实验活动 简单配合物的形成
一、实验目的
1.加深对配合物的认识。
2.了解配合物的形成。
二、实验用品
1.仪器:试管、胶头滴管。
2.试剂:硫酸铜溶液、氨水、硝酸银溶液、氯化钠溶液、氯化铁溶液、硫氰化钾溶液、K3[Fe(CN)6] 溶液、蒸馏水、乙醇。
三、实验原理
配合物是由中心原子或离子与一定数目的中性分子或阴离子以配位键结合而形成的一类化合物。中心离子形成配合物后性质不同于原来的金属离子,具有新的化学特性。
四、实验步骤
探究一 简单配合物的形成
序号 实验步骤 实验现象 解释
(1) 向盛有硫酸铜溶液的试管里加入氨水 出现蓝色沉淀 2NH3·H2O+Cu2+ Cu(OH)2↓+2N
继续加入氨水 氨水过量后沉淀逐渐溶解,得到深蓝色透明溶液 Cu(OH)2+4NH3 [Cu(NH3)4]2++2OH-
再加入乙醇 滴加乙醇后析出深蓝色晶体 [Cu(NH3)4]2++S+H2O [Cu(NH3)4]SO4· H2O↓
续 表
序号 实验步骤 实验现象 解释
(2) 向盛有氯化钠溶液的试管里滴几滴硝酸银溶液 出现白色沉淀 Ag++Cl-AgCl↓
再滴入氨水 白色沉淀慢慢消失,得到澄清的无色溶液 AgCl+2NH3 Cl-+ [Ag(NH3)2]+
探究二 简单离子与配离子的区别
实验步骤 实验现象 解释
(1)向盛有少量蒸馏水的试管里滴加2滴氯化铁溶液,然后再滴加2滴硫氰化钾溶液 溶液颜色变成红色 Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(2)向盛有少量蒸馏水的试管里滴加2滴K3[Fe(CN)6]溶液,然后再滴加2滴硫氰化钾溶液 原溶液无明显变化 [Fe(CN)6]3-的Fe3+形成配位键后不能再与SCN-反应
五、问题讨论
1.探究一中加入乙醇的作用和原理是什么
提示:乙醇极性较小,根据“相似相溶”规律,可以降低盐的溶解性,有利于 [Cu(NH3)4]SO4·H2O结晶析出。
2.探究二中K3[Fe(CN)6] 在水中可以电离出配离子 [Fe(CN)6]3-,该配离子的中心离子、配体是什么 配位数是多少 [Fe(CN)6]3- 和Fe3+的性质一样吗
提示:[Fe(CN)6]3-的中心离子是Fe3+,配体是CN-,配位数为6。由探究二的两个实验对比可知,[Fe(CN)6]3-和Fe3+的性质不一样,Fe3+形成配离子后不能再与SCN-反应。
(2021·海南卷,节选)金属羰基配位化合物在催化反应中有着重要应用。HMn(CO)5是锰的一种简单羰基配位化合物,其结构示意图如图所示。
回答下列问题。
(1)基态锰原子的价层电子排布式为 。
(2)配位化合物中的中心原子配位数是指和中心原子直接成键的原子的数目。HMn(CO)5中锰原子的配位数为 。
(3)CH3Mn(CO)5可看作是HMn(CO)5中的氢原子被甲基取代的产物。CH3Mn(CO)5与I2反应可用于制备CH3I,反应前后锰的配位数不变,CH3Mn(CO)5与I2反应的化学方程式为
。
【答案】 (1)3d54s2 (2)6
(3)CH3Mn(CO)5+I2CH3I+MnI(CO)5
【解析】 (1)Mn是第25号元素,其价层电子排布式为3d54s2。
(2)由题图可知,HMn(CO)5中锰原子以配位键连接5个碳原子、1个氢原子。
(3)根据题目描述,CH3Mn(CO)5与I2交换原子(或原子团),形成新物质,故化学方程式为CH3Mn(CO)5+I2CH3I+MnI(CO)5。
1.(2024·河北石家庄二中月考)已知Cu2+在溶液中与H2O或Cl-等可形成配位数为4的配离子。某同学通过实验研究铜盐溶液颜色的变化。下列说法不正确的是( )
[A] 溶液②中形成了[Cu(H2O)4]2+,1 mol [Cu(H2O)4]2+中有12 mol σ键
[B] 由④可知,Cu2+与Cl-可能会结合产生黄色物质
[C] 由②③④推测,溶液中存在:[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O
[D] 若取少量④中溶液进行稀释,溶液依然为绿色
【答案】 D
【解析】 由实验①②可知,无水CuSO4是白色的,加入水后CuSO4溶液呈蓝色,这说明②中溶液呈蓝色是Cu2+与水分子作用的结果,1 mol [Cu(H2O)4]2+中含有4 mol水中的8 mol σ键和 4 mol 配位键,共12 mol σ键,A正确;向③中溶液加入NaCl固体后,底部的NaCl固体表面变为黄色,说明Cu2+与Cl-可能会结合产生黄色物质,B正确;③中蓝色溶液加入足量NaCl固体后固体表面为黄色,振荡后溶液呈绿色可以是黄色和蓝色混合呈现的颜色,说明CuCl2水溶液中存在平衡:[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O,[CuCl4]2-可能为黄色,C正确;③中溶液为蓝色,④中溶液为绿色,说明Cl-的浓度对铜盐溶液的颜色产生影响,取少量④中溶液进行稀释,C项中的反应平衡左移,溶液颜色改变,D错误。
2.某实验小组探究酸对Fe3++3SCN-Fe(SCN)3平衡的影响。将0.005 mol·L-1 FeCl3溶液(接近无色)和0.015 mol·L-1 KSCN溶液等体积混合,得到红色溶液,取两等份红色溶液,进行如下操作并记录现象。下列结论错误的是( )
查阅资料:Fe3++4Cl-[FeCl4]-(黄色);
Fe3++2S[Fe(SO4)2]-(无色)
[A] Fe(SCN)3、[FeCl4]-、[Fe(SO4)2]-都属于难电离的粒子
[B] Fe(SCN)3中的配位键由氮原子提供孤电子对
[C] 现象a中使溶液呈橙色的粒子可能是[FeCl4]-和Fe(SCN)3
[D] 改变c(Cl-)或c(S),Fe3++3SCN-Fe(SCN)3平衡会发生移动
【答案】 B
【解析】 Fe(SCN)3、[FeCl4]-、[Fe(SO4)2]-都是配合物或配离子,都是难电离的粒子,故A正确;SCN-中S、N都含有孤电子对,S电负性小,更易形成配位键,Fe(SCN)3中的配位键由S提供孤电子对,故B错误;加入盐酸发生反应Fe3++4Cl-[FeCl4]-,现象a中使溶液呈橙色的粒子可能是 [FeCl4]-和Fe(SCN)3,故C正确;根据Fe3++4Cl-[FeCl4]-、Fe3++2S[Fe(SO4)2]-,可知改变c(Cl-)或c(S),Fe3++3SCN-Fe(SCN)3平衡会发生移动,故D正确。
3.(2024·江苏泰州姜堰中学期中)“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物为催化中心,可将NH2OH与NH3转化为肼(NH2NH2),其反应历程如图所示。
下列说法正确的是( )
[A] NH2OH、NH3和H2O均为非极性分子
[B] 催化中心的Fe2+提供孤电子对,N提供空轨道
[C] 反应过程中铁元素的化合价发生了变化
[D] 将NH2OH替换为ND2OD,反应可得ND2ND2
【答案】 C
【解析】 NH2OH、NH3和H2O中的正、负电中心不重合,均为极性分子,A错误;催化中心的Fe2+提供空轨道,N提供孤电子对形成配位键,B错误;反应过程中铁元素先失去电子,变为Fe3+,后又得到电子,变为Fe2+,故反应过程中铁元素的化合价发生了变化,C正确;
ND2OD与NH3反应生成 ND2NH2 和HDO,D错误。
4.(2024·江苏扬州大学附中月考)实验室以 CuSO4·5H2O为原料制备 [Cu(NH3)4]SO4·H2O并进行定量分析。
已知:CuSO4+4NH3·H2O4H2O+[Cu(NH3)4]SO4
[Cu(NH3)4]2++4H+Cu2++4N。
(1)配制溶液。称取一定质量的CuSO4·5H2O晶体,放入锥形瓶中,溶解后滴加氨水,装置如图A所示(胶头滴管中吸有氨水)。
①与烧杯相比,使用装置A作为反应器的优点是 。
②滴加氨水时,有浅蓝色沉淀Cu2(OH)2SO4生成;继续滴加氨水,沉淀消失,得到深蓝色[Cu(NH3)4]SO4溶液。写出Cu2(OH)2SO4与氨水反应的离子方程式:
。
(2)制备晶体。将A中溶液转移至B中,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体;将B中混合物转移至装置C的漏斗中,减压过滤,用乙醇洗涤晶体 2～3次;取出晶体,干燥。两次转移均需洗涤原容器,目的是
。
(3)废液回收。从含有 [Cu(NH3)4]SO4、乙醇和氨水的废液中回收乙醇并获得CuSO4、(NH4)2SO4的混合溶液,应加入的试剂是 (填化学式);回收乙醇的实验方法为 。
(4)测定晶体中S的含量。请补充完整实验方案:取一定质量的 [Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体,加适量蒸馏水溶解,
,
干燥,灼烧至恒重(须使用的试剂:蒸馏水,0.1 mol·L-1 BaCl2溶液,0.1 mol·L-1 AgNO3溶液)。
【答案】 (1)①避免氨逸出造成空气污染、便于振荡
②Cu2(OH)2SO4+8NH3·H2O2[Cu(NH3)4]2++S+2OH-+8H2O
(2)减少 [Cu(NH3)4]SO4的损失,增大[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体的产率
(3)H2SO4 蒸馏
(4)向其中滴加0.1 mol·L-1 BaCl2溶液,搅拌,静置,向上层清液中继续滴加BaCl2溶液,无沉淀生成,过滤,用蒸馏水洗涤2～3次,取最后一次洗涤滤液,向其中滴加0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,无白色沉淀生成
【解析】 (1)②滴加氨水时,有浅蓝色沉淀 Cu2(OH)2SO4 生成,继续滴加氨水,沉淀消失,得到深蓝色[Cu(NH3)4]SO4溶液,反应过程中氨水中的一水合氨或氨参加反应,
[Cu(NH3)4]SO4为可溶性强电解质,在水溶液中完全电离,因此反应的离子方程式为Cu2(OH)2SO4+8NH3·H2O2[Cu(NH3)4]2++S+2OH-+8H2O。
(2)转移过程中,盛有溶液的容器的内壁上会附着少量溶液,溶液中含有溶质,为提高产品的产率,需要洗涤原容器。
(3)废液回收过程是从含有 [Cu(NH3)4]SO4、乙醇和氨水的废液中回收乙醇并获得CuSO4、(NH4)2SO4的混合溶液,因此需要将 [Cu(NH3)4]SO4转化为CuSO4,氨水中一水合氨和氨转化为(NH4)2SO4,类似于NH3→(NH4)2SO4,因此应加入的试剂为稀硫酸;充分反应后溶液为无机盐和乙醇的水溶液,回收乙醇是液液互溶体系分离,因此回收乙醇的实验方法为蒸馏。
(4)测定晶体中S的含量实验原理:将晶体溶解,加入BaCl2溶液,使溶液中的S完全沉淀,通过测定沉淀的质量计算晶体中S的含量。因此BaCl2溶液需逐滴加入,至不再有白色沉淀产生时,过滤,洗涤,利用AgNO3溶液判断洗涤液中是否含有Cl-。
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实验活动 简单配合物的形成
一、实验目的
1.加深对配合物的认识。
2.了解配合物的形成。
二、实验用品
1.仪器:试管、胶头滴管。
2.试剂:硫酸铜溶液、氨水、硝酸银溶液、氯化钠溶液、氯化铁溶液、硫氰化钾溶液、K3[Fe(CN)6] 溶液、蒸馏水、乙醇。
三、实验原理
配合物是由中心原子或离子与一定数目的中性分子或阴离子以配位键结合而形成的一类化合物。中心离子形成配合物后性质不同于原来的金属离子,具有新的化学特性。
四、实验步骤
探究一 简单配合物的形成
序号 实验步骤 实验现象 解释
(1) 向盛有硫酸铜溶液的试管里加入氨水 出现蓝色沉淀
继续加入氨水 氨水过量后沉淀逐渐溶解,得到深蓝色透明溶液
再加入乙醇 滴加乙醇后析出深蓝色晶体
(2) 向盛有氯化钠溶液的试管里滴几滴硝酸银溶液 出现白色沉淀
再滴入氨水 白色沉淀慢慢消失,得到澄清的无色溶液
探究二 简单离子与配离子的区别
实验步骤 实验现象 解释
(1)向盛有少量蒸馏水的试管里滴加2滴氯化铁溶液,然后再滴加2滴硫氰化钾溶液 溶液颜色变成红色
(2)向盛有少量蒸馏水的试管里滴加2滴K3[Fe(CN)6]溶液,然后再滴加2滴硫氰化钾溶液 原溶液无明显变化 [Fe(CN)6]3-的Fe3+形成配位键后不能再与SCN-反应
五、问题讨论
1.探究一中加入乙醇的作用和原理是什么
提示:乙醇极性较小,根据“相似相溶”规律,可以降低盐的溶解性,有利于 [Cu(NH3)4]SO4·H2O结晶析出。
2.探究二中K3[Fe(CN)6] 在水中可以电离出配离子 [Fe(CN)6]3-,该配离子的中心离子、配体是什么 配位数是多少 [Fe(CN)6]3- 和Fe3+的性质一样吗
提示:[Fe(CN)6]3-的中心离子是Fe3+,配体是CN-,配位数为6。由探究二的两个实验对比可知,[Fe(CN)6]3-和Fe3+的性质不一样,Fe3+形成配离子后不能再与SCN-反应。
(2021·海南卷,节选)金属羰基配位化合物在催化反应中有着重要应用。HMn(CO)5是锰的一种简单羰基配位化合物,其结构示意图如图所示。
回答下列问题。
(1)基态锰原子的价层电子排布式为 。
3d54s2
【解析】 (1)Mn是第25号元素,其价层电子排布式为3d54s2。
(2)配位化合物中的中心原子配位数是指和中心原子直接成键的原子的数目。HMn(CO)5中锰原子的配位数为 。
6
【解析】 (2)由题图可知,HMn(CO)5中锰原子以配位键连接5个碳原子、1个氢原子。
(3)CH3Mn(CO)5可看作是HMn(CO)5中的氢原子被甲基取代的产物。CH3Mn(CO)5与I2反应可用于制备CH3I,反应前后锰的配位数不变,
CH3Mn(CO)5与I2反应的化学方程式为 。
1.(2024·河北石家庄二中月考)已知Cu2+在溶液中与H2O或Cl-等可形成配位数为4的配离子。某同学通过实验研究铜盐溶液颜色的变化。下列说法不正确的是( )
[A] 溶液②中形成了[Cu(H2O)4]2+,1 mol [Cu(H2O)4]2+中有12 mol σ键
[B] 由④可知,Cu2+与Cl-可能会结合产生黄色物质
D
B
3.(2024·江苏泰州姜堰中学期中)“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物为催化中心,可将NH2OH与NH3转化为肼(NH2NH2),其反应历程如图所示。
下列说法正确的是( )
[A] NH2OH、NH3和H2O均为非极性分子
[B] 催化中心的Fe2+提供孤电子对,N提供空轨道
[C] 反应过程中铁元素的化合价发生了变化
[D] 将NH2OH替换为ND2OD,反应可得ND2ND2
C
【解析】 NH2OH、NH3和H2O中的正、负电中心不重合,均为极性分子,A错误;催化中心的Fe2+提供空轨道,N提供孤电子对形成配位键,B错误;反应过程中铁元素先失去电子,变为Fe3+,后又得到电子,变为Fe2+,故反应过程中铁元素的化合价发生了变化,C正确;ND2OD与NH3反应生成 ND2NH2 和HDO,D错误。
(1)配制溶液。称取一定质量的CuSO4·5H2O晶体,放入锥形瓶中,溶解后滴加氨水,装置如图A所示(胶头滴管中吸有氨水)。
①与烧杯相比,使用装置A作为反应器的优点是 。
②滴加氨水时,有浅蓝色沉淀Cu2(OH)2SO4生成;继续滴加氨水,沉淀消失,得到深蓝色[Cu(NH3)4]SO4溶液。写出Cu2(OH)2SO4与氨水反应的离子方程式:
。
避免氨逸出造成空气污染、便于振荡
Cu2(OH)2SO4+8NH3·
(2)制备晶体。将A中溶液转移至B中,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体;将B中混合物转移至装置C的漏斗中,减压过滤,用乙醇洗涤晶体 2～3次;取出晶体,干燥。两次转移均需洗涤原容器,目的是
。
[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体的产率
减少 [Cu(NH3)4]SO4的损失,增大
【解析】 (2)转移过程中,盛有溶液的容器的内壁上会附着少量溶液,溶液中含有溶质,为提高产品的产率,需要洗涤原容器。
(3)废液回收。从含有 [Cu(NH3)4]SO4、乙醇和氨水的废液中回收乙醇并获得CuSO4、(NH4)2SO4的混合溶液,应加入的试剂是 (填化学式);回收乙醇的实验方法为 。
蒸馏
H2SO4
【解析】 (3)废液回收过程是从含有 [Cu(NH3)4]SO4、乙醇和氨水的废液中回收乙醇并获得CuSO4、(NH4)2SO4的混合溶液,因此需要将 [Cu(NH3)4]SO4转化为CuSO4,氨水中一水合氨和氨转化为(NH4)2SO4,类似于NH3→
(NH4)2SO4,因此应加入的试剂为稀硫酸;充分反应后溶液为无机盐和乙醇的水溶液,回收乙醇是液液互溶体系分离,因此回收乙醇的实验方法为蒸馏。
向其中滴加0.1 mol·L-1 BaCl2溶液,搅拌,静置,向上层清液中继续滴加BaCl2溶液,无沉淀生成,过滤,用蒸馏水洗涤2～3次,取最后一次洗涤滤液,向其中滴加0.1 mol·L-1 AgNO3溶液,无白色沉淀生成
