第三章 晶体结构与性质
第四节 配合物与超分子
基础过关练
题组一 配位键与配合物的组成与判断
1.下列配合物的配位数不为6的是( )
A.[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4
B.[Co(NH3)3(H2O)3]SO4
C.[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]Cl2
D.[Ag(NH3)2]OH
2.下列反应过程中无配合物形成的是( )
A.配制银氨溶液
B.向澄清石灰水中通入过量CO2
C.向CuSO4溶液中滴加过量氨水
D.向FeCl3溶液中加入KSCN溶液
3.配位化合物的数量巨大,组成和结构形形色色,丰富多彩。配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心离子、配体和配位数分别为( )
A.Cu2+、NH3、4 B.Cu+、NH3、4
C.Cu2+、OH-、2 D.Cu2+、NH3、2
4.水合硫酸四氨合铜可由硫酸铜与氨水作用后缓慢加入乙醇而得,其制备的主要原理是CuSO4+4NH3+2H2O[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4。已知该配合物加热时首先失水。下列有关叙述不正确的是( )
A.加入乙醇可以促使水合硫酸四氨合铜晶体析出
B.该配合物中提供孤电子对的原子是N和O
C.H2O与Cu2+之间的配位键比NH3与Cu2+之间的配位键弱
D.该配合物中只含有极性键和配位键两种类型的化学键
5.①(NH4)2[PtCl6]、②H2[PtCl4(OH)2]、③H2[PtCl2(OH)4]是铂的三种配合物,下列说法正确的是( )
A.三种配合物中Pt的化合价均为+6价
B.①中Pt的配位数为6
C.②中Cl-、OH-为配体,提供空轨道
D.1mol③溶于水电离出4molOH-
6.关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物,下列说法正确的是( )
A.配体是Cl-和H2O,配位数是8
B.中心离子是Ti4+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+
C.内界和外界中Cl-的数目比是1∶2
D.在1mol该配合物中加入足量AgNO3溶液,可以得到3molAgCl沉淀
题组二 配合物的结构与性质
7.配离子[Cu(NH3)2(CO)2]2+有两种结构,下列有关该配离子的说法正确的是( )
A.Cu2+的杂化方式是sp3
B.Cu2+的配位数是2
C.[Cu(NH3)2(CO)2]2+的空间构型是平面四边形
D.CO中π键与σ键的个数比为1∶2
8.(1)配位化学创始人维尔纳发现,取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1mol,分别溶于水,加入足量硝酸银溶液,立即产生氯化银沉淀,沉淀的量分别为3mol、2mol、1mol和1mol。
①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。
CoCl3·6NH3: ;
CoCl3·5NH3: ;
CoCl3·4NH3(绿色和紫色): 。
②上述配合物中,中心离子的配位数都是 。
(2)向黄色的氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液,溶液变成红色。该反应在有的教材中用方程式FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl表示。经研究表明,Fe(SCN)3是配合物,Fe3+与SCN-不仅能以1∶3的个数比配合,还能以其他个数比配合。请按要求填空:
①Fe3+与SCN-反应时,Fe3+提供 ,SCN-提供 ,二者通过配位键结合。
②所得Fe3+与SCN-的配合物中,主要是Fe3+与SCN-以个数比1∶1配合所得离子显红色。含该离子的配合物的化学式是 。
③若Fe3+与SCN-以个数比1∶5配合,则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为 。
题组三 超分子
9.我国科学家发现“杯酚”能与C60形成超分子,从而识别C60和C70。下列说法错误的是( )
A.C60、C70均属于非极性分子,氯仿属于极性分子
B.操作①是过滤、操作③是蒸馏
C.“杯酚”与C60之间利用共价键结合在一起
D.“杯酚”能分离C60和C70体现了超分子具有分子识别这个重要特征
10.冠醚是一类皇冠状的分子,可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。18-冠-6可以通过图示方法制备。下列说法错误的是( )
A.18-冠-6分子中C、O都采用sp3杂化
B.18-冠-6可以适配任意碱金属离子
C.冠醚的空穴结构对离子有选择作用,在有机反应中可作催化剂
D.制取方法中(1)为取代反应,另一种产物为HCl
11.冠醚能与阳离子作用,将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂,因而成为有机反应中很好的催化剂。例如KMnO4水溶液对烯烃的氧化效果较差,在烯烃中溶入冠醚,可使氧化反应迅速发生,原理如图。
下列说法错误的是( )
A.冠醚属于超分子
B.冠醚与K+结合后将Mn带入烯烃中,Mn与烯烃充分接触而迅速反应
C.K+通过配位键与冠醚相结合
D.冠醚中C、O原子间的化学键为σ键
能力提升练
题组一 配合物的结构、性质及应用
1.某物质的结构如下所示。下列关于该物质的说法正确的是( )
Cl
A.该配合物中Co3+为中心离子,NH3、Cl为配体
B.1个该物质中含有25个σ键
C.中心离子的配位数为4
D.NH3和Cl中心原子的杂化方式相同
2.氯亚铂酸钾(K2PtCl4)广泛用作制造各种铂配合物和药物的起始原料,一种以氯亚铂酸钾为原料制备有机物Ⅳ的路线如图所示,[PtCl4]2-为平面结构,下列说法正确的是( )
A.Ⅱ的配体为Pt2+
B.Ⅲ中Pt2+和O的杂化方式均为sp3
C.1mol的非金属原子中共含有6mol孤电子对
D.反应③的离子方程式为+2H2O+2Ag++2AgI↓
3.二氯二吡啶合铂分子是一种铂配合物,空间构型为平面四边形,如图有顺式和反式两种同分异构体。科学研究表明,顺式分子具有抗癌活性。下列说法错误的是( )
A.二氯二吡啶合铂分子中铂为+2价
B.顺式二氯二吡啶合铂分子的极性小于反式二氯二吡啶合铂
C.已知吡啶为平面形,可推知吡啶中N原子的杂化方式为sp2
D.吡啶分子中与Pt形成配位键的电子对位于N原子的p轨道上
4.血红蛋白结合O2后的结构如图所示,Fe2+与周围的6个原子均以配位键结合。CO也可与血红蛋白配位,它与血红蛋白结合的能力比O2强得多。二者与血红蛋白(Hb)结合的反应可表示为①Hb+O2Hb(O2) K1
②Hb+COHb(CO) K2
下列说法不正确的是( )
A.Fe2+形成配位键时提供空轨道
B.电负性:O>C,故CO中与Fe2+配位的是O
C.由题意可得结论:相同温度下,K2>K1
D.CO中毒者进入高压氧舱治疗,平衡①、②移动的方向相反
5.Fe3+的配位化合物较稳定且应用广泛。Fe3+可与H2O、SCN-、F-、Cl-分别形成使溶液呈浅紫色的[Fe(H2O)6]3+、红色的[Fe(SCN)6]3-、无色的[FeF6]3-、黄色的[FeCl4]-。某同学按如下步骤完成实验:
已知:向含Co2+的溶液中加入KSCN溶液生成蓝色的[Co(SCN)4]2-;Co2+不能与F-形成配离子。下列说法不正确的是( )
A.溶液Ⅰ呈黄色可能是由Fe3+水解产物的颜色造成的
B.向溶液Ⅲ中加入足量的KSCN固体,溶液可能再次变为红色
C.可用NaF和KSCN溶液检验FeCl3溶液中是否含有Co2+
D.为了能观察到溶液Ⅰ中[Fe(H2O)6]3+的颜色,可向该溶液中加入稀盐酸
6.很多金属原子可与CO形成化学式为M(CO)n的金属羰基配合物。其中,每个CO提供一对电子与金属原子形成配位键,且金属原子的价电子与CO提供的电子总和等于18。下列化学式中符合上述描述的金属羰基配合物的是( )
A.Mn(CO)5 B.Fe(CO)5
C.Co(CO)5 D.Ni(CO)5
题组二 超分子
7.抗癌药阿霉素与环糊精(具有若干个葡萄糖单元的分子)在水溶液中形成超分子包合物,增大了阿霉素的水溶性,控制了阿霉素的释放速度,从而提高其药效。下列说法错误的是( )
A.环糊精分子具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构
B.环糊精分子组成的葡萄糖单元不同,环糊精分子中空圆筒尺寸不同
C.该超分子包合物中环糊精分子和阿霉素分子间只有范德华力
D.阿霉素分子中,基态原子的第一电离能最大的元素为N
8.某种超分子结构如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.该超分子中—CH3的键角∠HCH小于—NH2的键角∠HNH
B.该超分子中存在配位键、氢键等化学键
C.该超分子具有自组装的特征
D.该超分子不能发生水解反应
答案与分层梯度式解析
第三章 晶体结构与性质
第四节 配合物与超分子
基础过关练
1.D A项,[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4中配体为NH3和H2O,配位数为6;B项,[Co(NH3)3(H2O)3]SO4中配体为NH3和H2O,配位数为6;C项,[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]Cl2中配体为NH3、H2O和内界中的Cl-,配位数为6;D项,[Ag(NH3)2]OH中配体为NH3,配位数为2。
2.B A项,配制银氨溶液时,向硝酸银溶液中加入足量氨水会生成配合物[Ag(NH3)2]OH;B项,向澄清石灰水中通入过量CO2反应生成的碳酸氢钙不是配合物;C项,向CuSO4溶液中滴加过量氨水会生成配合物[Cu(NH3)4]SO4;D项,向FeCl3溶液中加入KSCN溶液会生成配合物。
3.A 配合物[Cu(NH3)4](OH)2中,Cu2+为中心离子,NH3为配体,配位数为4,A项正确。
4.D 加入乙醇可以降低水合硫酸四氨合铜的溶解度,促使水合硫酸四氨合铜晶体析出,A正确;该配合物中NH3中的N和H2O中的O提供孤电子对与Cu2+形成配位键,B正确;该配合物加热时首先失去水,说明H2O与Cu2+之间的配位键比NH3与Cu2+之间的配位键弱,C正确;该配合物的内界和外界之间以离子键结合,D错误。
5.B ①②③中Pt的化合价均为+4价,A错误;①中配体为Cl-,Pt的配位数为6,B正确;配体提供孤电子对,Pt提供空轨道,C错误;③中OH-为配体,难电离出来,D错误。
6.C 配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中,配体是Cl-和H2O,配位数是6,A错误;中心离子是Ti3+,B错误;配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,内界和外界中Cl-的数目比是1∶2,C正确;加入足量AgNO3溶液,外界Cl-与Ag+反应,内界Cl-不与Ag+反应,最多只能生成2molAgCl沉淀,D错误。
7.C 若Cu2+是sp3杂化,则[Cu(NH3)2(CO)2]2+为四面体结构,只有一种结构,而配离子[Cu(NH3)2(CO)2]2+有两种结构,则Cu2+不是sp3杂化,A错误;[Cu(NH3)2(CO)2]2+的配位数是4,B错误;当[Cu(NH3)2(CO)2]2+的空间构型是平面四边形时,2个NH3可以在四边形的邻位,也可以在四边形的对位,有两种结构,C正确;CO中π键与σ键的个数之比为2∶1,D错误。
8.答案 (1)①[Co(NH3)6]Cl3 [Co(NH3)5Cl]Cl2 [Co(NH3)4Cl2]Cl ②6
(2)①空轨道 孤电子对 ②[Fe(SCN)]Cl2
③FeCl3+5KSCNK2[Fe(SCN)5]+3KCl
解析 (1)①由题意知,四种配合物的化学式中处于外界的Cl-数目分别为3、2、1、1,则以配合物的形式表示它们的化学式分别为[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl。②根据它们配合物形式的化学式可知,中心离子的配位数都是6。
(2)①Fe3+与SCN-反应生成的配合物中,Fe3+提供空轨道,SCN-提供孤电子对。②Fe3+与SCN-以个数比1∶1配合所得配离子为[Fe(SCN)]2+,故FeCl3与KSCN在水溶液中反应生成[Fe(SCN)]Cl2与KCl。③Fe3+与SCN-以个数比1∶5配合所得配离子为[Fe(SCN)5]2-,故FeCl3与KSCN在水溶液中反应生成K2[Fe(SCN)5]与KCl,反应的化学方程式为FeCl3+5KSCNK2[Fe(SCN)5]+3KCl。
9.C C60和C70分子空间对称,是非极性分子,氯仿是四面体形,属于极性分子,A正确;甲苯将C70溶解,而超分子不能溶解,操作①是过滤,分离氯仿与“杯酚”的操作③是蒸馏,B正确;“杯酚”与C60之间通过分子间作用力形成超分子,C错误;C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中可进行分离,这是利用了超分子的分子识别特征,D正确。
10.B 18-冠-6分子中,C、O的价层电子对数都为4,都采用sp3杂化,A正确;由题干信息“不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子”可知,18-冠-6只能适配相应大小的碱金属离子,B错误;由题干信息可知,冠醚的空穴结构对离子有选择作用,在有机反应中可作催化剂,C正确;制取方法(1)中,生成18-冠-6的同时,还有HCl生成,为取代反应,D正确。
11.A 冠醚是单独的一个分子结构,不是超分子,A错误;已知冠醚能与阳离子作用,将阳离子以及对应的阴离子带入有机溶剂,则冠醚与K+结合后将Mn带入烯烃中,Mn与烯烃充分接触而迅速反应,B正确;冠醚提供孤电子对,K+提供空轨道,两者通过配位键形成超分子,C正确;冠醚中碳原子杂化类型为sp3,C、O原子间形成σ键,D正确。
能力提升练
1.D 由题给结构可知该配合物的中心离子为Co3+,配体为NH3和,故A错误;1个NH3分子中有3个σ键,1个中有2个σ键,1个Cl中有4个σ键,配位键也是σ键,配位键有6个,共有3×4+2×2+4+6=26个σ键,故B错误;该配合物中有4个NH3和2个作配体,中心离子的配位数为6,故C错误;NH3的中心原子氮原子的价层电子对数为3+的中心原子氯原子的价层电子对数为4+(7+1-4×2)=4,中心原子都是sp3杂化,故D正确。
方法点津
配合物内界中σ键数目的计算
用配体内的共价键数乘以该配体的个数,再加上中心原子与配体形成的配位键数,即是配合物中内界所含的σ键数。如配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3×4+4+2=18。
2.D Ⅱ的中心离子为Pt2+,配体为邻二苯胺和I-,A错误;[PtCl4]2-为平面结构,则Ⅲ中Pt2+与2个N原子、2个O原子形成平面结构,Pt2+不是sp3杂化,B错误;中的N、O原子均与Pt2+形成配位键,但只有每个O原子含有1个孤电子对,则1mol的非金属原子中共含有2mol孤电子对,C错误;AgI为难溶性盐,反应③的离子方程式为+2H2O+2Ag++2AgI↓,D正确。
3.B 二氯二吡啶合铂是由Pt2+、Cl-和吡啶结合形成的铂配合物,铂为+2价,A正确;顺式二氯二吡啶合铂分子结构不对称,为极性分子,反式二氯二吡啶合铂分子中Cl-、吡啶均关于Pt2+呈对称结构,分子中正电中心和负电中心重合,属于非极性分子,顺式二氯二吡啶合铂分子的极性大于反式二氯二吡啶合铂,B错误;吡啶的结构简式中N原子形成2个σ键,N上还有1个孤电子对,杂化方式为sp2,C正确;吡啶分子中与Pt形成配位键的电子对位于N原子的2p轨道上,D正确。
4.B Fe2+存在空轨道,形成配位键时提供空轨道,A正确;电负性:O>C,O在成键时不易给出孤电子对,故CO中与Fe2+配位的是C,B错误;CO也可与血红蛋白配位,它与血红蛋白结合的能力比O2强得多,可知反应②正向进行程度比①大,故相同温度下,K2>K1,C正确;CO中毒者进入高压氧舱治疗,氧气浓度增大,反应①平衡正向移动,反应②平衡逆向移动,二者平衡移动的方向相反,D正确。
5.D Fe(NO3)3溶液中部分Fe3+水解生成Fe(OH)3,部分Fe3+形成[Fe(H2O)6]3+;向Fe(NO3)3溶液中加入KSCN溶液,有红色的[Fe(SCN)6]3-生成,再加入NaF溶液,[Fe(SCN)6]3-转化为无色的[FeF6]3-。[Fe(H2O)6]3+使溶液呈浅紫色,Fe3+易水解,Fe(NO3)3溶液呈黄色可能是由Fe3+水解造成的,故A正确;向溶液Ⅲ中加入足量的KSCN固体,SCN-浓度增大,使[Fe(SCN)6]3-(aq)+6F-(aq)[FeF6]3-(aq)+6SCN-(aq)平衡逆向移动,溶液可能再次变为红色,故B正确;先向溶液中加足量NaF溶液,再加KSCN溶液,若溶液呈蓝色,则说明含有Co2+,否则不含Co2+,故C正确;Fe(NO3)3溶液中加稀盐酸形成黄色的[FeCl4]-,观察不到[Fe(H2O)6]3+的颜色,故D错误。
6.B 金属羰基配合物中每个CO提供一对电子与金属原子形成配位键,且金属原子的价电子和CO提供的电子总和等于18,Fe、Co、Ni、Mn原子的价电子数分别为8、9、10、7,符合条件的羰基铁的化学式为Fe(CO)5,羰基镍的化学式为Ni(CO)4,故选B。
7.C 根据题图可知,环糊精分子具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构,故A正确;环糊精分子组成的葡萄糖单元不同,环糊精分子中空圆筒尺寸不同,故B正确;该超分子包合物中环糊精分子和阿霉素分子间有范德华力和氢键(环糊精中含有羟基),故C错误;阿霉素分子中含有H、C、N、O四种元素,同周期元素,从左往右第一电离能呈增大的趋势,N位于第ⅤA族,2p轨道电子半充满较稳定,第一电离能大于O,则这四种元素中第一电离能最大的元素为N,故D正确。
8.C —CH3中的碳原子为sp3杂化,无孤电子对,—NH2中的氮原子为sp3杂化,有1个孤电子对,孤电子对与成键电子对之间的排斥力>成键电子对之间的排斥力,—CH3的键角∠HCH大于—NH2的键角∠HNH,A错误;该分子中无配位键,氢键不是化学键,B错误;超分子具有自组装的特征,C正确;该超分子中具有酰胺基,可以发生水解反应,D错误。
16(共30张PPT)
1.配位键
(1)概念:成键原子或离子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的“电子对给予—接
受”键被称为配位键。
(2)形成条件(详见定点)
(3)表示方法:配位键常用A—B表示,其中A是提供孤电子对的原子,叫配体(或配位体),B是接
受孤电子对的原子或离子,叫中心原子或中心离子。如:配离子[Cu(NH3)4]2+可表示为
[ ]2+。
必备知识 清单破
知识点 1 配合物
第四节 配合物与超分子
2.配位化合物
(1)定义: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)以配
位键结合形成的化合物称为配位化合物,简称配合物。
(2)实验探究配合物的形成
实验操作 实验现象 有关离子方程式
滴加氨水后,试管中首先出现蓝色沉淀;氨水过量后沉淀逐渐溶解,得到深蓝色透明溶液;滴加乙醇后析出深蓝色晶体 Cu2++2NH3·H2O Cu(OH)2↓+2N
Cu(OH)2+4NH3 [Cu(NH3)4]2++2OH-
[Cu(NH3)4]2++S +H2O
[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
溶液颜色变为红色 Fe3++nSCN- [Fe(SCN)n]3-n
(n=1~6)
滴加氨水后,试管中首先出现白色沉淀,氨水过量后沉淀溶解,溶液呈无色 Ag++NH3·H2O AgOH↓+
N
AgOH+2NH3 [Ag(NH3)2]++OH-
(3)配位化合物[Co(NH3)6]Cl3中,Co3+称为中心离子(Co称为中心原子),NH3称为配体。中心离
子与配体构成了配合物的内配位层(或内界),通常把它们放在方括号内。内界中配体的总数
叫配位数,Cl-称为外配位层(或外界)。内、外界之间是离子键,在水中完全电离。如图所示:
知识拓展 配合物内界的空间结构与中心原子杂化方式、配位数多少有关,如表:
配位数 杂化方式 空间结构 实例
2 sp [Ag(NH3)2]+
4 sp3 [Zn(NH3)4]2+
4 dsp2 [Cu(NH3)4]2+
6 sp3d2 [AlF6]3-
1.概念:由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。超分子定义中的
分子是广义的,包括离子。
2.分子聚集体大小:有的是有限的,有的是无限伸展的。
3.特征:分子识别、自组装。
知识点 2 超分子
知识拓展 超分子是组成复杂的、有组织的聚集体,并保持一定的完整性使其具有明确的微
观结构和宏观特性。
1.配位键是一种共价键,配位键的形成过程与共价键完全相同,这种说法正确吗
形成配位键的共用电子对是由一方提供而不是由双方共同提供的,配位键的形成
过程与共价键不同,但是一旦形成之后与共价键没有本质区别。
2.含有配位键的化合物中一定含过渡元素,这种说法正确吗
含配位键的化合物中不一定含过渡元素,如NH4Cl。
3.中心原子采取sp3杂化形成的配离子均呈正四面体结构,这种说法正确吗
中心原子采取sp3杂化形成的配离子,只有当4个配体完全相同时,其空间结构才是
正四面体形。
4.当中心离子的配位数为6时,配离子常呈八面体结构,这种说法正确吗
按价层电子对互斥模型,配位数为6的配离子,空间结构呈八面体时最稳定。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
提示
( )
( )
( )
( )
√
5.向配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的溶液中加入足量的AgNO3溶液,所有的Cl-均沉淀,这种说法
正确吗
加入足量的AgNO3溶液,外界Cl-与Ag+反应生成AgCl沉淀,内界中Cl-与Ag+不反
应。
6.超分子的分子识别特征可以分离C60和C70,这种说法正确吗
将C60和C70的混合物放入一种空腔大小适配C60的超分子中,可以分离C60和C70。
7.叶绿素、血红素和维生素B12都是配合物,它们的配体大同小异,中心离子完全相同,这种说
法正确吗
叶绿素、血红素和维生素B12的中心离子分别是镁离子、亚铁离子和钴离子。
提示
提示
提示
( )
( )
√
( )
1.配位键的形成条件
(1)成键原子(或离子)一方能提供孤电子对。如NH3、H2O、HF、CO、Cl-、OH-、CN-、SCN-
等。
(2)成键原子(或离子)另一方能提供空轨道。如H+、Al3+、B及一些过渡金属的原子或离子。
一般来说,过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是固定的,如Ag+形成2个配位键,Cu2+形
成4个配位键等。
2.配位键与共价键的关系
(1)形成过程不同:在配位键中一方提供孤电子对,另一方提供空轨道;普通共价键的共用电子
对是由成键原子双方共同提供的。
(2)配位键与普通共价键实质是相同的:配位键实质上是一种特殊的共价键,如N 中有三个
关键能力 定点破
定点 配位键与配位化合物
普通共价键、一个配位键,成键后4个键完全相同。
(3)同普通共价键一样,配位键可以存在于分子之中[如Ni(CO)4],也可以存在于离子之中(如N )。
3.配合物的形成对物质性质的影响
(1)对溶解性的影响:一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物,可以分别溶于
含过量Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中,形成可溶性的配合物。一些难溶于水的金属化合物还可
溶于过量氨水中,如银氨溶液的制备原理:Ag++NH3·H2O AgOH↓+N 、AgOH+2NH3
[Ag(NH3)2]++OH-。
(2)颜色的改变:当简单离子形成配离子时,颜色常发生变化,根据颜色的变化可以判断是否有
配离子生成。如Fe3+与SCN-在溶液中可形成配离子,形成的配离子的颜色是红色的,反应的离
子方程式如下:
Fe3++nSCN- [Fe(SCN)n]3-n(n=1~6)
(3)稳定性增强:配合物具有较强的稳定性,配合物中的配位键越强,配合物越稳定。当配离子
的中心原子相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。如血红素中的Fe2+与CO分子形成的
配位键比Fe2+与O2分子形成的配位键强,因此血红素中的Fe2+与CO分子结合后,就很难再与O2
分子结合,使血红蛋白失去输送O2的功能,从而导致人体CO中毒。
典例 配位键是一种特殊的共价键,某原子单方面提供共用电子对和另一提供空轨道的粒子
结合。如 N 就是由NH3(氮原子提供孤电子对)和H+(提供空轨道)通过配位键形成的。据此
回答下列问题:
(1)下列粒子中存在配位键的是 (填字母)。
A.CO2 B.H3O+ C.CH4
(2)硼酸(H3BO3)溶液呈酸性,试写出其电离方程式: 。
(3)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程,最初科学家提出了两种观点:
甲: 、乙:H—O—O—H,甲中O—O表示配位键,在化学反应中该键遇到还原剂时
易断裂。化学家Baeyer和Villiyer为研究H2O2的结构,设计并完成了下列实验:
a.C2H5OH与浓H2SO4反应生成(C2H5)2SO4和水;
b.将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应,只生成A和H2SO4;
c.将生成的A与H2反应(已知该反应中H2作还原剂)。
①如果H2O2的结构如甲所示,实验c中发生反应的化学方程式为(其中A写结构简式)
。
②为了进一步确定H2O2的结构,还需要在实验c后添加一个实验d,请设计该实验方案:
。
(4)Cu2+能与NH3、H2O、OH-、Cl-等形成配位数为4的配离子。
①向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。画出配离子[Cu(OH)4]2-中的配
位键: 。
②金属铜单独与氨水或过氧化氢溶液不能反应,但可与氨水和过氧化氢溶液的混合物发生反
应:Cu+H2O2+4NH3 [Cu(NH3)4]2++2OH-,其原因是
。
思路点拨 明确配合物的形成条件、配合物的组成以及配合物的性质是解题的关键。
解析 (1)由题中信息可知H+提供空轨道,O提供孤电子对,形成的H3O+中存在配位键。
(2)硼酸中的硼原子提供空轨道,水中的氧原子提供孤电子对,H3BO3的电离是B原子和水中的
OH-形成配位键,从而使硼酸溶液显酸性。
(3)如果H2O2的结构如甲所示,则A为 ,与H2反应生成C2H5OC2H5和水;如果H
2O2的结构如乙所示,则A为C2H5—O—O—C2H5,与H2反应生成C2H5OH。
(4)①Cu2+含有空轨道,OH-含有孤电子对,可形成配位键,配离子[Cu(OH)4]2-中1个Cu2+与4个OH-
形成配位键,可表示为[ ]2-。
②过氧化氢可将Cu氧化为Cu2+,Cu2+与氨分子形成配离子。
答案 (1)B
(2)H3BO3+H2O H++[B(OH)4]-
(3)① +H2 C2H5OC2H5+H2O
②用无水硫酸铜检验实验c中反应的生成物中有没有水(或其他合理答案)
(4)①[ ]2-
②过氧化氢为氧化剂,可将Cu氧化为Cu2+,氨分子与Cu2+形成配离子从而促进反应进行
归纳总结 配合物结构
(1)配合物有些存在外界,有些无外界;
(2)中心粒子可以是阳离子,也可以是原子;
(3)配位体可以是离子或分子,可以有一种或同时存在多种;
(4)配位数通常为2、4、6、8这样的偶数。
情境探究
1.晶胞参数
晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示,包括晶胞的棱长a、b、c和棱相互间的夹角α、β、
γ,此即晶胞参数。
学科素养 情境破
素养 证据推理与模型认知——晶胞参数在晶体计算中的应用
2.晶胞参数的计算
3.晶胞密度的计算方法
注意 单位换算:1 nm=1×10-7 cm=1×10-9 m;1 pm=1×10-10 cm。
问题1 晶胞参数中,是否存在晶胞的3组棱长相等,三个夹角相等的情况 如果存在,晶胞的形
状是什么
存在;立方晶胞中,晶胞参数a=b=c,α=β=γ=90°。
问题2 某晶胞结构如图所示,原子的半径为r,立方体的边长为2r,试列式求算该晶胞的空间利
用率。
该晶胞中含有的原子数为8× =1,V球= πr3,V晶胞=(2r)3=8r3,空间利用率= ×100%=
×100%≈52%。
问题3 近期我国科学家合成了一种电化学性能优异的铜硒化合物,其晶胞结构如图所示,其中
铜元素以Cu+和Cu2+存在。试列式求算该晶胞的密度。(用代数式表示,Cu的相对原子质量为
64,Se的相对原子质量为79,设NA为阿伏加德罗常数的值)
由晶胞结构示意图知,该铜硒化合物中Cu的数目为8× +2× +4=6,Se的数目为4,该晶
体的密度即晶胞密度ρ= = g/cm3= g/cm3。
典例呈现
例题 现有第四周期某过渡金属元素A,其基态原子中有四个未成对电子,由此元素可构成固
体X。
(1)若此固体结构如图甲、乙所示,则按甲虚线方向切乙得到的截面A~D图中正确的是 。
(2)固体X中原子的半径为r,试列式求算该晶胞的空间利用率为 。
(3)A可与另两种元素B、C构成某种化合物,B、C的价层电子排布式分别为3d104s1、3s23p4,其
晶胞如图所示,则其化学式为 。该晶胞上、下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据
图中所示的数据计算该晶体的密度d= g·cm-3(保留两位小数)。
素养解读 本题以元素A及其相关化合物为情境素材,考查晶体的相关计算,提升学生学以致
用的能力,培养证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
信息提取 第四周期某元素基态原子中有四个未成对电子,该元素是铁元素;图甲中晶胞的
结构如图1所示,几何关系如图2所示:
解题思路 (1)根据题干信息可知元素A为Fe。甲中Fe位于顶点和体心,乙由8个甲组成,按甲
虚线方向切乙形成的截面是长方形,则排除B、D,由于甲的体心含有1个Fe原子,则A图符合
题意。(2)图2中,体对角线c为4r,面对角线b为 a,由(4r)2=a2+b2得a= r。1个晶胞中有2个
原子,故空间利用率= ×100%= ×100%= ×100%≈68%。(3)根据B、C的价
层电子排布式可判断B为Cu、C为S。该晶胞中,Fe原子有6个位于面上、4个位于棱上,个数
为4× +6× =4,Cu原子有4个位于面上、1个位于体内、8个位于顶点,个数为8× +4× +1=4,
S原子数为8。晶体中N(Cu)∶N(Fe)∶N(S)=4∶4∶8=1∶1∶2,故该晶体的化学式为CuFeS2。
晶胞质量= ,晶胞体积=(524×10-10 cm)2×1 030×10-10 cm,故该晶体的密
度d= ≈4.32 g·cm-3。
答案 (1)A (2)68% (3)CuFeS2 4.32
思维升华
晶体的摩尔质量M g·mol-1、密度ρ g·cm-3、晶胞边长a cm之间的关系
若1个晶胞中含有x个粒子,则1 mol该晶胞中含有x mol粒子,其质量为xM g;该晶胞的质量
为ρa3 g,则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g(NA为阿伏加德罗常数的值),因此有xM=ρa3NA。
