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选择性必修2第二单元 配合物的形成和应用导学案
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这是一份选择性必修2第二单元 配合物的形成和应用导学案，共8页。学案主要包含了学习目标，合作探究，学习情境，新知生成，核心突破，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.了解配合物的概念,认识简单配位化合物的成键特征;能正确运用化学符号描述配合物的组成。
2.学会简单配合物的实验制备;能联系配合物的组成和结构解释相关的实验现象,知道配合物的形成对物质性质的影响。
3.认识生命体中配位化合物的功能,列举配合物在药物开发和催化剂研制等领域的重要应用。
【合作探究】
任务1 配合物的形成
【学习情境】
在血液中氧气的输送是由血红蛋白来完成的。那么,氧气和血红蛋白是怎样结合的呢?载氧前,血红蛋白中的Fe2+与卟啉环中的四个氮原子和蛋白质链上咪唑环的氮原子通过配位键相连。此时,Fe2+的半径大,不能嵌入卟啉环平面,而位于其上方约0.08 nm处[如图(左)]。载氧后,氧分子通过配位键与Fe2+连接,使Fe2+半径缩小而滑入卟啉环中[如图(右)]。
因为一氧化碳也能通过配位键与血红蛋白中的Fe2+结合,并且结合能力比氧气与Fe2+的结合能力强得多,从而导致血红蛋白失去载氧能力,所以一氧化碳能导致人体因缺氧而中毒。
那么配合物是如何形成的?它的组成是什么?这就是本节课需要学习的内容。
【新知生成】
1.配位化合物的概念:由 孤电子对的配位体与 孤电子对的中心原子以 结合形成的化合物,简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。
2.配合物[Zn(NH3)4]SO4的组成(如图所示):
(1)中心原子是提供 的金属离子(或原子)。Fe3+、Ag+、Cu2+、Zn2+等具有空轨道的过渡金属离子(或原子)常作为中心原子。
(2)配位体是提供 的阴离子或分子,如Cl-、NH3、H2O等。配位体中直接同中心原子配位的原子叫作配位原子。配位原子必须是含有 的原子。
(3)配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。如[Zn(NH3)4]SO4中Zn2+的配位数为 。
(4)内界和外界:配合物分为内界和外界,其中配离子称为 ,与内界发生电性匹配的阳离子或阴离子称为 。
3.顺反异构:
Pt(NH3)2Cl2为平面正方形构型,2个相同的配位体在Pt原子的同一侧的称为顺式,不在同一侧的称为反式。其结构简式分别为 、 。 是极性分子, 是非极性分子。
【答案】1.提供 接受 配位键 2.(1)空轨道接受孤电子对 (2)孤电子对 孤电子对 (3)4 (4)内界 外界
3. 顺式 反式
【核心突破】
典例1 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
B.配离子为[Fe(CN)5(NO)]2-,中心离子为Fe3+,配位数为6
C.1 ml此配合物中含σ键数目为10NA
D.该配合物为离子化合物,易电离,1 ml配合物电离得到阴、阳离子总数为3NA
【答案】C
【解析】Na+与[Fe(CN)5(NO)]2-形成离子键,NO分子、CN-与Fe3+形成配位键,碳氮之间,氮氧之间存在极性共价键,A项正确;NO分子、CN-与Fe3+形成配位键,共有6个,B项正确;1 ml配合物中σ键数目为(5×2+1×2)×NA=12NA,C项错误;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 ml该配合物电离得到阴阳离子总数为3NA,D项正确。
典例2 (1)二水合草酸镓的结构如图所示,其中镓原子在周期表中的位置为 ,草酸根中碳原子的杂化方式为 。
(2)琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物,其中“亚铁”是关键成分,K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2+的试剂,1 ml CN-中含π键的数目为 ,临床建议服用维生素C促进“亚铁”的吸收,避免生成Fe3+,从原子结构角度来看,Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是 。
(3)化合物(CH3)3N与盐酸反应生成[(CH3)3NH]+,该过程新生成的化学键为 (填字母)。
a.离子键b.配位键
c.氢键d.非极性共价键
若化合物(CH3)3N能溶于水,其原因是 。
(4)Cu2+等过渡元素水合离子是否有颜色与原子结构有关,且存在一定的规律。试推断Ni2+的水合离子为 (填“有”或“无”)色离子,依据是 。
(5)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1959 kJ·ml-1、INi=1753 kJ·ml-1,ICu>INi的原因是 。
【答案】(1)第4周期ⅢA族 sp2 (2)2NA Fe2+外围电子排布为3d6,易失一个电子形成稳定的3d5结构
(3)b (CH3)3N中的N上有1对孤电子对,有一定的极性,所以能溶于水 (4)有 3d轨道有电子,且不满 (5)Cu+外围电子为3d10,不易失电子;Ni+外围电子为3d84s1,相比Cu+容易失去电子,故第二电离能小
【解析】(1)镓在周期表中的位置为第4周期ⅢA族;草酸根离子为C2O42-中存在CO,所以碳原子的杂化方式为sp2。(2)CN-的电子式为[︰C︙︙N︰]-,故1个CN-中含2个π键,所以1 ml CN-中含2NA个π键;Fe2+外围电子排布为3d6,易失一个电子变成Fe3+,Fe3+外围电子排布为3d5,所以Fe2+易被氧化成Fe3+。(3)化合物(CH3)3N与盐酸反应生成[(CH3)3NH]+,该过程新生成的化学键为氮与氢离子形成的配位键,所以选b;极性分子(CH3)3N和水之间形成氢键,所以溶解性增强。(4)Sc原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,故Sc3+的外围电子排布式为3s23p6,Zn2+的原子核外排布式为1s22s22p63s23p63d10,d轨道上有10个电子,Zn2+无色,Sc3+的d轨道上无电子,处于全空或全满即没有颜色;Ni2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8,既不是全空也不是全满状态,所以Ni2+的水合离子为有色离子,依据是3d轨道有电子,且不满。(5)基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,镍原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,铜失去最外层电子时为全充满状态,比较稳定,所以第二电离能较大;镍失去最外层电子后为1s22s22p63s23p63d8,不属于充满或半充满状态,所以第二电离能比铜小。
归纳总结 1.配位键的判断依据是原子一方提供空轨道,另一方提供孤电子对。
2.配合物的内界以配位键相结合,很牢固,难以在水溶液中电离,而内界和外界之间以离子键结合,在溶液中能够完全电离。通过实验及其数据可以确定内界和外界离子的个数,从而可以确定其配离子、中心原子和配位体。
3.配位数的计算方法:配位体不是同一种分子或离子时,配位数要两者相加。如[C(NH3)5Cl]Cl2这种配合物,其配位体有两种:NH3、Cl-,配位数为5+1=6。
训练1 下列化合物中不含配位键的是( )
A.CO B.CaH2 C.F3BNH3 D.Na3AlF6
【答案】B
【解析】一氧化碳中有配位键。碳原子的最外层有4个电子,氧原子最外层有6个电子,C、O之间为三键,在这三对共用电子对中,其中两对是正常的,另一对是由氧提供电子,C、O共用,即配位键,A项不符合题意;CaH2是离子晶体,没有共价键,B项符合题意;NH3与BF3形成的配位键可以表示如下F3B←NH3,C项不符合题意;Na3AlF6是以3个钠离子为外界,六氟合铝为内界的配合物,其中6个F-作为配位体提供孤电子对、铝离子为中心原子提供空轨道形成了配位键,D项不符合题意。
训练2 已知C(Ⅲ)的八面体型配合物的化学式为CClm·nNH3,若1 ml此配合物与AgNO3溶液反应生成1 ml AgCl沉淀,则m、n的值是( )
A.m=1,n=5 B.m=3,n=4 C.m=5,n=1 D.m=4,n=5
【答案】B
【解析】由1 ml配合物与AgNO3溶液反应生成1 ml AgCl,得知1 ml配合物电离出1 ml Cl-,即配离子显+1价、外界有1个Cl-。又因为是C3+,所以[CClm-1·nNH3]+中有2个Cl-,m=3。又因为是八面体构型,所以n=6-2=4,配合物为[C(NH3)4Cl2]Cl。
任务2 配合物的应用
【新知生成】
1.在化学分析中,常用形成配合物的方法来检验 、 、定量测定物质的组成。
2.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 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.在生命科学、 、 、激光材料、超导材料等许多尖端研究领域中,配合物发挥的作用也越来越大。
4.在生命体中有着非常重要的作用。许多酶的作用与其结构中含有形成配位键的
有关。以 为中心的大环配合物叶绿素能催化光合作用,将太阳能转换成化学能。能输送O2的血红素是 的卟啉配合物。
【答案】1.金属离子 分离物质 2.二茂铁 3.抗癌药物 催化剂研制 4.金属离子 Mg2+ Fe2+
【核心突破】
典例3 已知Zn(OH)2是一种两性氢氧化物,若将溶液中的Zn2+和Al3+分离,下列试剂中最合适的是( )
A.盐酸 B.硝酸 C.氢氧化钠溶液 D.氨水
【答案】D
【解析】由于Zn(OH)2和Al(OH)3均为两性氢氧化物,不能用酸、碱加以分离,但Zn2+可与过量氨水反应,生成[Zn(NH3)4]2+,Al3+无此性质,可选用氨水为试剂,生成沉淀Al(OH)3,保留在溶液中的离子为[Zn(NH3)4]2+。
典例4 卟啉配合物叶绿素的结构示意图(部分)如图,下列有关叙述正确的是( )
A.示意图中的两个氧原子的杂化类型无法确定
B.该叶绿素是配合物,中心原子是Mg2+
C.该叶绿素是配合物,其配位体是N原子
D.该叶绿素不是配合物,而是高分子化合物
【答案】B
【解析】由示意图知,两个氧原子均形成了两个σ键,故均为sp3杂化,A项错误;Mg的最高化合价为+2,而化合物中Mg与4个氮原子形成化学键,由此可以判断该化合物中Mg与N原子间存在配位键,该物质为配合物,B项正确;因氮原子还与碳原子成键,因此只能说氮原子是配位原子而不能说是配位体,C项错误;高分子化合物的相对分子质量通常很大,D项错误。
归纳总结 配合物形成时性质的改变:
(1)溶解度的改变:一些难溶于水的金属化合物形成配合物后,易溶解,如AgOH[Ag(NH3)2]+。
(2)颜色的改变:当简单离子形成配合物时颜色会发生改变,如Fe(SCN)3的形成。利用此性质可检验离子的存在。
(3)稳定性的改变:形成配合物后,物质的稳定性增强。
训练3 能区别[C(NH3)4Cl2]Cl和[C(NH3)4Cl2]NO3两种溶液的试剂是( )
A.AgNO3溶液 B.NaOH溶液 C.CCl4 D.浓氨水
【答案】A
【解析】内界和外界之间是离子键,在溶液中完全电离,加入AgNO3溶液,一种试剂产生白色沉淀,另一种试剂无明显现象,可以区别。
训练4 将灼热的铜丝伸入盛氯气的集气瓶中,剧烈燃烧产生棕黄色烟,向集气瓶中加入少量水,观察到溶液呈黄绿色,主要原因是CuCl2溶液中存在黄绿色的[CuCl4]2-。现向蓝色的硫酸铜溶液中加入少量稀氨水,得到蓝色絮状沉淀,继续加入氨水后,蓝色沉淀溶解,得到深蓝色溶液,再向其中加入少量浓盐酸,得到绿色溶液,则该绿色溶液中主要存在的离子是( )
A.Cu2+、[Cu(H2O)4]2+、SO42-
B.[CuCl4]2-、[Cu(NH3)4]2+、NH4+、SO42-
C.[CuCl4]2-、NH4+、SO42-
D.[Cu(NH3)4]2+、[Cu(H2O)4]2+、SO42-
【答案】B
【解析】由题中信息可推知,含[CuCl4]2-的溶液为黄绿色,含[Cu(NH3)4]2+的溶液为蓝色,故绿色溶液中含[CuCl4]2-和[Cu(NH3)4]2+;在整个反应过程中SO42-未参与反应,NH3与H+结合生成了NH4+。
课堂小结
【随堂检测】
1.向[Fe(H2O)5Cl]Br溶液中滴加AgNO3溶液,产生的沉淀主要是( )
A.Fe(OH)3 B.AgCl C.AgBr和AgCl D.AgBr
【答案】D
【解析】[Fe(H2O)5Cl]Br能够电离出Br-,内界的氯离子不能电离,向溶液中滴加AgNO3溶液,产生淡黄色的AgBr沉淀。
2.乙醛发生银镜反应的化学方程式为CH3CHO+2Ag(NH3)2OH2Ag↓+CH3COONH4+3NH3↑+H2O。下列说法正确的是( )
A.CH3CHO分子中σ键与π键的个数比为6∶1
B.配离子[Ag(NH3)2]+中提供孤电子对形成配位键的是Ag+
C.NH3的电子式为H︰N‥H︰H
D.CH3COONH4中碳原子的杂化方式均为sp3
【答案】A
【解析】乙醛中甲基上的C形成4个σ键,醛基中的C形成2个σ键和1个π键,CH3CHO分子中σ键与π键的个数比为6∶1,A项正确;配离子[Ag(NH3)2]+中提供孤电子对形成配位键的是NH3,Ag+提供空轨道,B项错误;NH3的电子式为H︰N‥‥H︰H,C项错误;CH3COONH4中甲基(—CH3)中碳原子形成4个单键,杂化轨道数目为4,采用的是sp3杂化,羧酸根离子中碳原子的轨道杂化方式为sp2,D项错误。
3.配合物Fe(CO)5的熔点为-20 ℃,沸点为103 ℃,可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如图所示。下列关于Fe(CO)5说法正确的是( )
A.固态Fe(CO)5属于离子晶体
B.Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键
C.1 ml Fe(CO)5含有10 ml配位键
D.Fe(CO)5Fe+5CO反应中没有新化学键生成
【答案】C
【解析】配合物Fe(CO)5的熔点为-20 ℃,沸点为103 ℃,熔、沸点很低,所以固态Fe(CO)5属于分子晶体,A项错误;Fe(CO)5中Fe原子与5个CO成键,但不是sp3杂化,B项错误;1个Fe(CO)5分子中Fe原子与5个CO形成5个配位键,每个CO分子中存在1个配位键,1 ml Fe(CO)5中共含有10 ml配位键,C项正确;Fe(CO)5Fe+5CO属于化学变化,包括化学键的断裂与形成,断开了Fe(CO)5分子中的配位键,形成了金属键,D项错误。
4.铁强化酱油中加有NaFeEDTA,其配离子结构如图所示,则Fe3+的配位数为( )
A.3 B.4 C.5 D.6
【答案】D
【解析】与铁相连的原子有N和O,其中N已形成三个键,故N与Fe之间为配位键;—O-也为饱和的化学键,与铁相连时也只能形成配位键。离子
Sc3+
Ti3+
Fe2+
Cu2+
Zn2+
颜色
无色
紫红色
浅绿色
蓝色
无色
1.了解配合物的概念,认识简单配位化合物的成键特征;能正确运用化学符号描述配合物的组成。
2.学会简单配合物的实验制备;能联系配合物的组成和结构解释相关的实验现象,知道配合物的形成对物质性质的影响。
3.认识生命体中配位化合物的功能,列举配合物在药物开发和催化剂研制等领域的重要应用。
【合作探究】
任务1 配合物的形成
【学习情境】
在血液中氧气的输送是由血红蛋白来完成的。那么,氧气和血红蛋白是怎样结合的呢?载氧前,血红蛋白中的Fe2+与卟啉环中的四个氮原子和蛋白质链上咪唑环的氮原子通过配位键相连。此时,Fe2+的半径大,不能嵌入卟啉环平面,而位于其上方约0.08 nm处[如图(左)]。载氧后,氧分子通过配位键与Fe2+连接,使Fe2+半径缩小而滑入卟啉环中[如图(右)]。
因为一氧化碳也能通过配位键与血红蛋白中的Fe2+结合,并且结合能力比氧气与Fe2+的结合能力强得多,从而导致血红蛋白失去载氧能力,所以一氧化碳能导致人体因缺氧而中毒。
那么配合物是如何形成的?它的组成是什么?这就是本节课需要学习的内容。
【新知生成】
1.配位化合物的概念:由 孤电子对的配位体与 孤电子对的中心原子以 结合形成的化合物,简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。
2.配合物[Zn(NH3)4]SO4的组成(如图所示):
(1)中心原子是提供 的金属离子(或原子)。Fe3+、Ag+、Cu2+、Zn2+等具有空轨道的过渡金属离子(或原子)常作为中心原子。
(2)配位体是提供 的阴离子或分子,如Cl-、NH3、H2O等。配位体中直接同中心原子配位的原子叫作配位原子。配位原子必须是含有 的原子。
(3)配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。如[Zn(NH3)4]SO4中Zn2+的配位数为 。
(4)内界和外界:配合物分为内界和外界,其中配离子称为 ,与内界发生电性匹配的阳离子或阴离子称为 。
3.顺反异构:
Pt(NH3)2Cl2为平面正方形构型,2个相同的配位体在Pt原子的同一侧的称为顺式,不在同一侧的称为反式。其结构简式分别为 、 。 是极性分子, 是非极性分子。
【答案】1.提供 接受 配位键 2.(1)空轨道接受孤电子对 (2)孤电子对 孤电子对 (3)4 (4)内界 外界
3. 顺式 反式
【核心突破】
典例1 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
B.配离子为[Fe(CN)5(NO)]2-,中心离子为Fe3+,配位数为6
C.1 ml此配合物中含σ键数目为10NA
D.该配合物为离子化合物,易电离,1 ml配合物电离得到阴、阳离子总数为3NA
【答案】C
【解析】Na+与[Fe(CN)5(NO)]2-形成离子键,NO分子、CN-与Fe3+形成配位键,碳氮之间,氮氧之间存在极性共价键,A项正确;NO分子、CN-与Fe3+形成配位键,共有6个,B项正确;1 ml配合物中σ键数目为(5×2+1×2)×NA=12NA,C项错误;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 ml该配合物电离得到阴阳离子总数为3NA,D项正确。
典例2 (1)二水合草酸镓的结构如图所示,其中镓原子在周期表中的位置为 ,草酸根中碳原子的杂化方式为 。
(2)琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物,其中“亚铁”是关键成分,K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2+的试剂,1 ml CN-中含π键的数目为 ,临床建议服用维生素C促进“亚铁”的吸收,避免生成Fe3+,从原子结构角度来看,Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是 。
(3)化合物(CH3)3N与盐酸反应生成[(CH3)3NH]+,该过程新生成的化学键为 (填字母)。
a.离子键b.配位键
c.氢键d.非极性共价键
若化合物(CH3)3N能溶于水,其原因是 。
(4)Cu2+等过渡元素水合离子是否有颜色与原子结构有关,且存在一定的规律。试推断Ni2+的水合离子为 (填“有”或“无”)色离子,依据是 。
(5)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1959 kJ·ml-1、INi=1753 kJ·ml-1,ICu>INi的原因是 。
【答案】(1)第4周期ⅢA族 sp2 (2)2NA Fe2+外围电子排布为3d6,易失一个电子形成稳定的3d5结构
(3)b (CH3)3N中的N上有1对孤电子对,有一定的极性,所以能溶于水 (4)有 3d轨道有电子,且不满 (5)Cu+外围电子为3d10,不易失电子;Ni+外围电子为3d84s1,相比Cu+容易失去电子,故第二电离能小
【解析】(1)镓在周期表中的位置为第4周期ⅢA族;草酸根离子为C2O42-中存在CO,所以碳原子的杂化方式为sp2。(2)CN-的电子式为[︰C︙︙N︰]-,故1个CN-中含2个π键,所以1 ml CN-中含2NA个π键;Fe2+外围电子排布为3d6,易失一个电子变成Fe3+,Fe3+外围电子排布为3d5,所以Fe2+易被氧化成Fe3+。(3)化合物(CH3)3N与盐酸反应生成[(CH3)3NH]+,该过程新生成的化学键为氮与氢离子形成的配位键,所以选b;极性分子(CH3)3N和水之间形成氢键,所以溶解性增强。(4)Sc原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2,故Sc3+的外围电子排布式为3s23p6,Zn2+的原子核外排布式为1s22s22p63s23p63d10,d轨道上有10个电子,Zn2+无色,Sc3+的d轨道上无电子,处于全空或全满即没有颜色;Ni2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8,既不是全空也不是全满状态,所以Ni2+的水合离子为有色离子,依据是3d轨道有电子,且不满。(5)基态铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,镍原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,铜失去最外层电子时为全充满状态,比较稳定,所以第二电离能较大;镍失去最外层电子后为1s22s22p63s23p63d8,不属于充满或半充满状态,所以第二电离能比铜小。
归纳总结 1.配位键的判断依据是原子一方提供空轨道,另一方提供孤电子对。
2.配合物的内界以配位键相结合,很牢固,难以在水溶液中电离,而内界和外界之间以离子键结合,在溶液中能够完全电离。通过实验及其数据可以确定内界和外界离子的个数,从而可以确定其配离子、中心原子和配位体。
3.配位数的计算方法:配位体不是同一种分子或离子时,配位数要两者相加。如[C(NH3)5Cl]Cl2这种配合物,其配位体有两种:NH3、Cl-,配位数为5+1=6。
训练1 下列化合物中不含配位键的是( )
A.CO B.CaH2 C.F3BNH3 D.Na3AlF6
【答案】B
【解析】一氧化碳中有配位键。碳原子的最外层有4个电子,氧原子最外层有6个电子,C、O之间为三键,在这三对共用电子对中,其中两对是正常的,另一对是由氧提供电子,C、O共用,即配位键,A项不符合题意;CaH2是离子晶体,没有共价键,B项符合题意;NH3与BF3形成的配位键可以表示如下F3B←NH3,C项不符合题意;Na3AlF6是以3个钠离子为外界,六氟合铝为内界的配合物,其中6个F-作为配位体提供孤电子对、铝离子为中心原子提供空轨道形成了配位键,D项不符合题意。
训练2 已知C(Ⅲ)的八面体型配合物的化学式为CClm·nNH3,若1 ml此配合物与AgNO3溶液反应生成1 ml AgCl沉淀,则m、n的值是( )
A.m=1,n=5 B.m=3,n=4 C.m=5,n=1 D.m=4,n=5
【答案】B
【解析】由1 ml配合物与AgNO3溶液反应生成1 ml AgCl,得知1 ml配合物电离出1 ml Cl-,即配离子显+1价、外界有1个Cl-。又因为是C3+,所以[CClm-1·nNH3]+中有2个Cl-,m=3。又因为是八面体构型,所以n=6-2=4,配合物为[C(NH3)4Cl2]Cl。
任务2 配合物的应用
【新知生成】
1.在化学分析中,常用形成配合物的方法来检验 、 、定量测定物质的组成。
2.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 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.在生命科学、 、 、激光材料、超导材料等许多尖端研究领域中,配合物发挥的作用也越来越大。
4.在生命体中有着非常重要的作用。许多酶的作用与其结构中含有形成配位键的
有关。以 为中心的大环配合物叶绿素能催化光合作用,将太阳能转换成化学能。能输送O2的血红素是 的卟啉配合物。
【答案】1.金属离子 分离物质 2.二茂铁 3.抗癌药物 催化剂研制 4.金属离子 Mg2+ Fe2+
【核心突破】
典例3 已知Zn(OH)2是一种两性氢氧化物,若将溶液中的Zn2+和Al3+分离,下列试剂中最合适的是( )
A.盐酸 B.硝酸 C.氢氧化钠溶液 D.氨水
【答案】D
【解析】由于Zn(OH)2和Al(OH)3均为两性氢氧化物,不能用酸、碱加以分离,但Zn2+可与过量氨水反应,生成[Zn(NH3)4]2+,Al3+无此性质,可选用氨水为试剂,生成沉淀Al(OH)3,保留在溶液中的离子为[Zn(NH3)4]2+。
典例4 卟啉配合物叶绿素的结构示意图(部分)如图,下列有关叙述正确的是( )
A.示意图中的两个氧原子的杂化类型无法确定
B.该叶绿素是配合物,中心原子是Mg2+
C.该叶绿素是配合物,其配位体是N原子
D.该叶绿素不是配合物,而是高分子化合物
【答案】B
【解析】由示意图知,两个氧原子均形成了两个σ键,故均为sp3杂化,A项错误;Mg的最高化合价为+2,而化合物中Mg与4个氮原子形成化学键,由此可以判断该化合物中Mg与N原子间存在配位键,该物质为配合物,B项正确;因氮原子还与碳原子成键,因此只能说氮原子是配位原子而不能说是配位体,C项错误;高分子化合物的相对分子质量通常很大,D项错误。
归纳总结 配合物形成时性质的改变:
(1)溶解度的改变:一些难溶于水的金属化合物形成配合物后,易溶解,如AgOH[Ag(NH3)2]+。
(2)颜色的改变:当简单离子形成配合物时颜色会发生改变,如Fe(SCN)3的形成。利用此性质可检验离子的存在。
(3)稳定性的改变:形成配合物后,物质的稳定性增强。
训练3 能区别[C(NH3)4Cl2]Cl和[C(NH3)4Cl2]NO3两种溶液的试剂是( )
A.AgNO3溶液 B.NaOH溶液 C.CCl4 D.浓氨水
【答案】A
【解析】内界和外界之间是离子键,在溶液中完全电离,加入AgNO3溶液,一种试剂产生白色沉淀,另一种试剂无明显现象,可以区别。
训练4 将灼热的铜丝伸入盛氯气的集气瓶中,剧烈燃烧产生棕黄色烟,向集气瓶中加入少量水,观察到溶液呈黄绿色,主要原因是CuCl2溶液中存在黄绿色的[CuCl4]2-。现向蓝色的硫酸铜溶液中加入少量稀氨水,得到蓝色絮状沉淀,继续加入氨水后,蓝色沉淀溶解,得到深蓝色溶液,再向其中加入少量浓盐酸,得到绿色溶液,则该绿色溶液中主要存在的离子是( )
A.Cu2+、[Cu(H2O)4]2+、SO42-
B.[CuCl4]2-、[Cu(NH3)4]2+、NH4+、SO42-
C.[CuCl4]2-、NH4+、SO42-
D.[Cu(NH3)4]2+、[Cu(H2O)4]2+、SO42-
【答案】B
【解析】由题中信息可推知,含[CuCl4]2-的溶液为黄绿色,含[Cu(NH3)4]2+的溶液为蓝色,故绿色溶液中含[CuCl4]2-和[Cu(NH3)4]2+;在整个反应过程中SO42-未参与反应,NH3与H+结合生成了NH4+。
课堂小结
【随堂检测】
1.向[Fe(H2O)5Cl]Br溶液中滴加AgNO3溶液,产生的沉淀主要是( )
A.Fe(OH)3 B.AgCl C.AgBr和AgCl D.AgBr
【答案】D
【解析】[Fe(H2O)5Cl]Br能够电离出Br-,内界的氯离子不能电离,向溶液中滴加AgNO3溶液,产生淡黄色的AgBr沉淀。
2.乙醛发生银镜反应的化学方程式为CH3CHO+2Ag(NH3)2OH2Ag↓+CH3COONH4+3NH3↑+H2O。下列说法正确的是( )
A.CH3CHO分子中σ键与π键的个数比为6∶1
B.配离子[Ag(NH3)2]+中提供孤电子对形成配位键的是Ag+
C.NH3的电子式为H︰N‥H︰H
D.CH3COONH4中碳原子的杂化方式均为sp3
【答案】A
【解析】乙醛中甲基上的C形成4个σ键,醛基中的C形成2个σ键和1个π键,CH3CHO分子中σ键与π键的个数比为6∶1,A项正确;配离子[Ag(NH3)2]+中提供孤电子对形成配位键的是NH3,Ag+提供空轨道,B项错误;NH3的电子式为H︰N‥‥H︰H,C项错误;CH3COONH4中甲基(—CH3)中碳原子形成4个单键,杂化轨道数目为4,采用的是sp3杂化,羧酸根离子中碳原子的轨道杂化方式为sp2,D项错误。
3.配合物Fe(CO)5的熔点为-20 ℃,沸点为103 ℃,可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如图所示。下列关于Fe(CO)5说法正确的是( )
A.固态Fe(CO)5属于离子晶体
B.Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键
C.1 ml Fe(CO)5含有10 ml配位键
D.Fe(CO)5Fe+5CO反应中没有新化学键生成
【答案】C
【解析】配合物Fe(CO)5的熔点为-20 ℃,沸点为103 ℃,熔、沸点很低,所以固态Fe(CO)5属于分子晶体,A项错误;Fe(CO)5中Fe原子与5个CO成键,但不是sp3杂化,B项错误;1个Fe(CO)5分子中Fe原子与5个CO形成5个配位键,每个CO分子中存在1个配位键,1 ml Fe(CO)5中共含有10 ml配位键,C项正确;Fe(CO)5Fe+5CO属于化学变化,包括化学键的断裂与形成,断开了Fe(CO)5分子中的配位键,形成了金属键,D项错误。
4.铁强化酱油中加有NaFeEDTA,其配离子结构如图所示,则Fe3+的配位数为( )
A.3 B.4 C.5 D.6
【答案】D
【解析】与铁相连的原子有N和O,其中N已形成三个键,故N与Fe之间为配位键;—O-也为饱和的化学键,与铁相连时也只能形成配位键。离子
Sc3+
Ti3+
Fe2+
Cu2+
Zn2+
颜色
无色
紫红色
浅绿色
蓝色
无色
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