第四节 配合物与超分子
[核心素养发展目标] 1.能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法,能判断常见的配合物。2.能利用配合物的性质去推测配合物的组成,从而形成“结构决定性质”的认知模型。3.了解超分子的结构特点与性质。
一、配位键
1.概念
由一个原子单方面提供________,而另一个原子提供________而形成的化学键,即“电子对给予—接受”键。
2.实例
在四水合铜离子中,铜离子与水分子之间的化学键是由__________提供孤电子对给予________,________接受________的孤电子对形成的。
3.表示方法
配位键可以用A→B来表示,其中A是________孤电子对的分子或离子,B是________孤电子对的原子或金属离子。例如:
①NH中的配位键表示为
________________________________________________________________________。
②[Cu(NH3)4]2+中的配位键表示为
________________________________________________________________________。
③[Cu(H2O)4]2+中的配位键表示为
________________________________________________________________________。
4.配位键的形成条件
(1)成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等;离子有Cl-、OH-、CN-、SCN-等。
(2)成键原子另一方能提供空轨道。如H+、Al3+、B及过渡金属的原子或离子。
(3)配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说,多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的,如Ag+形成2个配位键,Cu2+形成4个配位键等。
1.共价键有饱和性,但NH3为什么仍能与H+结合生成NH呢?
2.H2O与H3O+相比,回答下列问题:
(1)中心原子的杂化方式是否相同?
(2)微粒的空间结构是否相同?
(3)微粒中的键角是否相同?若不同,哪个键角大?
3.配位键与普通的共价键有什么不同?
1.下列不能形成配位键的组合是( )
A.Ag+、NH3 B.H2O、H+
C.Co3+、CO D.Ag+、H+
2.下列分子或离子中,能提供孤电子对与某些金属离子形成配位键的是( )
①H2O ②NH3 ③F- ④CN- ⑤CO
A.①② B.①②③
C.①②④ D.①②③④⑤
3.化合物NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3。
(1)配位键的形成条件是_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在NH3·BF3中,________原子提供孤电子对,________原子接受电子对。
二、配合物
1.概念
通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以________结合形成的化合物称为配位化合物,简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。
2.组成
配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如图所示:
(1)中心原子:提供空轨道接受孤电子对的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子),最常见的有过渡金属离子:Fe3+、Ag+、Cu2+、Zn2+等。
(2)配体:提供孤电子对的阴离子或分子,如Cl-、NH3、H2O等。配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子,如NH3中的N,H2O中的O等。
(3)配位数:直接与中心原子形成的______的数目。如[Fe(CN)6]4-中Fe2+的配位数为________。
3.常见配合物的形成实验
实验操作 实验现象 有关离子方程式
滴加氨水后,试管中首先出现________,氨水过量后沉淀逐渐________,得到深蓝色的透明溶液,滴加乙醇后析出深蓝色晶体
溶液变为____ Fe3++3SCN-??Fe(SCN)3
滴加AgNO3溶液后,试管中出现________,再滴加氨水后沉淀________,溶液呈_____
4.配合物的形成对性质的影响
(1)颜色改变,如Fe(SCN)3的形成。
(2)溶解度改变,如AgCl沉淀可溶于氨水得到[Ag(NH3)2]+。
5.配合物的应用
(1)配合物跟人类生活有密切的关系。例如,在人和动物体内起输送氧气作用的血红素是
Fe2+的配合物。
(2)配合物在生产和科学技术方面的应用也很广泛,例如,在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。
(1)配位键实质上是一种特殊的共价键( )
(2)提供孤电子对的微粒既可以是分子,也可以是离子( )
(3)有配位键的化合物就是配位化合物( )
(4)配位化合物都很稳定( )
(5)在配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2中的Cl-均可与AgNO3反应生成AgCl沉淀( )
(6)Ni(CO)4是配合物,它是由中心原子与配体构成的( )
1.回答下列关于配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的问题。
(1)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中提供孤电子对的是什么?
(2)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O在溶液中电离出什么离子?
(3)1 mol [TiCl(H2O)5]Cl2·H2O与足量AgNO3溶液反应,产生沉淀的物质的量是多少?
2.(1)人体内血红蛋白是Fe2+卟啉配合物,Fe2+与O2结合形成配合物,而CO与血红蛋白中Fe2+也能形成配合物。根据生活常识,比较说明其配合物的稳定性。
(2)[Cu(NH3)4]2+与[Cu(H2O)4]2+哪个配位离子更稳定?原因是什么?
(3)NH3可与Cu2+形成配合物,但NF3很难与Cu2+形成配合物,原因是什么?
(1)配合物的稳定性
配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强,配合物越稳定。当作为中心原子(或离子)的金属原子(或离子)相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。
(2)配位键的稳定性
①电子对给予体形成配位键的能力:NH3>H2O。
②接受体形成配位键的能力:H+>过渡金属>主族金属。
③配位键越强,配合物越稳定。如稳定性:Cu2+—OH-<Cu2+—NH3<H+—NH3。
1.下列化合物属于配合物的是( )
A.Cu2(OH)2SO4 B.NH4Cl
C.[Zn(NH3)4]SO4 D.KAl(SO4)2
2.某物质A的实验式为CoCl3·4NH3,1 mol A中加入足量的AgNO3溶液中能生成1 mol白色沉淀,以强碱处理并没有NH3放出,则关于此化合物的说法中正确的是( )
A.Co3+只与NH3形成配位键
B.配合物配位数为3
C.该配合物可能是平面正方形结构
D.此配合物可写成[Co(NH3)4Cl2] Cl
三、超分子
1.定义:超分子是由________________的分子通过________________形成的分子聚集体。
特别提醒 (1)超分子定义中的分子是广义的,包括离子。(2)超分子这种分子聚集体有的是有限的,有的是无限伸展的。
2.超分子的两个重要特征是____________和________。
3.实例
(1)“杯酚”分离C60和C70:将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中,再加入甲苯溶剂,溶解未装入“杯酚”的C70,过滤后分离C70;再向不溶物中加入氯仿,溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。
(2)冠醚识别碱金属离子:冠醚是皇冠状的分子,有不同大小的空穴,能与正离子,尤其是碱金属离子络合,并随环的大小不同而与不同的金属离子络合,利用此性质可以识别碱金属离子。
(3)细胞和细胞器的双分子膜。
(4)DNA分子。
1.冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力?
2.冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子,这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体?
1.下列关于超分子的说法不正确的是( )
A.超分子是两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体
B.超分子都是无限伸展的
C.冠醚是一种超分子,可以识别碱金属离子
D.细胞和细胞器的双分子膜具有自组装特征
2.我国科学家制得了SiO2超分子纳米管,微观结构如图所示。下列叙述正确的是( )
A.SiO2与干冰的晶体结构相似
B.SiO2耐腐蚀,不与任何酸反应
C.该SiO2超分子纳米管具有分子识别和自组装的特征
D.光导纤维的主要成分是SiO2,具有导电性
1.下列关于超分子和配合物的叙述不正确的是( )
A.利用超分子的分子识别特征,可以分离C60和C70
B.配合物中只含配位键
C.[Cu(H2O)6]2+中Cu2+提供空轨道,H2O中的氧原子提供孤电子对,从而形成配位键
D.配合物在半导体等尖端技术、医药科学、催化反应和材料化学等领域都有广泛应用
2.下列物质:①H3O+、②[B(OH)4]-、③CH3COO-、④NH3、⑤CH4中存在配位键的是( )
A.①② B.①③ C.④⑤ D.②④
3.向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加浓氨水,先生成难溶物,继续滴加浓氨水,难溶物溶解,得到深蓝色透明溶液。下列对此现象的说法正确的是( )
A.反应后溶液中不存在任何沉淀,所以反应前后Cu2+的浓度不变
B.沉淀溶解后,生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2+
C.反应后的溶液中Cu2+的浓度增加了
D.在配离子[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+提供孤电子对,NH3提供空轨道
4.0.01 mol氯化铬(CrCl3·6H2O)在水溶液中用过量的AgNO3处理,产生0.01 mol AgCl沉淀,此氯化铬最可能是( )
A.[Cr(H2O)6]Cl3
B.[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O
C.[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O
D.[Cr(H2O)3Cl3]·3H2O
5.Cu2+能与NH3、H2O、OH-、Cl-等形成配位数为4的配合物。
(1)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。
①画出配离子[Cu(OH)4]2-中的配位键:___________________________。
②Na2[Cu(OH)4]中除了配位键外,还存在的化学键类型有____________(填字母)。
A.离子键 B.金属键
C.极性共价键 D.非极性共价键
(2)金属铜与氨水或过氧化氢都不能反应,但可与氨水和过氧化氢的混合溶液发生反应:Cu+H2O2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH-。其原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
第四节 配合物与超分子
一、
1.孤电子对 空轨道
2.水分子 铜离子 铜离子 水分子
3.提供 接受
①
②
③
深度思考
1.NH3有孤电子对,H+有空轨道,NH3中的孤电子对进入H+的空轨道,两者共用形成化学键。
2.(1)相同,都为sp3杂化。
(2)不同。H2O呈V形,H3O+呈三角锥形。
(3)不同。H3O+中键角大。因为H2O中中心氧原子有2个孤电子对,而H3O+中中心氧原子有1个孤电子对,孤电子对对成键电子对的作用力大。
3.(1)配位键实质上是一种特殊的共价键。
(2)配位键与普通的共价键只是在形成过程上有所不同。配位键的共用电子对由成键原子单方面提供,普通共价键的共用电子对则由成键原子双方共同提供,但它们的实质是相同的,都是由成键原子双方共用,如NH的结构式可表示为,习惯上也可表示为,在NH中4个N—H的键长、键能和键角都是完全相等的。
应用体验
1.D 2.D
3.(1)形成配位键的一方能够提供孤电子对,另一方能够提供空轨道 (2)氮(或N) 硼(或B)
解析 (1)微粒间形成配位键的条件:一方是能够提供孤电子对的分子或离子,另一方是具有空轨道的原子或离子。(2)在NH3·BF3中,B原子是提供空轨道、N原子提供孤电子对,B、N之间形成配位键。
二、
1.配位键
2.(3)配位键 6
3.蓝色沉淀 溶解 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↓ 红色 白色沉淀 溶解 无色 Ag++Cl-===AgCl↓、AgCl+2NH3===[Ag(NH3)2]++Cl-
正误判断
(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√
深度思考
1.(1)Cl-、H2O。
(2)[TiCl(H2O)5]2+、Cl-。
(3)2 mol。
2.(1)血红蛋白中Fe2+与CO形成的配合物更稳定。
(2)[Cu(NH3)4]2+更稳定。因为N和O都有孤电子对,但O电负性大,吸引孤电子对的能力强,故NH3提供孤电子对的能力比H2O大。
(3)电负性:F>H,使得NF3提供孤电子对的能力小于NH3。
应用体验
1.C [硫酸四氨合锌中二价锌离子是中心离子,四个氨分子在锌离子的四周,是配体,中心离子和配体以配位键结合形成内界,也叫配离子,硫酸根离子处于外界,也叫外界离子,内界和外界构成配合物。]
2.D [由题意可知,Cl-与NH3均与Co3+形成配位键,A错误;配合物中中心原子的电荷数为3、配位数为6,B错误;该配合物应呈八面体结构,Co与6个配体成键,C错误。]
三、
1.两种或两种以上 分子间相互作用
2.分子识别 自组装
深度思考
1.共价键。
2.阴离子,离子晶体。
应用体验
1.B [超分子有的是有限的,有的是无限伸展的,B项错误。]
2.C [SiO2是共价晶体而干冰是分子晶体,二者晶体结构不相似,A项错误;SiO2耐腐蚀,但可与氢氟酸反应,B项错误;超分子的两个重要特征是分子识别和自组装,C项正确;光导纤维的主要成分是SiO2,二氧化硅不导电,D项错误。]
随堂演练 知识落实
1.B
2.A [H2O分子中各原子均已达到稳定结构,H3O+是H+和H2O中的O形成配位键;[B(OH)4]-是3个OH-与B原子形成3个共价键,还有1个OH-的O与B形成配位键,而其他物质中均不存在配位键,故选A。]
3.B [发生的反应为Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH,Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH-,Cu2+转化为配离子,浓度减小,A、C错误;[Cu(NH3)4]2+是深蓝色的,B正确;Cu2+提供空轨道,NH3提供孤电子对,D错误。]
4.C
5.(1)① ②AC
(2)过氧化氢为氧化剂,将Cu氧化为Cu2+,氨分子与Cu2+形成配位键