資源簡介

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第三章　
晶體結構與性質
第四節　
配合物與超分子
[明確學習目標]
1．知道配位鍵的特點。
2．認識簡單的配位化合物的成鍵特征。
3．了解配位化合物的存在與應用。
[核心素養對接]
1．宏觀辨識與微觀探析：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。
2．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。
課前篇
·
自主學習固基礎
一、配合物
[知識梳理]
1．配位鍵
由一個原子單方面提供____________，而另一個原子提供___________而形成的共價鍵，即“電子對給予—接受”鍵，是一類特殊的共價鍵。
孤電子對　
空軌道
2．配位化合物
(1)定義：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___________結合形成的化合物，簡稱配合物。
配位鍵　
實驗操作 實驗現象 有關離子方程式或原因分析
滴加氨水后，試管中首先出現__________，氨水過量后沉淀逐漸溶解，滴加乙醇后析出__________ Cu2＋＋2NH3·H2O==Cu(OH)2↓
＋2NH
Cu(OH)2＋4NH3==[Cu(NH3)4]2＋
＋2OH－
[Cu(NH3)4]2＋＋SO＋H2O ===
[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
(2) 配合物的形成舉例
藍色沉淀
深藍色晶體　
溶液顏色________ Fe3＋與SCN－可形成血紅色配離子
續表
變紅
二、超分子
1．超分子是由_________或_________以上的分子通過__________相互作用形成的分子聚集體。
2．超分子的重要特征：__________和_________。
兩種　
兩種　
分子間
分子識別
自組裝
[自我排查]
一、微判斷
(1)配位鍵是不同于共價鍵、離子鍵的化學鍵(　　)
(2)提供空軌道的只能是過渡元素的原子或離子(　　)


二、嘗試解答
人體內血紅蛋白是Fe2＋卟啉配合物，Fe2＋與O2結合形成配合物，而CO與血紅蛋白中Fe2＋也能形成配合物。
(1) 根據生活常識，比較說明其配合物的穩定性。
(2) 還有哪種氧化物也可與血紅蛋白中的Fe2＋結合？
提示：(1)血紅蛋白中Fe2＋與CO形成的配合物更穩定。
(2) NO，中毒原理同CO。
課堂篇
·
重點難點要突破
研習1 配位鍵與配合物
將下圖中的六種固體物質溶于足量的水中，觀察實驗現象。
[探究活動]
[問題探討]
1．上述溶液中，哪些溶液呈藍色？
提示：CuSO4溶液、CuCl2溶液、CuBr2溶液呈藍色。
2．該實驗說明哪些離子沒有顏色？什么離子呈藍色？
提示：該實驗說明Na＋、K＋、SO42－、Cl－、Br－均沒有顏色。水合銅離子呈藍色。
3．上述實驗中呈藍色的物質是什么？你知道它是怎樣形成的嗎？
提示：實驗中呈藍色的物質是四水合銅離子，表示為[Cu(H2O)4]2＋。四水合銅離子中，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而形成配合物[Cu(H2O)4]2＋。
[重點講解]
1．配位鍵
2．配合物
(1) 概念
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) 配合物的組成
配合物由中心原子或離子(提供空軌道)和配體(提供孤電子對)組成，分為內界和外界，以[Cu(NH3)4]SO4為例表示為
①中心原子(或離子)：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Cu2＋、Zn2＋、Fe等。
②配體：提供孤電子對的分子或離子。配體可以是陰離子，如X－(鹵素離子)、OH－、SCN－等，也可以是中性分子，如H2O、NH3、CO等。配位原子必須是含有孤電子對的原子，常是第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子。
③配位數：直接同中心原子(或離子)配位的原子數目叫中心原子(或離子)的配位數，如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位數是6。
(3) 常見配合物的制備實驗
實驗操作 實驗現象 有關反應離子方程式
溶液變紅色 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
實驗操作 實驗現象 有關反應離子方程式
先產生白色沉淀，加氨水振蕩后白色沉淀消失，得到澄清的無色溶液 Ag＋＋Cl－===Ag Cl↓
AgCl＋2NH3===[Ag(NH3)2]＋＋Cl－
續表
(4) 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。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，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。如Fe3＋與SCN－形成硫氰化鐵配離子，其溶液顯紅色。
③穩定性增強
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。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。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，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結合后，就很難再與O2分子結合，血紅素失去輸送氧氣的功能，從而導致人體CO中毒。
[典例1]　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．沉淀溶解后，生成深藍色的配離子[Cu(NH3)4]2＋
C．配位化合物中只有配位鍵
D．在配離子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋給出孤電子對，NH3提供空軌道
B
解析：Cu2＋轉化為[Cu(NH3)4]2＋，c(Cu2＋)減小；NH3與Cu2＋形成配位鍵，Cu2＋提供空軌道，NH3提供孤電子對。
[舉一反三]
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
解析：配位鍵的形成條件必須是一方能提供孤電子對，另一方能提供空軌道，A、B、C三項中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空軌道，NH3、H2O、CO中的N、O、O原子能提供孤電子對，所以能形成配位鍵，而D項中的Ag＋與H＋都只能提供空軌道，而無法提供孤電子對，所以不能形成配位鍵。
研習2 超分子
[探究活動]
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。超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。
[問題探討]
分子以什么樣的作用形成超分子？
提示：說法很紛繁，有人將其概括為非共價鍵，有人則將其限于分子間作用力。
[重點講解]
1．超分子的定義
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。
3．應用實例——分子識別
(1)“杯酚”識別分子，如圖所示。
(2) 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，如圖所示。
4．超分子化學
(1)含義：研究超分子的化學叫超分子化學，是化學與生物學、物理學、信息科學、材料科學和環境科學等多門學科交叉構成的邊緣科學。
(2)研究方向：超分子化學(主—客體化學)和超分子有序組裝體化學。
(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。
[典例2]　下列有關超分子的說法正確的是(　　)
A．超分子是如蛋白質一樣的大分子
B．超分子是由小分子通過聚合得到的高分子
C．超分子是由高分子通過非化學鍵作用形成的分子聚集體
D．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
D
解析：超分子不同于蛋白質、淀粉等大分子，也不同于高分子，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。
利用分子間作用力形成超分子進行“分子識別”，實現分子分離，是超分子化學的重要研究和應用領域。如圖表示用“杯酚”對C60和C70進行分離的過程，下列對該過程的說法錯誤的是(　　)
[舉一反三]
A．C70能溶于甲苯，C60不溶于甲苯
B．C60能與“杯酚”形成超分子
C．C70不能與“杯酚”形成超分子
D．“杯酚”能夠循環使用
解析：由題圖可知，C60能夠與“杯酚”通過分子間作用力形成超分子，而C70不能，C60與“杯酚”形成的超分子不能溶于甲苯，但不能證明C60是否能溶于甲苯，A項錯誤，B、C項正確；通過溶劑氯仿的作用，破壞“杯酚”與C60形成的超分子，可實現將C60與C70分離，且“杯酚”能夠循環使用，D項正確。
演習篇
·
學業測試速達標
1．下列關于配位化合物的敘述中，不正確的是(　　)
A．配位化合物中一定存在配位鍵
B．配位化合物中只有配位鍵
C．[Cu(H2O)4]2＋中的Cu2＋提供空軌道，H2O中的氧原子提供孤電子對形成配位鍵
D．配位化合物在半導體等尖端技術、醫學科學、催化反應和材料化學等領域都有廣泛的應用
B
解析：配位化合物中一定含有配位鍵，但也可能含有其他化學鍵，A正確，B錯誤；Cu2＋有空軌道，H2O中氧原子有孤電子對，可以形成配位鍵，C正確；配位化合物應用領域特別廣泛，D選項中提到的幾個領域都在其中。
2．下列物質：①H3O＋　②[B(OH)4]－　③CH3COO－　④NH3　⑤CH4中存在配位鍵的是(　　)
A．①② B．①③ C．④⑤ D．②④
A
解析：H2O分子中各原子已達到穩定結構，H3O＋是H＋和H2O中的O形成配位鍵；[B(OH)4]－是3個OH－與B原子形成3個共價鍵，還有1個OH－的O與B形成配位鍵，而其他物質中均不存在配位鍵。
3．用過量的AgNO3溶液處理含0.01 mol氯化鉻(CrCl3·6H2O)的水溶液，生成0.02 mol的AgCl沉淀，此氯化鉻最可能是(　　)
A．[Cr(H2O)6]Cl3
B．[CrCl(H2O)5]Cl2·H2O
C．[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O
D．[CrCl3(H2O)3]·3H2O
B
解析：與Ag＋反應生成AgCl沉淀的Cl－是由配合物在水溶液中電離出來的，因此在該配合物中1個Cl－在內界，2個Cl－在外界。
4．某物質的結構如圖所示：
下列有關該物質的分析中正確的是(　　)
A．該物質分子中不存在σ鍵
B．該物質的分子內只存在共價鍵和配位鍵兩種作用力
C．該物質是一種配合物，其中Ni原子為中心原子
D．該物質的分子中C、N、O原子均存在孤電子對
C
解析：選項A，該物質中碳原子之間、碳氫原子間、碳氮原子間等，均存在σ鍵；選項B，該物質中H、O原子間存在氫鍵，C與其他原子間存在共價鍵，Ni、N之間存在配位鍵，所以該物質的分子內存在氫鍵、共價鍵、配位鍵三種作用力；選項C，Ni原子具有空軌道，接受孤電子對，是配合物的中心原子；選項D，C原子最外層的4個電子全部參與成鍵，沒有孤電子對。
5．Cu2＋能與NH3、H2O、OH－、Cl－等形成配位數為4的配合物。
(1)向CuSO4溶液中加入過量NaOH溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。
①畫出配離子[Cu(OH)4]2－中的配位鍵______________。
②Na2[Cu(OH)4]中除了配位鍵外，還存在的化學鍵類型有________(填字母)。
A．離子鍵 B．金屬鍵
C．極性共價鍵 D．非極性共價鍵
AC
(2)金屬銅與氨水或過氧化氫都不能反應，但可與氨水和過氧化氫的混合溶液發生反應：Cu＋H2O2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－。其原因是______________
_________________________________________________________________________________________________________________________________。
過氧化氫為氧化劑，將Cu氧化為Cu2＋，氨分子與Cu2＋形成配位鍵
解析：(1)①Cu2＋含有空軌道，OH－含有孤電子對，可形成配位鍵，配離子[Cu(OH)4]2－中1個Cu2＋與4個OH－形成配
位鍵，可表示為 ；
②Na2[Cu(OH)4]為離子化合物，含有離子鍵，并且O—H為極性共價鍵。
(2)過氧化氫可氧化Cu生成Cu2＋，Cu2＋與氨分子形成配位鍵。
本課結束
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