資源簡介

第三章 晶體結構與性質
第四節 配合物與超分子
【教材分析】
本節課能夠了解配位鍵的特點，認識簡單的配合物的成鍵特征，認識配合物的存在與應用。在此基礎上了解人類探索物質結構的過程，能夠從原子、分子、超分子等不同尺度認識物質結構的意義。認同“物質結構的探索是無止境的”觀點。培養學生的科學精神與社會責任的化學核心素養。
【課程目標】
課程目標 學科素養
1、通過熟悉的無水硫酸銅與其溶液顏色不同這一現象，認識配位鍵的特征，并能與共價鍵進行簡單比較。 2、在配位鍵的基礎上，認識配合物的存在、結構特點及常見配合物的制取等。 3、了解超分子與分子的區別、超分子的簡單應用。 宏觀辨識與微觀辨析：能從微觀角度理解配位鍵的形成條件和表示方法；能判斷常見的配合物。 證據推理與模型認知：能利用配合物的性質去推測配合物的組成，從而形成“結構決定性質”的認知模型。 科學精神與社會責任：學習超分子，提升學生的科學精神與社會責任。
【教學重難點】
教學重點：配位鍵、配合物的概念，形成條件和組成
教學難點：配位鍵、配合物的概念，形成條件和組成
【教學過程】
【情境引入】
【觀察思考】
觀察下列溶液的顏色，有什么規律？
【歸納】
共性：都有Cu2+
初步結論：Cu2+是藍色的
相同陰離子的溶液對照：藍色不是由這些陰離子導致的
【觀察思考】
觀察下列物質的顏色
【歸納】
固態二價銅鹽不一定顯藍色
結論修正：Cu2+在水溶液中常顯藍色
【觀察思考】
觀察下列物質的顏色
【歸納】
五水合硫酸銅也顯藍色
理論解釋：Cu2+與水結合顯藍色
【思考交流】
Cu2+與H2O是如何結合的呢？
【學生活動】
討論回答
任務一：配位鍵
【講解】
1.配位鍵
(1)定義：成鍵原子或離子一方提供空軌道，另一方提供孤電子對而形成的，這類“電子對給予-接受”鍵被稱為配位鍵。
(2)基本概念：
①中心原子（離子）：提供空軌道，接受孤電子對。通常是過渡元素的原子或離子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。
②配位體：提供孤電子對的離子或分子，如分子CO、NH3、H2O等，陰離子F-、CN-、CI-等。配位原子必須有孤電子對。
③配位數：直接同中心原子（離子）配位的分子或離子的數目叫中心原子（離子）的配位數。
(3)配位鍵的形成條件
①成鍵原子一方能提供孤電子對。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；離子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。
②成鍵原子另一方能提供空軌道。如H＋、Al3＋、B及過渡金屬的原子或離子。
配位鍵同樣具有飽和性和方向性。
一般來說，多數過渡金屬的原子或離子形成配位鍵的數目是基本不變的，如Ag＋形成2個配位鍵；Cu2＋形成4個配位鍵等。
(5)配位鍵的表示：
(電子對給予體)A→B(電子對接受體)或A—B。例如H3O+
任務二：配合物
(1)定義：通常把金屬離子或原子（稱為中心離子或原子）與某些分子或離子（稱為配體或配位體）以配位鍵結合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物。
(2)組成：配合物由中心離子或原子（提供空軌道）和配體（提供孤電子對）組成，分為內界和外界。
任務三：了解更多的配合物
【實驗探究】
【實驗3-3】制取[Cu(NH3)4](OH)2
實驗操作 實驗現象 實驗結論
向盛有4mL 0.1mol/L CuSO4溶液的試管里滴加幾滴1 mol/L 氨水 形成難溶物 Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+
繼續添加氨水并振蕩試管 難溶物溶解，得到深藍色的透明溶液 Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2
再向試管中加入極性較小的溶劑(如加入8 mL 95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦試管壁 析出深藍色晶體 深藍色晶體為[Cu(NH3)4]SO4·H2O，說明該配合物在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度
【實驗結論】
實驗證明，無論在得到的深藍色透明溶液中，還是在析出的深藍色的晶體中，深藍色都是由于存在 [Cu(NH3)4]2+，它是Cu2+的另一種常見配離子，中心離子仍然是Cu2+，而配體是NH3，配位數為4。
【思考交流】
回想一下，如何檢驗Fe3+，思考：Fe3+與SCN-如何反應？
【實驗3-4】制取 Fe(SCN)3
實驗操作：向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液（或任何含Fe3+的溶液）的試管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化鉀(KSCN)溶液。
實驗現象：溶液變為紅色。
SCN-作為配體與Fe3+配位，顯紅色，用于檢驗Fe3+
應用：
①利用硫氰化鐵配離子的顏色，可鑒定溶液中存在Fe3+，又由于該離子的顏色極似血液，常被用于電影特技和魔術表演。
【實驗3-5】制取 [Ag(NH3)2]Cl
實驗操作 ①向盛有少量0.1 mol/L NaCl溶液的試管里滴幾滴0.1 mol/L AgNO3溶液，產生難溶于水的白色的AgCl沉淀； ②再滴入1 mol/L 氨水，振蕩。
實驗現象 ①得到白色沉淀 ②沉淀溶解，得到澄清的無色溶液
實驗結論 ①Ag+ + Cl- = AgCl↓ ②AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl
【知識補充】
3、配合物的形成對性質的影響
(1)對溶解性的影響：一些難溶于水的金屬氫氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含過量的OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中，形成可溶性的配合物。
(2)顏色的改變：當簡單離子形成配離子時，其性質往往有很大差異。顏色發生變化就是一種常見的現象，根據顏色的變化就可以判斷是否有配離子生成。
(3)穩定性增強：
①配合物具有一定的穩定性，配合物中的配位鍵越強，配合物越穩定。
②許多過渡金屬元素的離子對多種配體具有很強的結合力，因而，過渡金屬配合物遠比主族金屬配合物多。
③當作為中心離子的金屬離子相同時，配合物的穩定性與配體的性質有關。
【知識補充】
配合物的應用
在人和動物體內起輸送氧氣作用的血紅素，是Fe的配合物。
配合物在生產和科學技術方面的應用也很廣泛，例如，在醫藥科學、化學催化劑、新型分子材料等領域都有著廣泛的應用。
【課堂練習】
(1)下列物質中，不能作為配合物的配體的是（ ）。
A.NH3 B.NH4 C.H2O D.SCN-
(2)指出下列各配合物中的配離子、中心離子、配位體、配位數和配位原子。
① K3[Fe(CN)6]
②(NH4)2[PtCl6]
③[Cd(NH3)4](OH)2
【思考交流】
雙螺旋DNA的兩條分子鏈是通過什么結合的？
【講解】
DNA堿基對是通過氫鍵相互識別并結合的
任務四：超分子
【概念界定】
超分子
(1)定義：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稱為超分子。超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。
(2)特性：
①分子間相互作用：通過非共價鍵結合，包括氫鍵、靜電作用、疏水作用以及一些分子與金屬離子形成的弱配位鍵等。
②分子聚集體大小：分子聚集體有的是有限的，有的是無限伸展的。
【講解】
（1）分離C60和杯酚
杯酚與C60通過范德華力相結合，通過尺寸匹配實現分子識別
冠醚與陽離子
冠醚是皇冠狀的分子，可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子
冠醚與金屬陽離子通過配位作用相結合
不同冠醚的空腔尺寸不同，與不同的陽離子相匹配，從而實現選擇性結合。
【結論】
超分子的特征之一：分子識別
【講解】
2.超分子有序體
表面活性劑：從分子結構上說，也可以叫“兩親分子”，一端為親水基團，另一端為疏水基團。
硬脂酸根（傳統肥皂的有效成分之一）
十二烷基苯磺酸根（合成洗滌劑中常用的表面活性劑）
低濃度時，優先在溶液表面形成單分子層，降低表面張力。
高濃度時，剩余的表面活性劑在溶液中形成膠束。
相似相溶
親水端傾向于與水相接觸
疏水端傾向于不與水接觸，彼此聚集
【結論】
超分子的特征之二：自組裝
【知識拓展】
1、研究超分子的化學叫超分子化學，是一門處于近代化學、材料化學和生命科學交匯點的新興學科。
2、研究領域：包括環狀配體組成的主客體體系；有序的分子聚集體；由兩個或兩個以上基團用柔性鏈或剛性鏈連接而成的超分子化合物。
3、應用：在分子識別與人工酶、酶的功能、短肽和環核酸的組裝體及其功能等領域有著廣闊的應用前景。超分子化學的發展不僅與大環化學（冠醚、穴醚、環糊精、杯芳烴、C60等）的發展密切相連，而且與分子自組裝（雙分子膜、膠束、DNA雙螺旋等）、分子器件和新興有機材料的研究息息相關。
【課堂小結】

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