化学人教版 (2019)第三章 晶体结构与性质第四节 配合物与超分子学案

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第四节　配合物与超分子[核心素养发展目标]　1.能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法，能判断常见的配合物。2.能利用配合物的性质去推测配合物的组成，从而形成“结构决定性质”的认知模型。3.了解超分子的结构特点与性质。一、配合物1．配位键(1)概念：由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道而形成的化学键，即“电子对给予—接受”键。(2)表示方法：配位键常用A—B表示，其中A是提供孤电子对的原子，叫给予体，B是接受孤电子对的原子，叫接受体。如：H3O＋的结构式为；NH的结构式为。(3)形成条件形成配位键的一方(如A)是能够提供孤电子对的原子，另一方(如B)是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子。①孤电子对：分子或离子中，没有跟其他原子共用的电子对就是孤电子对。如、、分子中中心原子分别有1、2、3对孤电子对。含有孤电子对的微粒：分子如CO、NH3、H2O等，离子如Cl－、CN－、NO等。②含有空轨道的微粒：过渡金属的原子或离子。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目基本上是固定的，如Ag＋形成2个配位键，Cu2＋形成4个配位键等。2．配合物(1)概念通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。(2)组成配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图所示：①中心原子：提供空轨道接受孤电子对的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子)，最常见的有过渡金属离子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。②配体：提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。③配位数：直接与中心原子形成的配位键的数目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为6。(3)常见配合物的形成实验实验操作实验现象有关离子方程式滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，得到深蓝色的透明溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH、Cu(OH)2＋4NH3=== [Cu(NH3)4]2＋＋2OH－、[Cu(NH3)4]2＋＋SO＋H2O[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓溶液变为红色Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3滴加AgNO3溶液后，试管中出现白色沉淀，再滴加氨水后沉淀溶解，溶液呈无色Ag＋＋Cl－===AgCl↓、AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－ (4)配合物的形成对性质的影响①对溶解性的影响一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含过量的OH－、Cl－、Br－、I－、CN－的溶液中，形成可溶性的配合物。如Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－。②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，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。如Fe3＋与SCN－形成硫氰化铁配离子，其溶液显红色。③稳定性增强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。当作为中心离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。(1)配位键实质上是一种特殊的共价键(　　)(2)提供孤电子对的微粒既可以是分子，也可以是离子(　　)(3)有配位键的化合物就是配位化合物(　　)(4)配位化合物都很稳定(　　)(5)在配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2中的Cl－均可与AgNO3反应生成AgCl沉淀(　　)(6)Ni(CO)4是配合物，它是由中心原子与配体构成的(　　)答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√1．化合物NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3。(1)配位键的形成条件是________________________________________________。(2)在NH3·BF3中，________原子提供孤电子对，________原子接受电子。答案　(1)形成配位键的一方能够提供孤电子对，另一方具有能够接受电子对的空轨道　(2)氮　硼解析　(1)微粒间形成配位键的条件是：一方是能够提供孤电子对的原子或离子，另一方是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子或离子。(2)在NH3·BF3中，B原子是提供空轨道的原子、N原子提供孤对电子，B、N原子之间形成配位键。2．下列不能形成配位键的组合是(　　)A．Ag＋、NH3   B．H2O、H＋C．Co3＋、CO   D．Ag＋、H＋答案　D解析　配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对，所以不能形成配位键。3．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是(　　)A．X、Y只能是分子B．X、Y只能是离子C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对D．一定是X提供空轨道，Y提供孤电子对答案　C解析　形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、另一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确。4．下列化合物属于配合物的是(　　)A．Cu2(OH)2SO4   B．NH4ClC．[Zn(NH3)4]SO4   D．KAl(SO4)2答案　C解析　硫酸四氨合锌([Zn(NH3)4]SO4)中二价锌离子是中心离子，四个氨分子在锌离子的四周，是配体，中心离子和配体以配位键结合形成内界，也叫配离子，硫酸根离子处于外界，也叫外界离子，内界和外界构成配合物。5．0.01 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]Cl3B．[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2OC．[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2OD．[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。 确定配合物化学式的基本步骤二、超分子1．定义：超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。特别提醒　(1)超分子定义中的分子是广义的，包括离子。(2)超分子有的是有限的，有的是无限伸展的。2．超分子的两个重要特征是分子识别和自组装。 1．冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？提示　共价键。2．冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子，这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？提示　阴离子，离子晶体。1．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是(　　)A．配位化合物中一定存在配位键B．配位化合物中只有配位键C．[Cu(H2O)6]2＋中的Cu2＋提供空轨道，H2O中的氧原子提供孤电子对形成配位键D．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答案　B解析　配位化合物中一定含有配位键，但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，可以形成配位键，C正确；配位化合物应用领域特别广泛，D选项中提到的几个领域都在其中。2．下列物质：①H3O＋　②[B(OH)4]－　③CH3COO－　④NH3　⑤CH4中存在配位键的是(　　)A．①②  B．①③  C．④⑤  D．②④答案　A解析　H2O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，而其他物质中均不存在配位键，故选A。3．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(NH3)4]2＋C．反应后的溶液中Cu2＋的浓度增加了D．在配离子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供孤电子对，NH3提供空轨道答案　B解析　发生的反应为Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH，Cu(OH)2＋4NH3=== [Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋转化为配离子，浓度减小，A错误；[Cu(NH3)4]2＋是深蓝色的，B正确；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。4．用过量的AgNO3溶液处理含0.01 mol氯化铬(CrCl3·6H2O)的水溶液，生成0.02 mol的AgCl沉淀，此氯化铬最可能是(　　)A．[Cr(H2O)6]Cl3B．[CrCl(H2O)5]Cl2·H2OC．[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2OD．[CrCl3(H2O)3]·3H2O答案　B解析　与Ag＋反应生成AgCl沉淀的Cl－是由配合物在水溶液中电离出来的，因此在该配合物中1个Cl－在内界，2个Cl－在外界。5．某物质的结构如图所示：下列有关该物质的分析中正确的是(　　)A．该物质分子中不存在σ键B．该物质的分子内只存在共价键和配位键两种作用力C．该物质是一种配合物，其中Ni原子为中心原子D．该物质的分子中C、N、O原子均存在孤电子对答案　C解析　选项A，该物质中碳原子之间、碳氢原子间、碳氮原子间等，均存在σ键；选项B，该物质中H、O原子间存在氢键，C与其他原子间存在共价键，Ni、N之间存在配位键，所以该物质的分子内存在氢键、共价键、配位键三种作用力；选项C，Ni原子具有空轨道，接受孤电子对，是配合物的中心原子；选项D，C原子最外层的4个电子全部参与成键，没有孤电子对。6．Cu2＋能与NH3、H2O、OH－、Cl－等形成配位数为4的配合物。(1)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。①画出配离子[Cu(OH)4]2－中的配位键___________。②Na2[Cu(OH)4]中除了配位键外，还存在的化学键类型有____________(填字母)。A．离子键   B．金属键C．极性共价键   D．非极性共价键(2)金属铜与氨水或过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液发生反应：Cu＋H2O2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－。其原因是____________________________________。答案　(1)①　②AC(2)过氧化氢为氧化剂，将Cu氧化为Cu2＋，氨分子与Cu2＋形成配位键解析　(1)①Cu2＋含有空轨道，OH－含有孤电子对，可形成配位键，配离子[Cu(OH)4]2－中1个Cu2＋与4个OH－形成配位键，可表示为；②Na2[Cu(OH)4]为离子化合物，含有离子键，并且O—H为极性共价键，故选AC。(2)过氧化氢可氧化Cu生成Cu2＋，Cu2＋与氨分子形成配位键。