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第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第四節(jié) 配合物與超分子
課時(shí)一
學(xué)習(xí)目標(biāo)
01.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
02.能利用配合物的性質(zhì)去推測(cè)配合物的組成，從而形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的認(rèn)知模型
討論：1.無水CuSO4固體是白色的，但CuSO4·5H2O晶體只是因?yàn)槎鄮Я藥讉€(gè)結(jié)晶水，卻是藍(lán)色的，這是為什么呢？
CuSO4 CuSO4·5H2O
思考：無論是CuSO4固體，還是CuSO4·5H2O晶體里面都有Cu2+和SO42-,那么CuSO4·5H2O中的藍(lán)色是否和這兩種離子溶于水有關(guān)？
下表中的少量固體溶于足量的水，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并填寫表格
實(shí)驗(yàn)探究
課本95頁【實(shí)驗(yàn) 3-2】
下表中的少量固體溶于足量的水，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并填寫表格
實(shí)驗(yàn)探究
課本95頁【實(shí)驗(yàn) 3-2】
取下表中的少量固體溶于足量的水中，觀察實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象并填寫表格
課本95頁【實(shí)驗(yàn) 3-2】
固體顏色 CuSO4 白色 CuCl2 綠色 CuBr2 深褐色 K2SO4 白色 NaCl 白色 KBr
白色
溶液顏色
無色離子 什么離子呈天藍(lán)色 天藍(lán)色
天藍(lán)色
天藍(lán)色
無色
無色
無色
SO42－
Na+
Cl－
K+
Br－
Cu2+ ？
[Cu(H2O)4]2+
四水合銅離子
思考：Cu2+與H2O結(jié)合形成[Cu(H2O)4]2+顯藍(lán)色，它們是怎么結(jié)合的？
Cu2+ 在水溶液中常顯藍(lán)色
實(shí)驗(yàn)探究
配位鍵
寫出NH3的電子式
1、定義： 一方提供孤電子對(duì)，一方提供空軌道形成的化學(xué)鍵稱為配位鍵。
思考：NH3已經(jīng)達(dá)到共價(jià)鍵的飽和性，它又如何與H+結(jié)合形成NH4+？
N
：
：
：
：
H
H
H
1s
H+
配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵。
H
N
H
H
H
+
形成條件
一方有能提供孤電子
對(duì)的原子
一方有能提供空軌
道的原子
H+、Cu2+、Ag+、
Fe3+、Zn2+、Mg2+等
NH3、H2O、
Cl-、CN-等
2、
稱為電子給予體
稱為電子接受體
3. 表示方法：配位鍵可以用 A→B 或A—B表示
A為電子給予體 B是電子接受體
箭頭的方向由電子給予體指向電子接受體
配位鍵
思考：類比NH4＋ 的形成，推測(cè)Cu2+與H2O是怎樣形成[Cu(H2O)4]2＋的？
孤電子對(duì)
O
H
H
Cu2+
（具有空軌道）
Cu2+
OH2
H2O
H2O
H2O
配位鍵
NH3
H＋
NH4＋
H2O
Cu2＋
[Cu(H2O)4]2＋
＋
＋
配位鍵
思考：類比NH4＋ 的形成，推測(cè)Cu2+與H2O是怎樣形成[Cu(H2O)4]2＋的？
提供孤電子對(duì)
提供空軌道
電子對(duì)給予體
電子對(duì)接受體
配位鍵
通常由金屬離子或原子與某些分子或離子以配位鍵結(jié)合形成的化合物，簡稱配合物。
如[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4] SO4
（稱為中心離子或原子）
（稱為配位體或配體）
一般是由內(nèi)界和外界構(gòu)成，內(nèi)界由中心離子（或原子）、配位體構(gòu)成。
[Cu(NH3)4] SO4
外界
內(nèi)界
（配離子）
中心離子
配體
配位數(shù)
2、配合物
(1)配位化合物定義：
（2）組成結(jié)構(gòu)
①中心原子：提供空軌道接受孤電子對(duì)的原子。中心原子一般都是帶正電荷的陽離子(此時(shí)又叫中心離子)，最常見的有過渡金屬離子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。
②配體：提供孤電子對(duì)的陰離子或分子，如鹵素離子（F-、I-、Cl－等）、NH3、、H2O、CN、SCN-、CO、N2等。
③配位原子：配體中提供孤電子對(duì)的原子叫配位原子，如NH3中的N，H2O中的O等。常見的配位原子有 C、O、N、P、S、X等
2、配合物
④配位數(shù)：配位原子數(shù)目。如[Fe(CN)6]4－中
Fe2＋的配位數(shù)為 。
配位鍵
6
（2）組成結(jié)構(gòu)
配合物 內(nèi)界 外界 中心粒子 配位體 配位數(shù)
[Ag(NH3)2]OH 氫氧化二氨合銀
K3[Fe(CN)6] 六氰合鐵酸鉀
[Co(NH3)5Cl]Cl2
Ni(CO)4 四羰基鎳
練習(xí)：請(qǐng)根據(jù)給出的配合物完成下表
2、配合物
練習(xí)：請(qǐng)根據(jù)給出的配合物完成下表
小結(jié)：
1、配合物有些存在外界、有些無外界；
如Ni(CO)4
[Co(NH3)5Cl]Cl2
2、中心粒子可以是陽離子，也可以是中性原子；
3、配位體可以是離子或分子，可以有一種或同時(shí)存在多種；
4、配位數(shù)通常為2、4、6、8這樣的偶數(shù)。
如Ni(CO)4無外界
、K3[Fe(CN)6]
2、配合物
向盛有4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液的試管里滴加幾滴1 mol/L氨水，首先形成難溶物，繼續(xù)添加氨水并振蕩試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；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，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)步驟
硫酸四氨合銅的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
2、配合物
2、配合物
滴加氨水后，試管中首先出現(xiàn)__________，氨水過量后沉淀逐漸_____，得到深藍(lán)色的透明溶液，滴加乙醇后析出深藍(lán)色晶體
藍(lán)色沉淀
溶解
加入
氨水
藍(lán)色沉淀
繼續(xù)加
入氨水
藍(lán)色沉淀溶解
加入
乙醇
深藍(lán)色晶體
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
硫酸四氨合銅的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
2、配合物
Cu2＋＋2NH3·H2O === Cu(OH)2↓＋ 2NH4+
加入氨水
Cu(OH)2＋4NH3=== [Cu(NH3)4]2＋＋2OH－
繼續(xù)加入氨水
[Cu(NH3)4]2＋＋ 2SO42- ＋H2O =====[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
乙醇
加入乙醇
離子方程式
硫酸四氨合銅的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
2、配合物
Cu
NH3
NH3
H3N
NH3
2+
2-
SO4
硫酸四氨合銅
中心離子：Cu2+
配位數(shù)：4
NH3的N給出孤電子對(duì)
Cu2+接受電子對(duì)
[Cu(NH3)4]2+
配體
N
H
H
H
硫酸四氨合銅的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)分析
2、配合物
回想一下，如何檢驗(yàn)Fe3+
思考：Fe3+與SCN-如何反應(yīng)？
2、配合物
向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液(或任何含F(xiàn)e3+的溶液)的試管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化鉀(KSCN)溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
FeCl3溶液
KSCN溶液
硫氰化鐵配離子的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)步驟
2、配合物
溶液變?yōu)開____
紅色
FeCl3溶液
加入KSCN溶液
硫氰化鐵配離子的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
2、配合物
SCN-作為配體與Fe3+配位，顯紅色，用于檢驗(yàn)Fe3+
…………
Fe3+ + SCN- Fe(SCN)2+
Fe(SCN)2+ + SCN- Fe(SCN)2 +
Fe(SCN)5 + SCN- Fe(SCN) 6 +
硫氰化鐵配離子的顏色
硫氰化鐵配離子的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)分析及有關(guān)離子方程式
三價(jià)鐵離子跟硫氰酸根離子(SCN-)形成配離子的顏色，而Fe2+跟SCN-不顯紅色
2、配合物
2、配合物
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(chǎn)生難溶于水的白色的AgCl沉淀，再滴入1 mol/L氨水，振蕩，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
NaCl
溶液
加入
氨水
二氨合銀離子的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)步驟
2、配合物
2、配合物
滴加AgNO3溶液后，試管中出現(xiàn)_________，再滴加氨水后沉淀_____，溶液呈______。
白色沉淀
溶解
無色
二氨合銀離子的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
2、配合物
加入AgNO3溶液
Ag＋＋Cl－===AgCl↓
繼續(xù)加入氨水
AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－
二氨合銀離子的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
有關(guān)離子方程式
2、配合物
二氨合銀離子
Ag
NH3
H3N
+
配體：
中心離子：
配位數(shù)：
NH3
Ag+
2
二氨合銀離子的形成實(shí)驗(yàn)
常見配合物的形成實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)分析
2、配合物
配合物在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用
電解氧化鋁的助熔劑
Na3[AlF6]冰晶石
熱水瓶膽鍍銀（銀鏡反應(yīng)）
[Ag(NH3)2]OH
（6）配合物的應(yīng)用
2、配合物
葉綠素
綠色植物生長過程中，起光合作用的是葉綠素，是一種含鎂的配合物
生活中常見的配合物
2、配合物
血紅素
生活中常見的配合物
2、配合物
人和動(dòng)物血液中起著輸送氧作用的血紅素，是一種含有亞鐵的配合物
維生素B12
生活中常見的配合物
維生素B12(含鈷的配合物)是一種需要腸道分泌物幫助才能被吸收的維生素
2、配合物
在醫(yī)藥中的應(yīng)用
第二代鉑類抗癌藥（碳鉑）
（6）配合物的應(yīng)用
2、配合物
1．下列化合物中同時(shí)含有離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵的是
A．Na2O2
B．KOH
C．NH4NO3
D．H2O
【答案】C
【詳解】A項(xiàng)，Na2O2中含離子鍵和非極性共價(jià)鍵；B項(xiàng)，KOH中含離子鍵和極性共價(jià)鍵；C項(xiàng)，NH4NO3中含離子鍵、配位鍵和極性共價(jià)鍵；D項(xiàng)，H2O中含極性共價(jià)鍵。
課堂練習(xí)
2．碳鉑(結(jié)構(gòu)簡式如圖)是一種廣譜抗癌藥物。下列關(guān)于碳鉑的說法錯(cuò)誤的是
A．中心原子的配位數(shù)為4
B．sp3和sp2雜化的碳原子數(shù)之比為2:1
C．分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為10:1
D．分子中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵
課堂練習(xí)
【答案】C
【詳解】A．根據(jù)碳鉑的結(jié)構(gòu)簡式，中心原子鉑周圍形成了4個(gè)配位鍵，其配位數(shù)為4，A正確；
B．分子中碳氧雙鍵所在的碳原子為sp2雜化，其余4個(gè)碳原子為sp3雜化，則sp3和sp2雜化的碳原子數(shù)之比為2:1，B正確；
C．根據(jù)碳鉑的結(jié)構(gòu)簡式，結(jié)合雙鍵為一個(gè)σ鍵與一個(gè)π鍵，單鍵為σ鍵，故分子中，6個(gè)C-H、6個(gè)C-C、2個(gè)C-O、2個(gè)Pt-O、2個(gè)Pt-N、6個(gè)N-H，以及2個(gè)碳氧雙鍵中含有的2個(gè)σ鍵，總共26個(gè)σ鍵，只有碳氧雙鍵中含有2個(gè)π鍵，則分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為26:2=13:1，C錯(cuò)誤；
D．分子中含有的C-H、C-O、N-H之間為極性鍵，C-C之間為非極性鍵，Pt-O、Pt-N之間為配位鍵，D正確；
故選C。
課堂練習(xí)
3：向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液，不能生成AgCl沉淀的是（ ）
A .[Co(NH3) 4Cl2] Cl B.Co(NH3) 3Cl3
C.[Co(NH3) 6] Cl3 D.[Co(NH3) 5Cl] Cl2
B
思考：NH4Cl是配合物嗎？
不是，NH4Cl里面雖然有配位鍵，但不是配合物（因?yàn)槔锩鏇]有金屬元素），含有配位鍵的化合物不一定是配合物，配合物一定含配位鍵。
課堂練習(xí)
超分子
科技前沿展望
配合物在生命體中大量存在，對(duì)生命活動(dòng)有重要意義。另外，配合物尖端技術(shù)、醫(yī)藥科學(xué)等有著廣泛的應(yīng)用。
對(duì)生命活動(dòng)、尖端技術(shù)等有著廣泛的應(yīng)用前景的還有超分子等物質(zhì)。
什么是超分子呢？
氫鍵是最強(qiáng)的分子間相互作用，很多分子可以通過氫鍵相互結(jié)合，形成具有固定組成的一個(gè)分子簇，這就是所謂的超分子。
核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)是靠氫鍵來保持的
生命體中超分子體系：
葉綠體中的光系統(tǒng)I蛋白
由兩種或兩種以上的分子(包括離子)通過分子間相互作用形成的分子聚集體。
注意：超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。
二、超分子
1、概念：
有的是有限的 有的是無限伸展的
2、大小：
超分子這種分子聚集體有的是有限的，有的是無限伸展的。
3、 微粒間作用力
——非共價(jià)鍵
有人則將其概括為非共價(jià)鍵，有人則將其限于分子間作用力，主要是靜電作用、范德華力、氫鍵、疏水作用以及一些分子與金屬離子形成的弱配位鍵等。
4、超分子的特征：
（1）分子識(shí)別：
（2）自組裝
①“杯酚”分離 C60 和 C70
②冠醚識(shí)別堿金屬離子
二、超分子
C60
C70
這個(gè)例子反映出來的超分子的特性被稱為“分子識(shí)別”。
①“杯酚”分離 C60 和 C70
（1）分子識(shí)別
原理：C60 、C70可溶于甲苯， 不溶于氯仿，而“杯酚”溶于氯仿，不溶于甲苯，
二、超分子
1）冠醚定義：分子中含有多個(gè)-氧-亞甲基(CH2)-結(jié)構(gòu)單元的大環(huán)多醚。
15-冠-5
12-冠-4
C 原子：2×4=8 O 原子：4
環(huán)上總原子數(shù)：8 + 4 = 12
C 原子：2×5=10 O 原子：5
環(huán)上總原子數(shù)：10 + 5 = 15
②冠醚識(shí)別堿金屬離子
（1）分子識(shí)別
思考：冠醚靠什么原子吸引陽離子？
O 原子吸引陽離子。
二、超分子
冠醚 冠醚空腔直徑/pm 適合的粒子
（直徑/pm）
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 120～150 170～220 260～320 340～430 Li+（152）
Na+（204）
Rb+（304）
Cs+（334）
思考： K+ 直徑為276 pm，應(yīng)該選擇哪種冠醚呢？
2）冠醚特點(diǎn)：冠醚是皇冠狀的分子，有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子，利用此性質(zhì)可以識(shí)別堿金屬離子,從而實(shí)現(xiàn)選擇性結(jié)合。
18-冠-6
②冠醚識(shí)別堿金屬離子
3）冠醚應(yīng)用：
冠醚環(huán)的大小與金屬離子匹配，將陽離子以及對(duì)應(yīng)的陰離子都帶入有機(jī)溶劑，因而成為有機(jī)反應(yīng)中很好的催化劑。
二、超分子
KMnO4水溶液對(duì)烯烴氧化效果差，在烯烴中加入冠醚時(shí)，冠醚通過與K+結(jié)合而將高錳酸根也帶入烯烴中；而冠醚不與高錳酸根結(jié)合，使游離的高錳酸根反應(yīng)活性很高，從而快速發(fā)生反應(yīng)。
實(shí)例分析：KMnO4氧化烯烴
二、超分子
1.冠醚與堿金屬離子之間的配位鍵屬于離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵還是分子間
作用力？
提示：共價(jià)鍵。
2.冠醚與堿金屬離子形成配合物得到的晶體里還有什么粒子，這類晶體是離子晶體、共價(jià)晶體還是分子晶體？
提示：陰離子，離子晶體。
【深度思考】
二、超分子
自組裝定義:
超分子組裝的過程稱為分子自組裝，自組裝過程是使超分子產(chǎn)生高度有序的過程。
細(xì)胞和細(xì)胞器的雙分子膜
細(xì)胞膜兩側(cè)為水溶液，水是極性分子，而構(gòu)成膜的兩性分子的頭基是極性基團(tuán)而尾基是非極性基團(tuán)。頭基為親水基團(tuán)，頭部會(huì)朝向水溶液一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)自組裝。
（2）自組裝示例1
二、超分子
表面活性劑
“兩親分子”：一端為親水基團(tuán)，另一端為疏水基團(tuán)
低濃度時(shí)，優(yōu)先在溶液表面形成單分子層
高濃度時(shí)，在溶液中形成膠束
（2）自組裝示例2
二、超分子
2020年，我國博士后王振元：潛心創(chuàng)新，成
功開發(fā)出超分子生物催化技術(shù)，打破了國外
巨頭在化妝品高端原料市場的壟斷地位。
超分子的未來發(fā)展：通過對(duì)超分子研究，
人們可以模擬生物系統(tǒng)，復(fù)制出一些新材料，
如：新催化劑、新藥物、分子器件、生物傳感器等功能材料。
【超分子化學(xué)】
含義：研究超分子的化學(xué)叫超分子化學(xué)，是一門處于近代化學(xué)、材料化學(xué)和生命科學(xué)交匯點(diǎn)的新興學(xué)科。
應(yīng)用：在分子識(shí)別與人工酶、酶的功能、短肽和環(huán)核酸的組裝體及其功能等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
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