第三章晶體結構與性質第四節配合物與超分子素養目標學習要點1.知道配位鍵的特點,能從微觀角度理解配位鍵的形成條件和表示方法,培養宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養。2.認識簡單的配位化合物的成鍵特征,能利用配合物的性質去推斷配合物的組成,培養證據推理與模型認知的化學核心素養。3.能舉例說明超分子的特征,通過超分子的學習,感受化學科學在社會發展和科技進步方面的價值,培養科學態度和社會責任的化學核心素養。三個概念:配位鍵和配位化合物、超分子。三個特征:配位鍵的形成條件、配位化合物的成鍵特征、超分子的特征。配位化合物的組成:中心原子(離子)、配位原子(離子)、配位數。知識點一配合物基礎落實?必備知識全過關知識點一配合物1.配位鍵

實質上是一種特殊的共價鍵成鍵的一方提供

而另一方接受孤電子對形成的共價鍵,即“電子對給予—接受”鍵被稱為

。[Cu(H2O)4]2+可表示為

。

孤電子對

配位鍵

2.配合物金屬離子或原子(稱為中心離子或原子)與某些

(稱為配體或配位體)以

結合形成的化合物稱為配位化合物,簡稱

。

分子或離子

配位鍵

配合物

3.配合物的形成實驗

難溶物

溶解

深藍色透明溶液

深藍色晶體

紅色

白色

溶解

[Cu(NH3)4](OH)2Ag++Cl-══AgCl↓

AgCl+2NH3══[Ag(NH3)2]Cl5.配合物的用途配合物廣泛存在于自然界中,跟人類生活有密切關系。例如,在人和動物體內起輸送氧氣作用的血紅素,是

的配合物。配合物在生產和科學技術方面的應用也很廣泛。

4.配合物的組成

配合物配離子中心離子配體配位數[Cu(H2O)4]SO4

[Cu(NH3)4]SO4

[Ag(NH3)2]OH

[Cu(H2O)4]2+Cu2+H2O4[Cu(NH3)4]2+Cu2+NH34[Ag(NH3)2]+Ag+NH33Fe2+深度思考(1)共價鍵有飽和性,但NH3為什么仍能與H+結合生成

呢?提示

NH3有孤電子對,H+有空軌道,NH3中的孤電子對進入H+的空軌道,兩者共用形成化學鍵。(2)依據電子式,討論H2O與H+是如何形成H3O+的?類比H3O+,推測Cu2+與H2O是如何結合在一起形成[Cu(H2O)4]2+的?提示

(3)NH3和BF3可以通過配位鍵形成NH3·BF3,試分析提供孤電子對、空軌道的分別是哪種原子?你能寫出NH3·BF3的結構式嗎?提示

N原子提供孤電子對,B原子提供空軌道,NH3·BF3的結構式可表示為

。正誤判斷(1)形成配位鍵的條件是一方有空軌道,另一方有孤電子對。(

)提示

根據配位鍵的概念可以判斷。(2)配位化合物中不一定存在配位鍵。(

)提示

配位化合物中必定存在配位鍵。(3)配位化合物中只有配位鍵。(

)提示

配位化合物還會含有共價鍵、離子鍵等。(4)配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰離子。(

)提示

分子或陰離子都可以作為配位化合物中的配體。(5)Cu(OH)2既能溶于鹽酸又能溶于氨水,是因為Cu(OH)2顯兩性。(

)提示

Cu(OH)2不顯兩性,它溶于氨水是因為形成了配合物。√××√×重難突破?能力素養全提升探究角度1

配位鍵的特征例1以下微粒含配位鍵的是(

)⑧[Ag(NH3)2]OHA.①④⑤⑥⑦⑧

B.①②⑧C.③⑤⑥⑦

D.全部A解析

①

中有一個H+與一個N原子間形成配位鍵;②CH4中4個H原子與C原子間形成共價單鍵,不存在配位鍵;③OH-中O與H間形成共價鍵,不存在配位鍵;④

中有1個H+與N原子間形成配位鍵;⑤Fe(CO)5中配位體CO與中心原子Fe之間形成配位鍵;⑥Fe(SCN)3中配位體SCN-與Fe3+間形成配位鍵;⑦H3O+中有1個H+與O原子間形成配位鍵;⑧[Ag(NH3)2]OH中配位體NH3與Ag+間形成配位鍵。綜合以上分析,①④⑤⑥⑦⑧中都存在配位鍵。思維建模解答有關配位鍵的理解和判斷問題的思維流程:【變式設問】

(2)[Ag(NH3)2]OH是強堿還是弱堿?

提示

[

]+。

提示

強堿。

歸納總結配位鍵及其形成條件

[對點訓練1]下列組合不能形成配位鍵的是(

)A.Ag+、NH3

B.H2O、H+C.Co3+、CO D.Ag+、H+D解析

A項,Ag+有空軌道,NH3中的氮原子上有孤電子對,可形成配位鍵;B項,

H+有空軌道,水分子中的O原子上有孤電子對,能形成配位鍵;C項,Co3+有空軌道,CO中的碳原子上有孤電子對,能形成配位鍵;D項,Ag+、H+兩種離子都沒有孤電子對,不能形成配位鍵。探究角度2

配合物的組成例2配合物種類繁多,在分析化學、工業生產以及生物學中有廣泛應用。已知某配合物的化學式為[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,下列有關說法正確的是(

)A.該配合物中存在離子鍵、配位鍵和極性鍵B.中心離子是Ti4+,配離子是[TiCl(H2O)5]2+C.配體是Cl-和H2O,配位數是9D.加入足量AgNO3溶液,所有Cl-均以沉淀形式存在A解析

該配合物是帶有結晶水的鹽,屬于離子化合物,陽離子[TiCl(H2O)5]2+與陰離子Cl-之間以離子鍵結合,在陽離子[TiCl(H2O)5]2+中的中心離子Ti3+與配體H2O、Cl-以配位鍵結合,在配體H2O及外界結晶水中存在H—O極性鍵,因此該配合物中存在離子鍵、配位鍵和極性鍵,A正確;根據化合物中化合價代數和為0,可知中心離子是Ti3+,配離子是[TiCl(H2O)5]2+,B錯誤;配體是Cl-和H2O,配位數是1+5=6,C錯誤;向該配合物溶液中加入足量AgNO3溶液,只有外界Cl-能夠形成AgCl沉淀,而內界配體的Cl-與中心離子結合牢固,不能形成AgCl沉淀,D錯誤。思維建模(1)解答有關配合物的組成和性質的思維流程:(2)配合物中外界中的離子能電離出來,而內界中的離子不能電離出來。

【變式設問】(1)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O在溶液中能電離出什么離子?(2)1mol[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O與足量AgNO3溶液反應,產生沉淀的物質的量是多少?(3)1mol[TiCl(H2O)5]2+含配位鍵和σ鍵的物質的量各是多少?提示

[TiCl(H2O)5]2+和Cl-。

提示

2

mol。

提示

6

mol;16

mol。

[對點訓練2](1)Zn的氯化物與氨水反應可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2,1mol該配合物中含有σ鍵的數目為

(設NA為阿伏加德羅常數的值)。

(2)關于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的說法正確的是

(填字母)。

A.配位數為6B.配體為NH3和Cl-C.[Zn(NH3)4]2+為內界D.Zn2+和NH3以離子鍵結合16NAC解析

(1)[Zn(NH3)4]Cl2中[Zn(NH3)4]2+與Cl-形成離子鍵,而1個[Zn(NH3)4]2+中含有4個N→Zn鍵(配位鍵)和12個N—H鍵,共16個σ鍵,故1

mol該配合物中含有16

mol

σ鍵,即16NA。(2)Zn2+的配位原子個數是4,所以其配位數是4,故A錯誤;該配合物中氮原子提供孤電子對,所以NH3是配體,故B錯誤;[Zn(NH3)4]Cl2中外界是Cl-,內界是[Zn(NH3)4]2+,故C正確;該配合物中,鋅離子提供空軌道,氮原子提供孤電子對,所以Zn2+和NH3以配位鍵結合,屬于特殊共價鍵,不屬于離子鍵,故D錯誤。易錯提醒配合物的組成(1)有的配合物沒有外界。如五羰基合鐵Fe(CO)5、四羰基合鎳Ni(CO)4。(2)有的配合物有多種配體。如[Cu(NH3)2(H2O)2]SO4、[Co(SO4)(NH3)5]Br、[Co(NH3)5Br]SO4。(3)配位鍵同普通共價鍵一樣,配位鍵可以存在于分子中[如Ni(CO)4],也可以存在于離子中(如

)。探究角度3

配合物的性質例3向盛有硫酸銅溶液的試管中滴加濃氨水,先生成難溶物,繼續滴加濃氨水,難溶物溶解,得到深藍色透明溶液。下列對此現象的說法正確的是(

)A.反應后溶液中不存在任何沉淀,所以反應前后Cu2+的濃度不變B.NH3與Cu2+的配位能力弱于H2OC.沉淀溶解后,生成深藍色的配離子[Cu(NH3)4]2+D.用硝酸銅溶液代替硫酸銅溶液進行實驗,不能觀察到同樣的現象C解析

發生的反應為Cu2++2NH3·H2O══Cu(OH)2↓+2,Cu(OH)2+4NH3══[Cu(NH3)4]2++2OH-,Cu2+轉化為配離子,濃度減小,A錯誤;繼續添加氨水,由于Cu2+以[Cu(NH3)4]2+形式存在,說明NH3與Cu2+的配位能力強于H2O,B錯誤;[Cu(NH3)4]2+是深藍色的,C正確;上述現象是Cu2+的性質,與

無關,故換用Cu(NO3)2溶液仍可觀察到同樣的現象,D錯誤。歸納總結1.配位鍵的穩定性(1)電子對給予體形成配位鍵的能力:NH3>H2O。(2)電子對接受體形成配位鍵的能力:H+>過渡金屬>主族金屬。(3)配位鍵越強,配合物越穩定。如Cu2+—OH-<Cu2+—NH3<H+—NH3。2.配合物形成時性質的改變(1)顏色的改變,如Fe(SCN)3的形成;(2)溶解度的改變,如AgCl沉淀可溶于氨水得到[Ag(NH3)2]+。[對點訓練3]已知NH3結合H+的能力比結合Ag+的能力更強,欲使銀氨溶液{[Ag(NH3)2]OH}轉化為Ag+,最合適的試劑是(

)A.稀鹽酸

B.稀硫酸C.稀硝酸

D.NaOH溶液C解析

加酸中和OH-后,H+再與[Ag(NH3)2]+反應生成Ag+與

,由于AgCl、Ag2SO4分別難溶和微溶于水,所以用稀硝酸最合適。知識點二超分子基礎落實?必備知識全過關知識點二超分子1.定義

超分子是廣義的,包括離子超分子是由

通過

形成的分子聚集體。

2.重要特征

和自組裝。

兩種或兩種以上的分子

分子間相互作用

分子識別

3.超分子應用實例(1)“杯酚”

。

將C60和C70的混合物加入一種空腔大小適配C60的“杯酚”中,得到超分子“杯酚”C60和C70;加入甲苯溶劑,甲苯將

溶解,經過濾后分離出

;再向不溶物中加入氯仿,氯仿溶解“

”而將不溶解的C60釋放出來并沉淀,從而將C60和C70分離開來。

(2)冠醚

堿金屬離子。

冠醚分子中有不同大小的

適配不同大小的堿金屬離子,而形成冠醚—堿金屬離子超分子。

識別鉀離子的冠醚為18-冠-6。分離C60和C70C70C70杯酚

識別

空穴

深度思考冠醚是分子中含有多個—OCH2CH2—結構單元的一類大環多醚。1.冠醚18-冠-6分子中數字18和6表示的意義是什么?2.冠醚為什么能吸引陽離子進入其空穴?提示

18為碳原子和氧原子的數目和;6為氧原子的數目。

提示

冠醚分子內存在碳碳鍵和碳氧鍵,由于氧元素的電負性較大,使得靠環內側的氧原子帶有一定的負電荷,可以吸引堿金屬陽離子。重難突破?能力素養全提升探究角度

超分子的概念與應用例

下列關于超分子的說法不正確的是(

)A.超分子的重要特征之一為分子識別,例如杯酚能識別C60不能識別C70B.超分子都是無限伸展的C.冠醚是一種超分子,可以識別堿金屬離子D.細胞和細胞器的雙分子膜具有自組裝性質B解析

超分子的重要特征為分子識別和自組裝,但C70分子直徑>杯酚直徑>C60分子直徑,則杯酚能識別C60,不能識別C70,故A正確;超分子有的是有限的,有的是無限伸展的,故B錯誤;冠醚與某些金屬的包合物都是超分子,可以識別堿金屬離子,故C正確;細胞和細胞器的雙分子膜具有自組裝性質,故D正確。[對點訓練]下列有關超分子的說法正確的是(

)A.超分子即大分子或高分子化合物B.超分子的重要特征是分子識別C.超分子一定是電中性的D.超分子中僅存在共價鍵B解析

超分子是由兩種或兩種以上的分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體,不屬于大分子或高分子,故A錯誤;分子識別是超分子的重要特征,故B正確;超分子中存在分子間相互作用,超分子定義中的分子是廣義的,包括離子,故C、D錯誤。學以致用·隨堂檢測全達標123456題組1配位鍵的特征1.下列關于配位鍵的說法不正確的是(

)A.配位鍵是一種電性作用B.配位鍵實質是一種共價鍵C.形成配位鍵的電子對由成鍵原子雙方提供D.配位鍵具有飽和性和方向性C解析

形成配位鍵的一方提供孤電子對,另一方具有能接受孤電子對的空軌道。1234562.若X、Y兩種粒子之間可形成配位鍵,則下列說法正確的是(

)A.X、Y只能是分子B.X、Y只能是離子C.若X提供空軌道,則Y至少要提供一個孤電子對D.若X提供空軌道,則配位鍵表示為X→YC解析

形成配位鍵的兩種粒子可以均是分子或者均是離子,還可以一種是分子,一種是離子,但必須是一種粒子提供空軌道,另一種粒子提供孤電子對,A、B項錯誤,C項正確;配位鍵中箭頭應該指向提供空軌道的X,D項錯誤。123456題組2配合物的組成3.下列關于配位化合物的敘述不正確的是(

)A.配位化合物中必定存在配位鍵B.配位化合物中只有配位鍵C.[Fe(SCN)6]3-中的Fe3+提供空軌道,SCN-中的S原子提供孤電子對形成配位鍵D.許多過渡元素的離子(如Cu2+、Ag+等)和某些主族元素的離子或分子(如Cl-、NH3等)能形成配合物B1234564.下列配合物的配位數不是6的是(

)A.K3[Fe(SCN)4Cl2] B.Na2[SiF6]C.Na3[AlF6] D.[Cu(NH3)4]Cl2D解析

K3[Fe(SCN)4Cl2]中配合物的配位數為6,配體為SCN-和Cl-,故A不選;Na2[SiF6]中配體為F-,配合物的配位數為6,故B不選;Na3[AlF6]中配體為F-,配合物的配位數為6,故C不選;[Cu(NH3)4]Cl2中配合物的配位數為4,配體為NH3,故D選。123456題組3配合物的性質5.下列關于配合物的說法正確的是(

)A.化學式[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物中配體是Cl-和H2O,配位數是9B.含有配位鍵的物質一定是配位化合物C.配合物[Ag(NH3)2]Cl中存在離子鍵、配位鍵、極性鍵和非極性鍵D.向硫酸銅溶液中滴加過量的氨水,溶液呈深藍色是因為存在[Cu(NH3)4]2+配離子D123456解析

該配合物中中心原子為Ti,配體是Cl-和H2O,配位數為6,A錯誤;氯化銨中氮原子和氫原子之