人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第四节 配合物与超分子学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第四节 配合物与超分子学案，共9页。学案主要包含了配合物理论简介，超分子等内容，欢迎下载使用。

1．了解配位键的特点及配合物理论，能说明简单配合物的成键情况。
2．了解几种常见的配离子的性质。
3．了解超分子特点和应用。
图说考点
必备基础——自学·尝试
一、配合物理论简介
1．实验探究配合物
2.配位键
(1)概念：____________由一个原子单方面提供跟另一个原子共用的共价键，即“________________”键，是一类特殊的共价键。
(2)形成条件：电子对给予体具有__________，而接受体有__________。
(3)表示
配位键可以用A→B表示，其中A是________孤电子对的原子，B是________孤电子对的原子。例如［Cu(NH3)4］2+可表示为____________________。
3．配位化合物
通常把________(或原子)与某些分子或离子(称为________)以________结合形成的化合物称为________________________________。
二、超分子
1．超分子
超分子是由________或________以上的分子通过________相互作用形成的分子聚集体。
2．超分子的应用
(1)分离C60和C70
将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，得到超分子“杯酚”C60和C70；加入甲苯溶剂，甲苯将________溶解，经过滤后分离出________________；再向不溶物中加入氯仿，氯仿溶解“________”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。从而将C60和C70分离开来。
(2)冠醚识别碱金属离子
冠醚分子中有大小不同的________适配不同大小的碱金属离子，而形成冠醚—碱金属离子超分子。
3．超分子的重要特征：________和________。
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。( )
(2)配位键是一种特殊的共价键。( )
(3)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。( )
(4)Cu(OH)2既能溶于盐酸又能溶于氨水，是因为显两性。( )
(5)Ca2＋与NH3形成的配合物比Cu2＋与NH3形成的配合物更稳定。( )
(6)含有多种分子的混合物就是超分子。( )
(7)超分子不仅能与分子结合也可结合某些离子。( )
2．我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，其微观结构如图所示，下列叙述中正确的是( )
A．SiO2是两性氧化物，既可与NaOH反应又可与HF反应
B．SiO2超分子纳米管可能选择性结合某些分子或离子
C．SiO2是光导纤维的成分，具有导电性
D．水晶和玛瑙主要成分均为SiO2，均属于共价晶体
3．回答下列问题：
(1)配合物[Ag(NH3)2]OH的中心离子是______，配位原子是________，配位数是________，它的电离方程式是____________________。
(2)向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量AgNO3溶液，再加入氨水，观察到的现象是________________________。
(3)[Ag(NH3)2]OH含有的化学键种类有________.
A．离子键 B．σ键 C．π键
D．氢键 E．配位键
(4)1 ml[Ag(NH3)2]OH含有的σ键数目为：________个。
核心素养——合作·分享
提升点一 配位化合物的结构与性质
例1 大环配位体可用于金属蛋白质化学模拟，合成离子载体等；如图为冠醚(大环配位体)和某金属离子(M)形成的一种大环配合物。回答下列问题：
(1)该大环配合物中含有的化学键为________(填字母)。
a．极性键 b．非极性键
c．配位键 d．金属键
(2)该物质中非金属元素的电负性由小到大的顺序为____________。
(3)在冠醚中，C原子的杂化类型为________，O原子的杂化类型为________。
(4)冠醚中的O原子能和M离子形成配位键的原因：____________________________
________________________________________________________________________。
状元随笔 配位键的形成条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。
[提升1] (1)配位化学创始人维尔纳发现，取CCl3·6NH3(黄色)、CCl3·5NH3(紫红色)、CCl3·4NH3(绿色)和CCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1 ml，分别溶于水，加入足量硝酸银溶液， 立即产生氯化银，沉淀的物质的量分别为3 ml、2 ml、1 ml和1 ml。
①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。
CCl3·6NH3：________，
CCl3·5NH3：________，
CCl3·4NH3(绿色和紫色)：________。
②后两种物质组成相同而颜色不同的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③上述配合物中，中心离子的配位数都是________________。
(2)向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成血红色。该反应在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN===Fe(SCN)3＋3KCl表示。经研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比配合，还能以其他个数比配合。请按要求填空：
①Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋提供________，SCN－提供________，二者通过配位键结合。
②所得Fe3＋与SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合所得离子显血红色，含该离子的配合物的化学式是________；
③若Fe3＋与SCN－以个数比1∶5配合，则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为：_____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【关键能力】
配位化合物的结构与性质
1．配位化合物的结构
(1)定义：通常把金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。其中：金属离子(原子)叫做中心离子(原子)，中性分子或者阴离子叫做配体。
例如把CuSO4固体溶于足量水中就会生成(硫酸四水合铜)称为配位化合物(四水合铜离子)称为络(配)离子。在[Cu(H2O)4]2＋中，Cu2＋是中心离子，H2O是配体，即H2O是电子给予体。
(2)组成
①中心离子：一般是金属离子，常见的有Fe2＋、Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋等，特别是过渡金属离子很容易形成配合物，这是因为多数过渡金属的离子含有空轨道。
②配体：含有孤电子对的分子或离子，如NH3、CO、H2O、Cl－、Br－、I－、SCN－、CN－等。
③配位数：直接同中心离子(或原子)配位的配体的数目为该中心离子(或原子)的配位数。一般中心离子(或原子)的配位数是2、4、6、8。
(3)结构组成：在配合物[C(NH3)6]Cl3中，C3＋为中心离子，6个NH3分子为配体。中心离子与配体构成配合物的内界，通常把它们放在括号内，Cl－称为配合物的外界。内、外界之间以离子键结合，在水中全部电离。
2．配合物的形成对物质性质的影响
(1)配合物对物质溶解性的影响
一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶解于含过量的Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。
(2)离子颜色的改变
当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异，颜色发生变化就是一种常见的现象，我们根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。例如，Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的铁的硫氰酸根配离子，这种配离子的颜色是血红色的。
反应的离子方程式如下：
Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n]3－n
(3)稳定性增强——配合物在生命科学中的应用
配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。例如，血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。
状元随笔 配位键与共价键的区别：
(1)形成过程不同：配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。
(2)配位键与普通共价键实质是相同的。它们都被成键原子双方共用，如在中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。
(3)同普通共价键一样，配位键可以存在于分子之中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子之中(如)。
提升点二 超分子及其应用
例2 冠醚能与阳离子，尤其是与碱金属离子作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用。12-冠-4与锂离子作用而不与钠离子、钾离子作用；18-冠-6与钾离子作用(如图)，还可与重氮盐作用，但不与锂离子或钠离子作用。下列说法错误的是( )
A．18-冠-6中C和O的杂化轨道类型相同
B．18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，这反映了超分子的“分子识别”的特征
C．18-冠-6与钾离子作用反映了超分子的自组装的特征
D．冠醚与碱金属离子作用的原理与其可作相转移催化剂的原理有关
状元随笔 冠-5和冠-4的结构
15-冠-5的键线式结构
12-冠-4的键线式结构
[提升2] 下列有关超分子的说法正确的是( )
A．超分子是如蛋白质一样的大分子
B．超分子是由小分子通过聚合得到的高分子
C．超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体
D．超分子是由两个或两个以上分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体
状元随笔 超分子化学研究范围大致可分为三类
(1)环状配体组成的主客体体系；
(2)有序的分子聚集体；
(3)由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。
【关键能力】
超分子“自组装原则”的应用
人们可以根据超分子自组装原则，以分子间的相互作用力为工具，把具有特定的结构和功能的组分或建筑模块按照一定的方式组装成新的超分子化合物。
这些新的化合物不仅仅能表现出单个分子所不具备的特有性质，还能大大增加化合物的种类和数目。
如果人们能够很好地控制超分子自组装过程，就可以按照预期目标更简单、更可靠地得到具有特定结构和功能的化合物。
素养形成——自测·自评
1.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，得到深蓝色透明溶液。下列对此现象说法正确的是( )
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
C．配位化合物中只有配位键
D．在配离子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供孤电子对，NH3提供空轨道
2．下列不属于配位化合物的是( )
A．[Cu(H2O)4]SO4·H2O
B．[Ag(NH3)2]OH
C．KAl(SO4)2·12H2O
D．Na[Al(OH)4]
3．配位化合物的数量巨大，组成和结构形形色色，丰富多彩。请指出配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心离子、配体、中心离子的电荷数和配位数( )
A．Cu2＋、NH3、＋2、4 B．Cu＋、NH3、＋1、4
C．Cu2＋、OH、＋2、2 D．Cu2＋、NH3、＋2、2
4．下列有关超分子的说法错误的是( )
A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体
B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力
C．超分子具有分子识别的特性
D．分子以共价键聚合形成超分子
5．气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物，分子中原子间成键关系如图所示。请将图中你认为是配位键的斜线加上箭头。
6．回答下列问题：
(1)向CuSO4溶液中滴加氨水会生成蓝色沉淀，再滴加氨水到沉淀刚好全部溶解可得到深蓝色溶液，继续向其中加入极性较小的乙醇可以生成深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀。下列说法不正确的是__________(填字母)。
a．[Cu(NH3)4]SO4组成元素中电负性最大的是N元素
b．CuSO4晶体及[Cu(NH3)4]SO4·H2O中S原子的杂化方式均为sp3
c．[Cu(NH3)4]SO4·H2O所含有的化学键有离子键、共价键和配位键
d．NH3分子内的H—N—H键角大于H2O分子内的H—O—H键角
的立体构型为正四面体形
f．[Cu(NH3)4]2＋中，N原子是配位原子
g．NH3分子中氮原子的轨道杂化方式为sp2杂化
(2)配离子[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋的中心离子是________，配体是______，配位数为________，其含有微粒间的作用力类型有________。
第四节 配合物与超分子
必备基础
一、
1．蓝色沉淀 溶解 深蓝色晶体 红色
2．(1)共用电子对 电子对给予－接受 (2)孤电子对 空轨道
(3)给予 接受
3．金属离子 配体或配位体 配位键 配位化合物(配合物)
二、
1．两种 两种 分子间
2．(1)C70 C70 杯酚 (2)空穴
3．分子识别 自组装
即学即练
1．(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)√
2．答案：B
3．答案：(1)Ag＋ N 2
［Ag(NH3)2］OH===［Ag(NH3)2］+＋OH－
(2)先有白色沉淀，后来白色沉淀溶解
(3)ABE (4)9NA
核心素养
例1 解析：(1)该化合物的C—C键为非极性建；C—H、C—O键为极性键；O→M键为配位键；(2)非金属元素有C、H、O，根据电负性规律，电负性由小到大的顺序为H答案：(1)abc (2)H提升1 解析：(1)由题意知，四种配合物中每1个配合物所含自由氯离子的数目分别为3、2、1、1，则它们的化学式分别为[C(NH3)6]Cl3、[C(NH3)5Cl]Cl2、[C(NH3)4Cl2]Cl、[C(NH3)4Cl2]Cl，最后两种应互为同分异构体。
(2)Fe3＋和SCN－形成配合物时，Fe3＋提供空轨道，SCN－提供孤电子对，Fe3＋和SCN－以1∶1和1∶5形成络离子时，写化学式要用Cl－和K＋分别平衡络离子的电荷，使络合物呈电中性。
答案：(1)①[C(NH3)6]Cl3 [C(NH3)5Cl]Cl2
[C(NH3)4Cl2] Cl ②它们互为同分异构体 ③6
(2)①空轨道 孤电子对 ②[Fe(SCN)]Cl2
③FeCl3＋5KSCN===K2[Fe(SCN)5]＋3KCl
例2 解析：18-冠-6中C和O都是sp3杂化，A项正确；18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，反映了超分子的“分子识别”的特征，故B项正确，C项错误；由于冠醚是皇冠状分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子，把无机物带入有机物中，它可以作为相转移催化剂也是基于这个原理，D项正确。
答案：C
提升2 答案：D
素养形成
1．解析：发生的反应为Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2N，Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋转化为配离子，浓度减小，A错误；是深蓝色的，B正确；配位化合物中一定含有配位键，但也含有其他化学键，C错误；Cu2＋具有空轨道，而NH3具有孤电子对，所以Cu2＋提供空轨道，NH3提供孤电子对，D错误。
答案：B
2．解析：C中KAl(SO4)2·12H2O属于复盐，不是配合物。
答案：C
3．解析：配合物[Cu(NH3)4](OH)2中，Cu2＋为中心离子，NH3为配体，电荷数为＋2，配位数为4。
答案：A
4．答案：D
5．解析：本题考查配位键的形成条件。配位键的箭头指向提供空轨道的一方。Cl原子最外层有7个电子，通过1对共用电子对就可以形成1个单键，另有3对孤电子对，所以气态氯化铝(Al2Cl6)中，与2个铝形成共价键的氯原子中，有1个键是配位键，并由氯原子提供电子，铝原子提供空轨道。Cl原子最外层有7个电子，Al原子最外层有3个电子，图中每个键代表1对共用电子对，据此可从左(或右)上(或下)角的1个Cl原子开始，尝试写出Al2Cl6的电子式，如下(“·”为Cl原子提供的电子，“×”为Al原子提供的电子)：
答案：
6．解析：(1)电负性：O>N，a不正确；S原子与4个O原子形成共价键，所以S原子采取sp3杂化，b正确；[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体中与以离子键结合，NH3、、H2O中含有共价键，[Cu(NH3)4]2＋含有配位键，c正确；NH3分子内N原子有1对孤电子对，H2O分子中O原子有2对孤电子对，H2O分子中孤电子对对共用电子排斥作用大，所以H2O分子中H—O—H键角小于NH3分子中H—N—H键角，d正确；中S原子以4个σ键与4个O原子结合，S采取sp3杂化，故为正四面体形，e正确。N原子是配位原子，f正确；NH3分子中氮原子轨道杂化方式为sp3杂化，g不正确。
(2)由书写形式可以看出其中心离子是Cu2＋，配体是H2O、NH3两种，配位数为4，[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋含有微粒间作用力有配位键以及极性共价键。
答案：(1)ag (2)Cu2＋ NH3、H2O 4 配位键、极性共价键实验操作
实验现象
有关离子方程式
滴加氨水后，试管中首先出现________，氨水过量后沉淀逐渐________，得到深蓝色透明溶液，此时若滴加乙醇，析出__________
Cu2++2NH3·H2 O===Cu(OH)2↓+2N
Cu(OH)2+4NH3===［Cu(NH3)4］2+＋2OH－
［Cu(NH3)4］2++＋H2Oeq \(=====,\s\up7(乙醇))[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
溶液颜色变为________
Fe3＋＋3SCN－=== Fe(SCN)3