很广。例如，EDTA为六齿螯合剂，可用于水的软化、食物的保存等；环状配体冠醚类螯合剂适用于碱金属、碱土金属的分离和分析。

项目成果展示

题组小练

1．Co2＋与SCN－离子生成蓝色Co(SCN)＋，可利用该反应检出Co2＋；若溶液也含Fe3＋，为避免[Fe(SCN)n]3－n的红色干扰，可在溶液中加入NaF，将Fe3＋掩蔽起来。这是由于生成(　　)

A．难溶的FeF3   B．难电离的FeF3

C．难电离的[FeF6]3－   D．难溶的Fe(SCN)F2

答案　C

解析　能将Fe3＋掩蔽起来，说明形成的物质比[Fe(SCN)n]3－n更难电离，[FeF6]3－为配离子，难电离出Fe3＋，故C正确。

2．Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物，分别为[Co(NH3)5Br]SO4和[Co(SO4)(NH3)5]Br。

(1)若在第一种配合物的溶液中加BaCl2溶液时，产生的现象是__________。

(2)如果在第二种配合物的溶液中加入BaCl2溶液时，产生的现象是________________。

(3)若在第二种配合物的溶液中加入AgNO3溶液时，产生的现象是________________。

答案　(1)产生白色沉淀　(2)无明显现象　(3)产生淡黄色沉淀

解析　由[Co(NH3)5Br]SO4可知，SO为配合物的外界，在水溶液中以离子形式存在，所以会与Ba2＋结合成白色沉淀，[Co(SO4)(NH3)5]Br中SO为内界，在水溶液里不能以离子存在，所以加入BaCl2溶液时无明显现象，但该物质中Br－为配合物的外界，能和Ag＋反应生成淡黄色AgBr沉淀，所以看到的现象分别是有白色沉淀生成、无明显现象、有淡黄色沉淀生成。

课时作业

一、选择题(本题共7小题，每小题只有1个选项符合题意)

1．下列关于配合物的叙述不正确的是(　　)

A．配合物中一定含有配位键

B．配合物中只含配位键

C．[Cu(H2O)6]2＋中Cu2＋提供空轨道，H2O中氧原子提供孤电子对，从而形成配位键

D．配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应用

答案　B

解析　配合物中一定含有配位键，也可能含有其他化学键，A正确，B错误；Cu2＋有空轨道，H2O中氧原子有孤电子对，二者可以形成配位键，C正确；配合物在诸多领域都有广泛应用，D正确。

2．由配位键形成的离子[Pt(NH3)6]2＋和[PtCl4]2－中，铂离子的化合价(　　)

A．都是＋8   B．都是＋6

C．都是＋4   D．都是＋2

答案　D

解析　[Pt(NH3)6]2＋中NH3呈电中性，则铂离子是＋2价，[PtCl4]2－中氯元素是－1价，则铂离子的化合价是＋2。

3．下列不是配合物的是(　　)

A．[Cu(NH3)4]SO4·H2O

B．[Ag(NH3)2]OH

C．KAl(SO4)2·12H2O

D．[Co(NH3)6]Cl3

答案　C

解析　[Cu(NH3)4]SO4·H2O、[Ag(NH3)2]OH、[Co(NH3)6]Cl3都为配合物；KAl(SO4)2·12H2O不含配体，故不是配合物。

4．下列关于配合物[Cu(NH3)4]SO4的叙述错误的是(　　)

A．Cu2＋和NH3之间以配位键结合

B．[Cu(NH3)4]2＋和SO之间以离子键结合

C．Cu2＋和NH3之间以离子键结合

D．[Cu(NH3)4]SO4在水中电离成[Cu(NH3)4]2＋和SO

答案　C

解析　配合物[Cu(NH3)4]SO4中氮原子提供孤对电子，所以氨气分子是配体，铜离子提供空轨道，Cu2＋和NH3之间以配位键结合；[Cu(NH3)4]2＋是内界，SO是外界，以离子键结合；[Cu(NH3)4]SO4在水中电离成[Cu(NH3)4]2＋和SO。

5．下列配合物的水溶液中加入硝酸银不能生成沉淀的是(　　)

A．[Co(NH3)4Cl2]Cl   B．[Co(NH3)3Cl3]

C．[Co(NH3)6]Cl3   D．[Co(NH3)5Cl]Cl2

答案　B

解析　A、C、D项物质中均有Cl－处于外界，在水溶液中可电离出Cl－，而B项物质中的Cl－与Co3＋形成配位键，不能电离出Cl－。

6．既有离子键又有共价键和配位键的化合物是(　　)

A．NH4NO3   B．NaOH

C．H2SO4   D．H2O

答案　A

解析　NH4NO3既有离子键又有共价键和配位键，NH中存在共价键和配位键，NO有共价键，NH与NO之间有离子键；NaOH无配位键，H2SO4无离子键，H2O只有共价键，故选A。

7．向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续滴加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液；在深蓝色溶液中加入等体积的95%乙醇，深蓝色溶液变浑浊，静置后有深蓝色晶体析出。下列对此现象说法正确的是(　　)

A．[Cu(NH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性键和配位键

B．[Cu(NH3)4]2＋的空间结构为平面正方形，中心离子Cu2＋采取sp3杂化

C．[Cu(NH3)4]SO4会与乙醇发生反应生成深蓝色晶体

D．[Cu(NH3)4]SO4含有NH3分子，其水溶液中也含有NH3分子

答案　A

解析　[Cu(NH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性键和配位键，A正确；中心离子Cu2＋若采用sp3杂化，则[Cu(NH3)4]2＋的空间结构为正四面体形，B错误；[Cu(NH3)4]SO4在乙醇中溶解度很小，故加入95%乙醇，有深蓝色晶体析出，C错误；[Cu(NH3)4]SO4中的NH3分子在内界，故水溶液中不存在NH3分子，D错误。

二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)

8．[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AgNO3溶液，所有Cl－不能被完全沉淀

答案　CD

解析　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正确。

9．0.01 mol氯化铬(CrCl3·6H2O)在水溶液中用过量的AgNO3处理，产生0.01 mol AgCl沉淀，此氯化铬最可能是(　　)

A．[Cr(H2O)6]Cl3

B．[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O

C．[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O

D．[Cr(H2O)3Cl3]·3H2O

答案　C

解析　0.01 mol氯化铬(CrCl3·6H2O)在水溶液中用过量的AgNO3处理，产生0.01 mol AgCl沉淀，说明1 mol氯化铬(CrCl3·6H2O)中有1 mol氯离子在外界，其余在内界，而正三价铬为六配位，则此氯化铬最可能是[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O，C正确。

10．配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]可用于离子检验，下列说法不正确的是(　　)

A．此配合物中存在离子键、配位键、极性键、非极性键

B．配离子为[Fe(CN)5(NO)]2－，中心离子为Fe3＋，配位数为6，配位原子有C和N

C．中心离子是Fe2＋，配离子是CN－

D．该配合物为离子化合物，易电离，1 mol配合物电离共得到3NA个阴、阳离子

答案　AC

解析　Na＋与[Fe(CN)5(NO)]2－之间存在离子键，NO、CN－与Fe3＋形成配位键，CN－中碳原子与N原子之间、NO中N原子和O原子之间存在极性共价键，不存在非极性键，A错误；NO、CN－与Fe3＋形成6个配位键，配位原子有C和N，B正确、C错误；配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]为离子化合物，电离出2个Na＋与1个[Fe(CN)5(NO)]2－，所以1 mol配合物电离共得到3NA个阴、阳离子，D正确。

11．a为乙二胺四乙酸(EDTA)，易与金属离子形成配合物。b为EDTA与

Ca2＋形成的螯合物，下列叙述正确的是(　　)

a

A．a和b中的C和N原子均为sp3杂化

B．b中Ca2＋的配位数为4

C．EDTA晶体中有

D．b含有共价键、离子键和配位键

答案　C

解析　a中羧基中的C原子形成3个σ键、没有孤对电子，采取sp2杂化，故A错误；b为配离子，钙离子与N、O原子之间形成配位键，b中Ca2＋的配位数为6，故B错误；EDTA分子中有羧基(—COOH)，结合两个氮原子上均有一个孤电子对，能与H＋形成配位键，故C正确；b为配离子，钙离子与N、O原子之间形成配位键，其他原子之间形成共价键，不含离子键，故D错误。

三、非选择题(本题共3小题)

12．(1)氨分子是一种常见的配体。Cu2＋在水溶液中以[Cu(H2O)4]2＋形式存在，向含Cu2＋的溶液中加入足量氨水，可生成更稳定的[Cu(NH3)4]2＋，其原因是___________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)某配合物的化学式为CoCl3·4NH3，内界为正八面体构型配离子。0.1 mol该化合物溶于水中，加入过量AgNO3溶液，有14.35 g白色沉淀生成。则它的中心离子价电子排布式为________，内界可能的结构有________种。

(3)在硫酸铜溶液中加入过量KCN，生成配合物[Cu(CN)4]2－，则1 mol CN－中含有的π键的数目为________；若此离子与[Cu(H2O)4]2＋结构相似，则此离子的空间结构为________。

([Cu(H2O)4]2＋是平面正方形结构)

答案　(1)N元素电负性更小，更易给出孤对电子形成配位键　(2)3d6　2　(3)2NA　平面正方形

解析　(1)由于N元素电负性更小，更易提供孤对电子形成配位键，所以生成的[Cu(NH3)4]2＋更稳定。

(2)0.1 mol该化合物溶于水中，加入过量AgNO3溶液，有14.35 g白色沉淀生成，即生成的氯化银的物质的量是＝0.1 mol，说明有2个氯离子是配体，另外还有4个氨分子是配体。由于内界为正八面体构型配离子，2个氯离子在正八面体的6个顶点有相邻、相对2种位置关系，所以内界可能的结构有2种；其中中心离子Co3＋的价电子排布式为3d6。

(3)1个CN－中含有2个π键，所以1 mol CN－中含有的π键数目为2NA；[Cu(H2O)4]2＋是平面正方形结构，[Cu(CN)4]2－与[Cu(H2O)4]2＋结构相似，故该配离子的空间结构为平面正方形。

13．铁触媒是重要的催化剂，CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性：Fe＋5CO===Fe(CO)5；除去CO的化学反应方程式为[Cu(NH3)2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu(NH3)3(CO)]OOCCH3。请回答下列问题：

(1)基态Fe原子的价电子排布图为________________________。

(2)Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则与CO互为等电子体的分子的化学式为________。

(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化类型是________，配体中提供孤对电子的原子是________。

(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定有________(填序号)形成。

a．离子键  b．配位键  c．非极性键  d．σ键

答案　(1)　(2)N2　(3)sp2、sp3　N

(4)bd

解析　(1)Fe原子的价电子排布式是3d64s2，根据泡利不相容原理和洪特规则，其价电子排布图是。

(2)等电子体是原子总数相同、价电子总数相同的微粒，符合条件的分子为N2。

(3)—CH3中碳原子形成4个σ键，无孤对电子，其杂化类型为sp3，中碳原子形成3个σ键，无孤对电子，其杂化类型为sp2；配合物中Cu提供空轨道，配体中N原子提供孤对电子。

(4)根据化学方程式知，反应中可形成配位键，配位键也属于σ键，b、d正确。

14．配位键是一种特殊的化学键，其中共用电子对由某原子单方面提供。如NH就是由NH3(氮原子提供共用电子对)和H＋(缺电子)通过配位键形成的。据此回答下列问题。

(1)下列粒子中存在配位键的是________(填序号)。

A．CO2   B．H3O＋

C．CH4   D．Fe(SCN)3

(2)硼酸(H3BO3)溶液呈酸性，试写出其电离方程式：_________________。

(3)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程，最初科学家提出了两种观点：

Ⅰ. ；Ⅱ.H—O—O—H。式中O→O表示配位键，在化学反应中O→O键遇到还原剂时易断裂。化学家Baeyer和Villiyer为研究H2O2的结构，设计并完成了下列实验：a.将C2H5OH与浓硫酸反应生成(C2H5)2SO4和水；b.将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应，只生成A和H2SO4；c.将生成的A与H2反应(已知该反应中H2做还原剂)。

①如果H2O2的结构如Ⅰ所示，实验c中化学反应方程式为_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________(A写结构简式)。

②为了进一步确定H2O2的结构，还需要在实验c后添加一步实验d，请设计d的实验方案：_________________________________________________________

___________________________________________________________________。

答案　(1)BD

(2)H3BO3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－

(3)①＋H2―→C2H5OC2H5＋H2O

②用无水硫酸铜检验c的反应产物中有没有水(或其他合理答案)

解析　本题综合考查配位键的形成和配合物的性质。解题时要注意配位键的形成条件是一方提供孤电子对，另一方提供空轨道。

(2)硼原子为缺电子原子，H3BO3的电离实质是B原子和水中的OH－形成配位键，水产生的H＋表现出酸性。

(3)根据题中所含配位键的物质的反应特点进行分析。