(共39张PPT)
专题4 分子空间结构与物质性质
第二单元 配合物的形成和应用
配位键
1.配位键的形成条件
(1)成键原子一方能提供孤电子对。能提供孤电子对的分子有NH3、H2O、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。
2.配位键的表示方法
(1)表示方法
配位键可以用A→B来表示,其中A是提供孤电子对的分子或离子,叫作配位体;B是接受孤电子对的原子或金属离子。
3.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,形成的物质越稳定。
如Cu2+←OH-<Cu2+←NH3<H+←NH3。
配位化合物
1.配合物的形成
(1)概念
由提供孤电子对的分子或离子(称为配位体)与接受孤电子对的原子或离子(称为中心原子)以配位键结合形成的化合物。
(2)组成:以[Zn(NH3)4]SO4为例
①内界和外界
中心原子与配位体以配位键结合,形成配合物的内界。配合物的内界可以是离子,也可以是分子。
与配合物内界结合的离子,称为配合物的外界。
②中心原子和配位体
中心原子是指提供空轨道的原子或离子,配位体是指提供孤电子对的分子或离子。
③配位原子和配位数
配位原子是指配位体中提供孤电子对的原子,配位数是指直接同中心原子(或离子)配位的原子数目。
(3)形成条件
①配位体有孤电子对,如中性分子H2O、NH3、CO等;离子有F-、Cl-、CN-等。
②中心原子有空轨道,如Fe3+、Cu2+、Ag+、Zn2+等。
2.配合物的结构特点
(1)配合物整体(包括内界和外界)显电中性,外界离子所带电荷总数等于配离子的电荷数。如K3[Fe(CN)6],外界总电荷数为+3,内界为-3,又知CN-为-1价,则中心原子Fe为+3价。
(2)一个中心原子可同时结合多种配位体。如[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O,配位体是H2O和Cl-,配位数为6。
(3)配合物的内界不仅可为阳离子、阴离子,还可以是中性分子。如K3[Fe(CN)6]的内界为[Fe(CN)6]3-,Fe(CO)5为电中性,没有外界。
(4)对于具有内、外界的配合物,中心原子和配位体通过配位键结合,一般很难发生解离;内、外界之间以离子键结合,在水溶液中较易电离。
可以通过实验确定有些配合物的内界和外界,如[Co(NH3)5Cl]Cl2,由于外界的Cl-易电离,可以通过实验测定外界含有的Cl-个数,从而确定配合物的化学式。
(5)配位键是一种特殊的共价键,配位键形成后,与一般共价键无异。
3.配合物的性质
(1)由内界和外界构成的配合物在水中是完全电离的。
(2)配合物的内界具有一定的稳定性,配位键越强,配合物越稳定。
(3)当作为中心原子的离子相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。
超分子
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.超分子的实例
(1)分离C60和C70
(2)冠醚识别碱金属离子
冠醚是皇冠状的分子,可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。
(3)超分子的两个重要特征——分子识别、自组装。
配位键与极性键或非极性键的区别与联系
比较 共价键类型
非极性键 极性键 配位键
本质 相邻原子间的共用电子对(原子轨道重叠)与原子核间的静电作用
表示方法 H—H H—Cl
比较 共价键类型
非极性键 极性键 配位键
成键条件(元素种类) 成键原子得、失电子能力相同(同种元素) 成键原子得、失电子能力差别较小(不同元素) 成键原子一方有孤电子对(配位体),另一方有空轨道(中心原子)
特征 有方向性、饱和性
(2025·河北沧州盐山中学高二期中)下列说法正确的是( )
A.CO2、SiCl4、BF3分子中所有原子最外层电子都满足了8e-稳定结构
B.P4和CH4都是正四面体形且键角都为109°28'
C.配合物[Cu(H2O)4]SO4中,中心原子是Cu2+,配位体是H2O,配位数是4
D.原子间通过共价键而形成的晶体一定具有高的熔点、沸点及硬度
C
BF3分子中,B原子最外层为6个电子,不满足8电子稳定结构,A错误;P4为正四面体结构,四个磷原子位于正四面体的四个顶点上,白磷分子的键角为60°,B错误;配合物[Cu(H2O)4]SO4中,中心原子是Cu2+,配位体是H2O,配位数是4,C正确;原子间通过共价键而形成的晶体可能为分子晶体,也可能为共价晶体,若为分子晶体,熔、沸点较低,硬度不大,D错误。
超分子
超分子是由分子或离子通过范德华力、氢键以及静电作用等结合力的作用而形成的,同时具有很多特殊的性质特征,比如超分子的自动识别与自组装的特征。
(2025·山东师范大学附中高二期中改编)对于超分子聚合物和材料的组装而言,B—N配位键的动态性质和易于调节的特性起着重要作用,某种超分子的结构如图。已知:Me—为甲基。
下列叙述错误的是( )
A.该超分子中基态原子未成对电子数最多的是N
B.该超分子中涉及的元素均为p区元素
C.超分子具有分子识别和自组装的特征
D.该超分子中B原子的杂化方式为sp3
B
该超分子涉及的元素有H、B、C、N、
O、F,其基态原子未成对电子数分别为1、1、
2、3、2、1,故该超分子中基态原子未成对电
子数最多的是N,A正确;H元素属于元素周期
表s区元素,B错误;超分子是由两种或两种以
上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集
体,具有分子识别和自组装的特征,C正确;由
题干中该超分子的结构可知,该超分子中B原子周围形成了4个共价键,即其价电子对数为4,故其杂化方式为sp3,D正确。
“两大理论”与微粒空间结构
1.分子空间结构与杂化轨道理论
(1)当原子成键时,原子的价电子轨道相互混杂,形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同,轨道间的夹角不同,形成分子的立体构型不同。
(2)杂化轨道的三种类型
杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道夹角 空间结构 实例
sp 2 180° 直线形 BeCl2
sp2 3 120° 平面三角形 BF3
sp3 4 109°28' 正四面体形 CH4
2.分子空间结构与价层电子对互斥模型
价层电子对互斥模型指的是价电子对分布的几何构型,而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。
(1)当中心原子无孤电子对时,两者的构型一致。
(2)当中心原子有孤电子对时,两者的构型不一致。
电子对数 成键对数 孤电子对数 价电子对分布的几何构型 分子空间结构 实例
2 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 3 0 平面
三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SO2
4 4 0 四面体 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
D
配位化合物很常见,回答下列问题。
(1)工业上冶炼铝不用氯化铝,原因之一是氯化铝易升华,其双聚物Al2Cl6的结构如下图所示。1 mol该分子含 个配位键,该分子 (填“是”或“不是”)平面形分子。
2NA 不是
由于铝最外层有3个电子,氯最外层有7个电子,根据共价键的饱和性,氯只能形成1个共价键,铝可以形成3个共价键,这样氯原子达到8电子结构,而铝最外层
只有6个电子,所以氯原子与铝原子之间能形成配位键,Al2Cl6的结构为
或 ,所以1 mol该分子中含2NA个配位键;由于Al的价电子对数为
4,发生sp3杂化,所以该分子不是平面形分子。
(2)叶绿素是以镁离子为中心的卟啉配合物,其结构如下图。
①Mg2+与N原子形成的化学键为配位键的是 (填“a”或“b”)。
b
镁离子周围有4个氮原子,但是其中有2个氮原子已形成了3个共价键,达到了8电子结构,可作为配位体,另外2个氮原子只形成2个共价键,所以需要和镁离子形成共价键以达到8电子结构,即a为正常共价键,b为配位键。
②叶绿素分子中C原子的杂化轨道类型有 。
sp3、sp2
叶绿素中的碳原子价电子对数有2种:4和3,所以杂化方式有sp3和sp2杂化。
(3)已知[Cu(NH3)4]SO4中[Cu(NH3)4]2+具有对称的空间结构,且当两个NH3被两个Cl-取代时,能得到两种不同结构的产物,则[Cu(NH3)4]2+的空间结构为 (填字母)。
a.平面正方形 b.正四面体形
c.三角锥形 d.V形
已知在[Cu(NH3)4]SO4溶液中加入少量NiSO4,会立即生成[Ni(NH3)6]SO4,由此可知Ni2+与NH3之间形成的化学键的键能 (填“大于”或“小于”)Cu2+与NH3之间形成的化学键的键能。
a 大于
[Cu(NH3)4]2+具有对称的空间结构,则该粒子为正四面体形结构或平面正方形结构,平面正方形结构有两种不同的二氯代物,正四面体形结构有一种二氯代物,[Cu(NH3)4]2+中的2个NH3被Cl-取代,能得到2种不同结构的产物,则[Cu(NH3)4]2+的空间结构为平面正方形,故选a。由[Cu(NH3)4]SO4立即转化为[Ni(NH3)6]SO4,可得Ni2+与NH3之间形成的化学键更稳定。
(1)形成配位键的配位体,其原子应该已达到8电子结构,如果还未达到8电子结构,则应该形成正常共价键。
(2)不同的配位体和同一中心离子之间形成的配位键强弱不同,一般而言;过渡金属形成的配位键比主族金属形成的配位键稳定。