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第三章
第4節(jié) 配合物和超分子
物質(zhì)的結(jié)構(gòu)
和性質(zhì)
第1課時(shí) 配合物
無水硫酸銅粉末
CuSO4
五水合硫酸銅晶體
CuSO4·5H2O
硫酸銅溶液
CuSO4(aq)
無水CuSO4固體是白色的，但CuSO4·5H2O晶體和CuSO4溶液卻是藍(lán)色的，為什么呢？
課堂引入
【問題探討】
一、配位鍵
[實(shí)驗(yàn)3-2] 觀察下表中固體的顏色以及溶于水后形成溶液的顏色，并總結(jié)
規(guī)律。
固體 ①CuSO4 ②CuCl2 ③CuBr2 ④NaCl ⑤K2SO4 ⑥KBr
顏色
白色
綠色
深褐色
白色
白色
白色
一、配位鍵
實(shí)驗(yàn)證明，硫酸銅晶體和Cu2+的水溶液呈藍(lán)色，實(shí)際上是Cu2+和H2O形成的[Cu(H2O)4]2+呈藍(lán)色。[Cu(H2O)4]2+叫做四水合銅離子。
思考：Cu2+與H2O間是通過什么化學(xué)鍵形成[Cu(H2O)4]2+呢？
結(jié)論：固態(tài)二價(jià)銅鹽不一定顯藍(lán)色，溶液呈藍(lán)色與Cu2+和H2O有關(guān)，與
SO42-、Cl-、Br-、Na+、K+無關(guān)。
CuSO4·5H2O晶體 CuCl2·2H2O晶體
藍(lán)色 綠色
CuSO4·5H2O晶體顯藍(lán)色;CuCl2·2H2O晶體顯綠色。
理論解釋：Cu2+與水結(jié)合顯藍(lán)色或綠色
規(guī)律：結(jié)晶水少→多，晶體顏色綠→藍(lán)
一、配位鍵
[Cu(H2O)4]2+的形成過程：
Cu2+ + 4H2O [ Cu(H2O)4]（藍(lán)色）
29
Cu
3d104s1
29
Cu2+
3d9
失2e-
價(jià)層電子排布圖
激發(fā)
雜化
dsp2
H2O
孤電子對
H2O
H2O
H2O
[Cu(H2O)4]2+
平面正方形
2+
一、配位鍵
1.概念：由一個(gè)原子單獨(dú)提供孤電子對，另一個(gè)原子提供空軌道而形成的化學(xué)鍵，即“電子對給予—接受”鍵稱為配位鍵。
Cu2+ + 4H2O [ Cu(H2O)4]（藍(lán)色）
2+
空軌道
(電子對接受體)
孤電子對
(電子對給予體)
配位鍵
2.表示方法：
A—B
電子對給予體
電子對接受體
（或A B）
Cu
OH2
H2O
H2O
2+
OH2
Cu
OH2
H2O
H2O
2+
OH2
中心離子或原子
配體
一、配位鍵
3.形成條件：
形成條件
一方能提供孤電子對(配體)
另一方能提供空軌道(中心原子或離子)
①原子:常為ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素原子
②分子:H2O、NH3、HF、CO等
③離子:鹵素離子、OH-、CN-、SCN-等
①一般是過渡金屬的原子或離子:Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等
②部分主族元素:H＋、Al3＋、B、Mg2+等
一、配位鍵
依據(jù)反應(yīng) NH3 +H＋ =NH4 ＋ ，討論NH3是如何與H＋形成NH4＋的？
思考配位鍵的特點(diǎn)
NH4＋中的4個(gè)N-H(鍵能、鍵長和鍵角)完全相同, NH4＋空間結(jié)構(gòu)為正四面體。
相同原子間形成的配位鍵與它們之間形成的共價(jià)單鍵相同。
一、配位鍵
4.特點(diǎn)：
②配位鍵一般是共價(jià)單鍵，屬于σ鍵。
①配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵，與共價(jià)鍵性質(zhì)完全相同。
③配位鍵具有方向性和飽和性。
一般多數(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(gè)配位鍵；Cu2＋形成4個(gè)配位鍵等。
一、配位鍵
依據(jù)電子式，討論H2O與H＋是如何形成H3O＋的。
二、配合物
1、概念：通常把金屬離子或原子與某些分子或離子以配位鍵結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物。
如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH
[Cu(NH3)4 ]SO4
一般是由內(nèi)界和外界構(gòu)成，內(nèi)界由中心離子(或原子)、配體構(gòu)成。
中
心
離
子
配離子(內(nèi)界)
離子(外界)
配
體
配位原子
配
位
數(shù)
配合物的內(nèi)界與外界以離子鍵結(jié)合，在水中完全電離，內(nèi)界(配離子)較穩(wěn)定，電離非常微弱。
= [Cu(NH3)4]2+
+ SO42-
2、配合物的組成部分及含義。以[Cu(NH3)4]SO4為例
二、配合物
(1)中心原子(離子)：提供空軌道，一般是過渡金屬，如Cu2+、Ag+、
(2)配位體:含孤電子對的分子或離子，NH3 、H2O、CO、Cl- 、SCN- 、CN-
(3)配位原子：配體中具有孤電子對的原子，如 N O P S
(4)配位數(shù)：直接同中心原子配位的原子數(shù)目，一般是2、4、6、8
(5)配離子的電荷：等于中心離子和配體總電荷的代數(shù)和，如：[Fe(SCN)6]3-
配合物 內(nèi)界 外界 中心粒子 配位體 配位數(shù)
[Ag(NH3)2]OH
K3[Fe(CN)6]
Na3[AlF6]
[Co(NH3)5Cl]Cl2
Ni(CO)4
配離子念法：配位數(shù)→配體名稱→合→中心原子(離子)名稱
氫氧化二氨合銀
六氰合鐵酸鉀
六氟合鋁酸鈉
二氯化一氯五氨合鈷
四羰基合鎳
[Ag(NH3)2]＋
OH－
Ag＋
NH3
2
[Fe(CN)6]3－
K＋
Fe3＋
CN－
6
6
[AlF6]3－
Na＋
Al3＋
F－
[Co(NH3)5Cl]2＋
Cl－
Co3＋
NH3、Cl－
6
Ni(CO)4
無
Ni
CO
4
固態(tài)時(shí)屬于哪種晶體？
離子晶體
分子晶體
二、配合物
注意：
(1)配合物必須有內(nèi)界，可以無外界。含中性配合單元的配合物沒有外界
如Ni(CO)4 , Fe(CO)5。
(2)配位體可以是離子或分子，可以有一種或多種[Co(NH3)5Cl]Cl2，整個(gè)配
合物電中性。
(3)配位化合物一定含有配位鍵，但含有配位鍵的化合物不一定是配位化
合物！
如：CO、NH4+、H3O+、SO42-、P2O5等。
NH4Cl等銨鹽中的NH4+雖有配位鍵，但一般不認(rèn)為是配合物。
二、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， ，
繼續(xù)添加氨水并振蕩試管，
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， 。
出現(xiàn)藍(lán)色沉淀
藍(lán)色沉淀溶解變?yōu)樗{(lán)色溶液
析出藍(lán)色晶體
Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+
Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2++2OH-
說明該配合物在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度
[Cu(NH3)4]2+ + SO42-+H2O=[Cu(NH3)4]SO4·H2O
二、配合物
[Cu(H2O)4]2+
[Cu(NH3)4]2+
Cu(OH)2
[Cu(H2O)4]2＋+ 4NH3 = [Cu(NH3)4]2＋ + 4H2O
更穩(wěn)定。
Cu2+與NH3形成的配位鍵和Cu2+與H2O形成的配位鍵哪個(gè)穩(wěn)定？從結(jié)構(gòu)角度解釋。
因?yàn)镠2O、NH3同為中性分子，但電負(fù)性N＜O，N比O更容易給出孤對電子，與Cu2＋形成的配位鍵更強(qiáng)。
配位鍵的強(qiáng)度有大有小，有的配合物較穩(wěn)定，有的配合物較不穩(wěn)定。通常情況，較穩(wěn)定的配合物可以轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性更強(qiáng)的配合物。
KSCN溶液
棕黃色 FeCl3溶液
血紅色溶液
[Fe(SCN)6]3-
Fe3+ + nSCN- [Fe(SCN)n]3-n
n = 1~6，隨SCN-的濃度而異
Fe3+ + SCN- Fe(SCN)2+
Fe(SCN)2+ + SCN- Fe(SCN)2+
Fe(SCN)52- + SCN- Fe(SCN)63-
…
Fe3＋＋3SCN－= Fe(SCN)3
應(yīng)用：鑒別溶液中是否存在Fe3+；因硫氰化鐵配離子的顏色極似
血液，常被用于電影特技和魔術(shù)。
二、配合物
簡單離子和配離子的區(qū)別
實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 解釋
兩滴
FeCl3(aq)
少量水
兩滴
KSCN(aq)
兩滴
K3[Fe(CN)6](aq)
少量水
兩滴
KSCN(aq)
溶液變?yōu)?br/>紅色
無明顯現(xiàn)象
生成 [Fe(SCN)n]3－n
(n = 1～6)
[Fe(CN)6]3－
很難電離出 Fe3+
在一定條件下， 配位鍵比較穩(wěn)定，配離子(內(nèi)界)不易發(fā)生電離。
K3[Fe(CN)6]的電離方程式:
K3[Fe(CN)6]=3K++ [Fe(CN)6]3-
①
①
②
②
[Fe(CN)6]3-與Fe3+性質(zhì)不一樣。
結(jié)論:
＋AgNO3溶液
①
＋氨水
②
NaCl溶液
白色
AgCl沉淀
反應(yīng)①：Ag+ + Cl－ = AgCl↓
反應(yīng)②：AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]＋ + Cl－
沉淀消失，
得澄清的無色溶液
二氨合銀離子
二、配合物
(1)溶解性改變
某些難溶于水的金屬氫氧化物、鹵化物、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)顏色改變
當(dāng)簡單離子形成配離子時(shí)，其性質(zhì)往往有很大差異。顏色發(fā)生變化就是一種常見的現(xiàn)象，根據(jù)顏色的變化就可以判斷是否有配離子生成。
3、配合物的形成對性質(zhì)的影響
二、配合物
(3)穩(wěn)定性增強(qiáng)
配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強(qiáng)，配合物越穩(wěn)定。
當(dāng)作為中心離子的金屬離子相同時(shí)，配合物的穩(wěn)定性與配體的性質(zhì)有關(guān)。
例如：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(qiáng)，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，血紅素失去輸送氧氣的功能，從而導(dǎo)致人體CO中毒。
二、配合物
4、配合物的應(yīng)用
葉綠素
(1)生命體中的應(yīng)用
血紅蛋白
維生素B12
二、配合物
4、配合物的應(yīng)用
(2)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用
熱水瓶膽鍍銀(銀鏡反應(yīng))
[Ag(NH3)2]OH
電解氧化鋁的助熔劑
Na3[AlF6]
戰(zhàn)
課堂練習(xí)
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＋
D
2、0.01 mol氯化鉻(CrCl3·6H2O)在水溶液中用過量的AgNO3處理，產(chǎn)生0.01 mol AgCl沉淀，此氯化鉻最可能是( )
A.[Cr(H2O)6]Cl3 B.[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O
C.[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O D.[Cr(H2O)3Cl3]·3H2O
C
3.某物質(zhì)的結(jié)構(gòu)如圖所示：
下列有關(guān)該物質(zhì)的分析中正確的是( )
A.該物質(zhì)分子中不存在σ鍵
B.該物質(zhì)的分子內(nèi)只存在共價(jià)鍵和配位鍵兩種作用力
C.該物質(zhì)是一種配合物，其中Ni原子為中心原子
D.該物質(zhì)的分子中C、N、O原子均存在孤電子對
C
課堂練習(xí)
三、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。分子是廣義的，包括離子。
2、超分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
分子層
分子團(tuán)簇
分子長鏈
超分子是組成復(fù)雜的，有組織的分子聚集體，并保持一定的完整性使其具有明確的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀特性。
三、超分子
3、特性
(1)分子間相互作用：通過非共價(jià)鍵結(jié)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:
有的是有限的 有的是無限伸展的
三、超分子
4、重要特征及其應(yīng)用
C60
C70
①分離C60與C70
1）分子識(shí)別
三、超分子
O
O
O
O
O
O
O
O
O
15-冠-5 填充模型
15-冠-5 鍵線式
12-冠-4 球棍模型
14-冠-4 鍵線式
②冠醚識(shí)別堿金屬離子
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
三、超分子
冠醚 冠醚空腔直徑/pm 合適的粒子（直徑/pm）
12-冠-4 120～150 Li+（152） 15-冠-5 170～220 Na+（204） 18-冠-6 260～320 K+（276）、Rb+（304） 21-冠-7 340～430 Cs+（334） 表3-6 冠醚識(shí)別鉀離子
18-冠-6–K+超分子
冠醚與金屬陽離子通過配位作用相結(jié)合，不同大小的冠醚可以識(shí)別不同大小的堿金屬離子。
三、超分子
細(xì)胞外部
磷脂分子
雙分子層
細(xì)胞質(zhì)
疏水端
親水端
親水端
超分子組裝的過程稱為分子自組裝(Molecular self-assembly)，自組裝過程(Self-organization)是使超分子產(chǎn)生高度有序的過程。
2）超分子組裝
烷基磺酸根離子在水中自組裝為膠束

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