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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
3.4 配合物與超分子
1、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
2、能利用配合物的性質(zhì)去推測配合物的組成
3、了解超分子概念及其特性
學習目標
1、CuSO4是白色的，CuSO4·5H,O晶體卻是藍色的，這是為什么呢
思考
【實驗3-2】下表中的少量固體溶于足量的水,觀察實驗現(xiàn)象并填寫表格。
固體 CuSO4 CuCl2 ·2H2O CuBr2 NaCl K2SO4 KBr
固體顏色 白色 綠色 深褐色 白色 白色 白色
溶液顏色 天藍色 天藍色 天藍色 無色 無色 無色
無色離子:Na+ 、Cl-、K+、SO42-、Br-
天藍色:
？
實驗證明，上述實驗中呈藍色的物質(zhì)是水合銅離子，可表示為[Cu(H2O)4]2+，叫做四水合銅離子。
在四水合銅離子中，銅離子與水分子之間的化學鍵是由水分子提供孤電子對給予銅離子，銅離子接受水分子的孤電子對形成的，這類“電子對給予-接受”鍵被稱為配位鍵。
一、配合物
1、配位鍵
NH4+的形成 NH3分子與H＋結(jié)合成NH4+
NH3分子的電子式中，N原子上有一對孤對電子，而H+的核外沒有電子，1s上是空軌道。當NH3分子與H+靠近時，NH3分子中N原子上的孤對電子進入H+的1s空軌道，與H+共用。H+與N原子間的共用電子對由N原子單方面提供，不同于一般的共價鍵，我們把這種特殊的共價鍵稱為配位鍵 (1)概念
成鍵原子一方提供孤電子對，另一方提供空軌道形成的共價鍵叫配位鍵。即：共用電子對由一個原子單方向提供給另一原子共用所形成的共價鍵
(2)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(如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Agt、Co3+、Cr3+等)
(3)成鍵的性質(zhì)：共用電子對對兩個原子的電性作用
(4)表示方法：配位鍵可以用(電子對給予體)A→B(電子對接受體)或A—B表示，其中A是提供孤電子對的原子，B是接受孤電子對的原子
(5)配位鍵同樣具有飽和性和方向性。一般來說，多數(shù)過渡金屬的原子或離子形成配位鍵的數(shù)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
①配位鍵是一種特殊的共價鍵
②配位鍵的鍵參數(shù)與一般共價鍵的鍵參數(shù)相同
【幾點強調(diào)】
1、 下列不能形成配位鍵的組合是(　　)
A．Ag＋、NH3 B．H2O、H＋
C．Co3＋、CO D．Ag＋、H＋
2、下列物質(zhì)①H3O＋　②[B(OH)4]－　③CH3COO－ ④NH3　⑤CH4中存在配位鍵的是(　　)
A．①② B．①③ C．④⑤ D．②④
D
【練一練】
A
2、配位化合物
(1)配合物的概念
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(jié)合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH、NH4Cl等均為配合物
(2)配合物的形成
【實驗3-3】向盛有4mL 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，觀察實驗現(xiàn)象；再向試管中加入極性較小的溶劑(8 mL 95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦試管壁，觀察現(xiàn)象
實驗現(xiàn)象
有關(guān)離子方程式
滴加氨水后，試管中首先出現(xiàn)藍色沉淀，氨水過量后沉淀逐漸溶解，滴加乙醇后析出深藍色晶體[Cu(NH3)4]SO4·H2O
Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NH4+
Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－
①[Cu(NH3)4]SO4·H2O的形成
上述實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要是配離子的形成。以配離子[Cu(NH3)4]2＋為例，NH3分子中氮原子的孤電子對進入Cu2＋的空軌道，Cu2＋與NH3分子中的氮原子通過共用氮原子提供的孤電子對形成配位鍵。配離子[Cu(NH3)4]2＋可表示為
【實驗3-4】向盛有少量 0.1 mol/L FeCl3溶液(或任何Fe3＋的溶液)的試管里滴加1滴0.1 mol/L硫氰化鉀(KSCN)溶液，觀察實驗現(xiàn)象
實驗現(xiàn)象 溶液變血紅色
有關(guān)離子方程式 Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3
實驗結(jié)論 試管里溶液的顏色跟血液極為相似，這是Fe3＋跟SCN－形成配離子的顏色
②Fe(SCN)3的形成
【實驗3-5】向盛有少量 0.1 mol/L NaCl溶液的試管里滴加幾滴 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，觀察實驗現(xiàn)象
實驗現(xiàn)象 先生產(chǎn)白色沉淀(AgCl)，白色的沉淀(AgCl)消失，得到澄清的無色溶液
有關(guān)離子方程式 AgCl＋2NH3=[Ag(NH3)2]Cl
③[Ag(NH3)2]Cl的形成
(3)配合物的組成
以“[Cu(NH3)4]SO4”為例
①中心原子：提供空軌道接受孤電子對的原子叫中心原子。中心原子一般是帶正電荷的陽離子(此時又叫中心離子)，過渡金屬離子最常見的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等
②配位體(配體)：含有并提供孤電子對的分子或陰離子，即電子對的給予體，如Cl－、NH3、H2O等
③配位原子：配體中提供孤對電子的原子叫配位原子，如H2O中的O原子，NH3中的N原子
④配離子：由中心原子(或離子)和配位體組成的離子叫做配離子，如[Cu(NH3)4]2+、[Ag(NH3)2]+
⑤配位數(shù)：作為配位體直接與中心原子結(jié)合的離子或分子的數(shù)目，即形成的配位鍵的數(shù)目稱為配位數(shù)如：[Cu(NH3)4]2+的配位數(shù)為4，[Ag(NH3)2]+的配位數(shù)為2，[Fe(CN)6]4－中配位數(shù)為6
⑥配離子的電荷數(shù)：配離子的電荷數(shù)等于中心離子和配位體電荷數(shù)的代數(shù)和⑦內(nèi)界和外界：配合物分為內(nèi)界和外界，其中配離子稱為內(nèi)界，與內(nèi)界發(fā)生電性匹配的的陽離子(或陰離子)稱為外界
如：[Cu(NH3)4]SO4 的內(nèi)界是[Cu(NH3)4]2+，外界是SO42－，配合物在水溶液中電離成內(nèi)界和外界兩部分(配合物的內(nèi)外界之間以離子鍵結(jié)合)
即：[Cu(NH3)4]SO4=[Cu(NH3)4]2+＋SO42－，而內(nèi)界很難電離，其電離程度很小，[Cu(NH3)4]2+ Cu2+＋4NH3
①大多數(shù)金屬離子的配位數(shù)等于它的電荷的兩倍。如：Ag＋的配位數(shù)為2，Cu2＋、Zn2＋的配位數(shù)為4，Al3+、Fe3+、Cr3+的配位數(shù)為6。但也有例外，如：FeCl4－、Fe(H2O)62+等
②配合物中的配體，可為中性分子或陰離子，中心原子可為陽離子也可為中性原子。如：Fe(H2O)62+、Cu(H2O)42+、Fe(H2O)63+、Ni(CO)4(四羰基鎳)、Fe(CO)5(五羰基鐵)
③水溶液中無其它配體時，金屬離子都以H2O作為配體而存在，不同的絡(luò)合離子中H2O分子的數(shù)目不同。
如：[Cu(H2O)4]2+，中學里通常不考慮水合離子，習慣上仍用簡單離子表示
【幾點強調(diào)】
3、完成下列表格中的內(nèi)容
【練一練】
配合物 中心離子 配位體 配位數(shù) 外界 內(nèi)界
[Ag(NH3)2]OH
K3[Fe(CN)6]
[Cr(H2O)5Cl]Cl2
Na3[AlF6]
[Ni(CO)4]
K4[Fe(CN)6]
Ag+
NH3
2
Fe3+
CN-
6
Cr3+
H2O、Cl-
6
OH-
K+
Cl-
[Ag(NH3)2]+
[Fe(CN)6]3-
[Cr(H2O)5Cl]2+
Al3+
F-
6
Na+
[AlF6]3+
Ni
CO
4
無
[Ni(CO)4]
Fe2+
CN-
6
K+
[Fe(CN)6]4-
(4)配合物中化學鍵的類型及共價鍵數(shù)目的判斷
若配體為單核離子如Cl－等，可以不予計入，若為分子，需要用配體分子內(nèi)的共價鍵數(shù)乘以該配體的個數(shù)，此外，還要加上中心原子與配體形成的配位鍵，這也是σ鍵如：[Cu(NH3)4]SO4化學鍵的類型：離子鍵、共價鍵、配位鍵，共價鍵數(shù)(σ鍵)為3×4＋4＋4＝20
(5)配合物的形成對物質(zhì)性質(zhì)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，可以溶解于氨的溶液中，或依次溶解于含過量的OH－、CI－、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顏色的改變：當簡單離子形成配離子時，顏色常發(fā)生變化，根據(jù)顏色的變化可以判斷是否有配離子生成。
如：Fe3＋與SCN－在溶液中可生成配位數(shù)為1～6的配離子，這種配離子的顏色是血紅色的，反應(yīng)的離子方程式如下：
Fe3＋＋nSCN－=[Fe(SCN)n]3－n(n＝1～6)
③穩(wěn)定性增強：配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強，配合物越穩(wěn)定。當作為中心原子的金屬離子相同時，配合物的穩(wěn)定性與配體的性質(zhì)有關(guān)。如血紅素中的Fe2＋與CO分子形成的配位鍵比Fe2＋與O2分子形成的配位鍵強，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結(jié)合后，就很難再與O2分子結(jié)合，使血紅蛋白失去輸送O2的功能，從而導致人體CO中毒
【注意】
配位鍵的穩(wěn)定性
①電子對給予體形成配位鍵的能力:NH3 >H2O(電負性越小越容易給電子)。
②接受體形成配位鍵的能力:H+>過渡金屬>主族金屬。
(6)配合物的命名
①配離子的命名：配位數(shù)→配位體名稱→合→中心離子(右向左)
用二、三、四等數(shù)字表示配位體數(shù)目，不同配位體應(yīng)用“·”分開
陰離子的次序為：簡單例子→復雜離子→有機酸根離子
中性分子次序為：NH3→H2O→有機分子
②配合物的命名
a、配位陰離子的配合物：配位陰離子“酸”外界
K2[SiF6]：六氟合硅酸鉀；K[PtCl5(NH3)]：一氨.六氯合鉑酸鉀Na3[AlF6]：六氟合鋁酸鈉；K3[Fe(SCN)6 ]：六硫氰合鐵酸鉀
b、配位陰離子的配合物：某化某、某酸某
[Cu(NH3)4 ]Cl2：氯化四氨合銅；[Cu(NH3)4]SO4：硫酸四氨合銅；[Ag(NH3)2]OH：氫氧化二氨合銀
c、中性配合物
[PtCl2(NH3)2]：二氨.二氯合鉑；[Ni(CO)4]：四羰基合鎳
(7)配合物的應(yīng)用配合物廣泛存在于自然界中,跟人類生活有密切的關(guān)系。例如，在人和動物體內(nèi)起輸送氧氣作用的血紅素，是Fe2+的配合物。配合物在生產(chǎn)和科學技術(shù)方面的應(yīng)用也很廣泛，例如,在醫(yī)藥科學、化學催化劑、新型分子材料等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
4、向盛有硫酸銅水溶液的試管里加入氨水，首先形成難溶物，繼續(xù)添加氨水，難溶物溶解得到深藍色的透明溶液。下列對此現(xiàn)象的說法正確的是(　　)
A．沉淀溶解后，生成深藍色的配合離子[Cu(NH3)4]2＋
B．[Cu(H2O)4]2＋比[Cu(NH3)4]2＋中的配位鍵穩(wěn)定
C．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(xiàn)象
D．在[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋給出孤電子對，NH3提供空軌道
【練一練】
A
二、超分子
1、概念
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
【注意】
微粒間作用力不是共價鍵，主要是靜電作用、范德華力和氫鍵等
2、存在形式
超分子定義中的分子是廣義的，包括離子
3、大小
有的是有限的，有的是無限伸展的
4、范圍
已報道的超分子大環(huán)主體有:DNA，冠醚，環(huán)糊精，杯芳，柱芳經(jīng)，瓜環(huán)葫蘆等
5、超分子的特征與應(yīng)用
(1)分子識別
①分離C60和C70
②冠醚識別堿金屬離子
(2)自主裝
分離C60和C70
冠醚識別堿金屬離子。不同大小的冠醚可以識別不同大小的堿金屬離子。
冠醚 適合的粒子（直徑/pm）
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 Li+
Na+
K+
Rb+
Cs+
2、猜想這些名稱的含義
思考
C原子:2×5=10
O原子:5
10+5=15
C原子:2×4=8
O原子:4
8+4=12
3、冠醚靠什么原子吸引陽離子
思考
C原子是環(huán)的骨架，穩(wěn)定了整個冠醚
氧原子吸引陽離子。

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