第3章第4節(jié)配合物與超分子教師版-2021-2022學年高二化學學案（新教材人教版選擇性必修2）

《20212022學年高二化學同步精品學案（新人教版選擇性必修2）》第三章晶體結構與性質(zhì)第四節(jié)配合物與超分子【復習引入】已知AlCl3和雙聚氯化鋁（Al2Cl6）的結構式如下：eqClo\ac(Al,\s\up11(|),\s\up22(Cl))—Cleqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))eq\a(＼,／)Al\a(／,＼)eqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))eq\a(＼,／)Al\a(／,＼)eqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))（1）AlCl3中Al原子的雜化方式sp2，Al2Cl6中Al原子的雜化方式sp3。（2）雙聚氯化鋁（Al2Cl6）分子中有一種特殊的共價鍵，你能說明它形成的原因嗎？（3）在NH4+中也存在類似的共價鍵，用電子式表示NH3

+

H+

=NH4+的形成過程eqH\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))\o\ac(N,\s\up6(··),\s\up12(H),\s\do6(··))\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))H＋eq\o\ac(H)+→eq[H\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))\o\ac(N,\s\up6(··),\s\up12(H),\s\do6(··),\s\do12(H))\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))H]+。一、配合物1．配位鍵（1）概念：由一個原子單方面提供孤電子對，而另一個原子提供空軌道而形成的化學鍵，即““電子對給予—接受””鍵。（2）特點：①配位鍵是一種特殊的共價鍵（其本質(zhì)也是σ鍵）；配位鍵同樣具有共價鍵的飽和性和方向性；②以NH4+的形成過程為例，盡管配位鍵與其它三條共價鍵不同，但形成NH4+后，這四個共價鍵的鍵長、鍵角、鍵能完全相同，表現(xiàn)的化學性質(zhì)也完全相同，所以NH4+空間構型為正四面體，NH4+的結構式也可表示：eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqHo\ac(N,\s\up11(|),\s\up22(H),\s\do11(|),\s\do22(H))—H))eq\s\up33(+)。2．配合物【實驗32】化學式CuSO4CuCl2CuBr2NaClK2SO4KBr固體顏色白色綠色深褐色白色白色白色溶液（水足量）顏色天藍色天藍色天藍色無色無色無色實驗說明什么離子呈天藍色，什么離子沒有顏色溶液呈天藍色是由陽離子Cu2+引起的，SO42、Cl、Br、Na+、K+在溶液中均無色【深度思考】①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。②結合化學鍵的相關知識，分析Cu2+與H2O是如何結合的呢？③根據(jù)該離子的球棍模型，寫出對應的結構簡式eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqH2Oo\ac(Cu,\s\up11(|),\s\up22(H2O),\s\do11(|),\s\do22(H2O))—OH2))eq\s\up33(2+)。（1）配合物的定義：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。如[Cu(H2O)4]SO4，其中[Cu(H2O)4]2+稱為配離子。（2）配合物的組成部分及含義①中心原子（或離子）：提供空軌道的原子（或離子）。②配體：提供孤電子對的陰離子或分子；配體中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。③配位數(shù)：直接與中心原子形成的配位鍵的數(shù)目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位數(shù)為6。（3）常見配合物的形成實驗【實驗33】實驗操作實驗現(xiàn)象離子方程式向盛有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↓＋2NHeq\o\al(＋,4)繼續(xù)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]2＋＋2OH－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[Cu(NH3)4]2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋H2Oeq\o(=,\s\up7(乙醇))[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓【深度思考】①在得到的深藍色透明溶液中和在析出的深藍色的晶體中，深藍色都是由于存在[Cu(H2O)4]2+，其中心離子是Cu2+，配位原子是O，結構簡式可表示為eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqH2Oo\ac(Cu,\s\up11(|),\s\up22(H2O),\s\do11(|),\s\do22(H2O))—OH2))eq\s\up33(2+)。②實驗中加入乙醇的作用是減小“溶劑”的極性,降低溶質(zhì)溶解度。③[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體中呈正四面體的粒子是SO42－,雜化類型是sp3的原子是N、S、O。

④根據(jù)所學絡合物的知識，結合上述實驗，理解表格中的兩個實驗并書寫離子方程式。實驗操作實驗現(xiàn)象有關離子方程式溶液變?yōu)榧t色Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3滴加AgNO3溶液后，試管中出現(xiàn)白色沉淀，再滴加氨水后沉淀溶解，溶液呈無色Ag＋＋Cl－=AgCl↓AgCl＋2NH3=[Ag(NH3)2]＋＋Cl－二、超分子1．概念：由兩種或兩種以上的分子（或離子）通過分子間相互作用形成的分子聚集體。2．超分子兩個的重要特征：分子識別和自組裝。。3．應用：分離C60和C70、冠醚識別堿金屬離子【理解應用】（1）利用分子間作用力形成超分子進行“分子識別”，實現(xiàn)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。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(huán)使用【答案】A〔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錯誤、B和C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(xiàn)將C60與C70分離，且"杯酚"能夠循環(huán)使用，D正確。（2）已知冠醚15冠5空腔直徑為170220pm，Li+、Na+、K+、Rb+離子直徑分別為152pm、204pm、276pm、304pm，下列適合冠醚15冠5識別的是()A．Li+ B．Na+C．K+ D．Rb+【答案】B【預習檢驗】1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)（1）配位鍵實質(zhì)上是一種特殊的共價鍵(√)（2）提供孤電子對的微粒既可以是分子，也可以是離子(√)（3）AgCl是一種溶解度很小的難溶物，難溶于酸、堿溶液中(×)（4）CuSO4·5H2O和KAl(SO4)2·12H2O都屬于配合物(×)（5）超分子就是高分子(×)（6）Fe3＋遇KSCN呈紅色，是因為生成了絡離子，而Fe2＋遇KSCN不顯紅色，沒有絡離子生成()2．膽礬CuSO4·5H2O可寫[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其結構示意圖如下，有關膽礬的說法正確的是（）A．該配合物的配體是H2O，配位數(shù)為5B．Cu2＋的價電子排布式為3d84s1C．膽礬中的水在不同溫度下會分步失去D．膽礬中含有的共價鍵有離子鍵、極性鍵、配位鍵和氫鍵【答案】C〔解析〕A項，根據(jù)[Cu(H2O)4]SO4·H2O可知，配位數(shù)為4，錯誤；B項，Cu2＋的價電子排布式為3d9，錯誤；C項，由圖可知，膽礬中有1個H2O與其他微?？繗滏I結合，易失去，有4個H2O與Cu2＋以配位鍵結合，較難失去，正確；D項，氫鍵不是化學鍵。3．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(xù)滴加濃氨水，難溶物溶解，得到深藍色透明溶液。下列對此現(xiàn)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．NH3與Cu的配位能力弱于H2OC．沉淀溶解后，生成深藍色的配離子[Cu(NH3)4]2＋D．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【答案】C〔解析〕發(fā)生的反應為Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)，Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋轉化為配離子，濃度減小，A錯誤；繼續(xù)添加氨水，由于Cu2＋以[Cu(NH3)4]2＋形式存在，說明NH3與Cu的配位能力強于H2O，B錯誤；[Cu(NH3)4]2＋是深藍色的，C正確；上述現(xiàn)象是Cu2＋的性質(zhì)，與SOeq\o\al(2－,4)無關，故換用Cu(NO3)2溶液仍可觀察到同樣的現(xiàn)象，D錯誤。4．(1)Zn的氯化物與氨水反應可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2，1mol該配合物中含有σ鍵的數(shù)目為________，配位原子是________。它的電離方程式是__________________________。(2)關于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的說法正確的是________。A．配位數(shù)為6B．配體為NH3和Cl－C．[Zn(NH3)4]2＋為內(nèi)界D．Zn2＋和NH3以離子鍵結合【答案】(1)16NAN[Zn(NH3)4]Cl2=[Zn(NH3)4]2＋+2Cl－(2)C〔解析〕(1)[Zn(NH3)4]Cl2中[Zn(NH3)4]2＋與Cl－形成離子鍵，而1個[Zn(NH3)4]2＋中含有4個N→Zn鍵(配位鍵)和12個N—H鍵，共16個σ鍵，故1mol該配合物中含有16molσ鍵，即16NA。(2)Zn2＋的配位原子個數(shù)是4，所以其配位數(shù)是4，故A錯誤；該配合物中氮原子提供孤電子對，所以NH3是配體，故B錯誤；[Zn(NH3)4]Cl2中外界是Cl－，內(nèi)界是[Zn(NH3)4]2＋，故C正確；該配合物中，鋅離子提供空軌道，氮原子提供孤電子對，所以Zn2＋和NH3以配位鍵結合，屬于特殊共價鍵，不屬于離子鍵，故D錯誤。5．根據(jù)配位鍵的形成條件，完成下列各題。（1）以下微粒中不含有配位鍵的是。①NHeq\o\al(＋,4)②H3O＋③CH4④N2Heq\o\al(＋,5)⑤[Ag(NH3)2]OH⑥Fe(SCN)3⑦CH3COO－（2）NH3和BF3可以通過配位鍵形成NH3·BF3，則NH3·BF3的結構式。（3）CaF2難溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，原因是。(用離子方程式表示，已知[AlF6]－在溶液中可穩(wěn)定存在)。（4）硼酸的結構式為eqHOo\ac(B,\s\do11(|),\s\do22(OH))—OH，屬于一元酸，試寫出其電離方程式?！敬鸢浮浚?）③⑦（2）eqHo\ac(N,\s\up11(|),\s\up22(H),\s\do11(|),\s\do22(H))—eqo\ac(B,\s\up11(|),\s\up22(F),\s\do11(|),\s\do22(F))—F（3）3CaF2＋Al3＋3Ca2＋＋AlFeq\o\al(3－,6)（4）H3BO3+H2OH++[B(OH)4]－〔解析〕（3）CaF2中存在沉淀溶解平衡：CaF2(s)Ca2＋(aq)＋2F－(aq)，溶液中的F－與Al3＋形成配位離子AlFeq\o\al(3－,6)，使沉淀溶解平衡向右移動，導致氟化鈣溶解（4）根據(jù)H3BO3結構式，若羥基（—OH）中的H原子電離，應形成三元酸，H3BO3以配位鍵結合水中的OH－，電離出H＋。6．取CoCl3·6NH3(黃色)、CoCl3·5NH3(紫紅色)、CoCl3·4NH3(綠色)和CoCl3·4NH3(紫色)四種化合物各1mol，分別溶于水，加入足量硝酸銀溶液，立即產(chǎn)生氯化銀，沉淀的量分別為3mol、2mol、1mol和1mol。請根據(jù)實驗事實用配合物的形式寫出它們的化學式：CoCl3·6NH3，CoCl3·4NH3(綠色和紫色)。【答案】[Co(NH3)6]Cl3[Co(NH3)4Cl2]Cl〔解析〕配合物的內(nèi)界難電離，外界可以電離。1molCoCl3·6NH3只生成3molAgCl，說明外界有3個Cl－，則6個NH3作為配體，化學式為[Co(NH3)6]Cl3；CoCl3·4NH3(綠色和紫色)中有1個Cl－為外界離子，配體為4個NH3和2個Cl－，化學式均為[Co(NH3)4Cl2]Cl。7．CuCl2溶液有時呈藍色，有時呈綠色，這是因為在CuCl2溶液中存在如下的平衡：[Cu(H2O)4]2＋＋4Cl－[CuCl4]2－＋4H