新教材2024版高中化学第三章晶体结构与性质第四节配合物与超分子学生用书新人教版选择性必修2

第四节协作物与超分子课程目标1．了解配位键的特点及协作物理论，能说明简洁协作物的成键状况。2．了解几种常见的配离子的性质。3．了解超分子特点和应用。图说考点必备基础——自学·尝试一、协作物理论简介1．试验探究协作物试验操作试验现象有关离子方程式滴加氨水后，试管中首先出现________，氨水过量后沉淀渐渐________，得到深蓝色透亮溶液，此时若滴加乙醇，析出__________Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NHCu(OH)2+4NH3=［Cu(NH3)4］2+＋2OH－［Cu(NH3)4］2++SO42-＋H2Oeq\o(=,\s\up7(乙醇))[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓溶液颜色变为________Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)32.配位键(1)概念：____________由一个原子单方面供应跟另一个原子共用的共价键，即“________________”键，是一类特殊的共价键。(2)形成条件：电子对赐予体具有__________，而接受体有__________。(3)表示配位键可以用A→B表示，其中A是________孤电子对的原子，B是________孤电子对的原子。例如［Cu(NH3)4］2+可表示为____________________。3．配位化合物通常把________(或原子)与某些分子或离子(称为________)以________结合形成的化合物称为________________________________。二、超分子1．超分子超分子是由________或________以上的分子通过________相互作用形成的分子聚集体。2．超分子的应用(1)分别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，得到超分子“杯酚”C60和C70；加入甲苯溶剂，甲苯将________溶解，经过滤后分别出________________；再向不溶物中加入氯仿，氯仿溶解“________”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。从而将C60和C70分别开来。(2)冠醚识别碱金属离子冠醚分子中有大小不同的________适配不同大小的碱金属离子，而形成冠醚—碱金属离子超分子。3．超分子的重要特征：________和________。[即学即练]1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。()(2)配位键是一种特殊的共价键。()(3)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。()(4)Cu(OH)2既能溶于盐酸又能溶于氨水，是因为CuOH(5)Ca2＋与NH3形成的协作物比Cu2＋与NH3形成的协作物更稳定。()(6)含有多种分子的混合物就是超分子。()(7)超分子不仅能与分子结合也可结合某些离子。()2．我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，其微观结构如图所示，下列叙述中正确的是()A．SiO2是两性氧化物，既可与NaOH反应又可与HF反应B．SiO2超分子纳米管可能选择性结合某些分子或离子C．SiO2是光导纤维的成分，具有导电性D．水晶和玛瑙主要成分均为SiO2，均属于共价晶体3．回答下列问题：(1)协作物[Ag(NH3)2]OH的中心离子是______，配位原子是________，配位数是________，它的电离方程式是____________________。(2)向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量AgNO3溶液，再加入氨水，视察到的现象是________________________。(3)[Ag(NH3)2]OH含有的化学键种类有________.A．离子键B．σ键C．π键D．氢键E．配位键(4)1mol[Ag(NH3)2]OH含有的σ键数目为：________个。核心素养——合作·共享提升点一配位化合物的结构与性质例1大环配位体可用于金属蛋白质化学模拟，合成离子载体等；如图为冠醚(大环配位体)和某金属离子(M)形成的一种大环协作物。回答下列问题：(1)该大环协作物中含有的化学键为________(填字母)。a．极性键 b．非极性键c．配位键 d．金属键(2)该物质中非金属元素的电负性由小到大的依次为____________。(3)在冠醚中，C原子的杂化类型为________，O原子的杂化类型为________。(4)冠醚中的O原子能和M离子形成配位键的缘由：____________________________________________________________________________________________________。状元随笔配位键的形成条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。[提升1](1)配位化学创始人维尔纳发觉，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，沉淀的物质的量分别为3mol、2mol、1mol和1mol。①请依据试验事好用协作物的形式写出它们的化学式。CoCl3·6NH3：________，CoCl3·5NH3：________，CoCl3·4NH3(绿色和紫色)：________。②后两种物质组成相同而颜色不同的缘由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③上述协作物中，中心离子的配位数都是________________。(2)向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成血红色。该反应在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN=Fe(SCN)3＋3KCl表示。经探讨表明，Fe(SCN)3是协作物，Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比协作，还能以其他个数比协作。请按要求填空：①Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋供应________，SCN－供应________，二者通过配位键结合。②所得Fe3＋与SCN－的协作物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1协作所得离子显血红色，含该离子的协作物的化学式是________；③若Fe3＋与SCN－以个数比1∶5协作，则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【关键实力】配位化合物的结构与性质1．配位化合物的结构(1)定义：通常把金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称协作物。其中：金属离子(原子)叫做中心离子(原子)，中性分子或者阴离子叫做配体。例如把CuSO4固体溶于足量水中就会生成CuH2O4SO4(硫酸四水合铜)称为配位化合物，CuH2O42+(四水合铜离子)称为络(配)离子。在[Cu(H(2)组成①中心离子：一般是金属离子，常见的有Fe2＋、Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋等，特殊是过渡金属离子很简洁形成协作物，这是因为多数过渡金属的离子含有空轨道。②配体：含有孤电子对的分子或离子，如NH3、CO、H2O、Cl－、Br－、I－、SCN－、CN－等。③配位数：干脆同中心离子(或原子)配位的配体的数目为该中心离子(或原子)的配位数。一般中心离子(或原子)的配位数是2、4、6、8。(3)结构组成：在协作物[Co(NH3)6]Cl3中，Co3＋为中心离子，6个NH3分子为配体。中心离子与配体构成协作物的内界，通常把它们放在括号内，Cl－称为协作物的外界。内、外界之间以离子键结合，在水中全部电离。2．协作物的形成对物质性质的影响(1)协作物对物质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，可以依次溶解于含过量的Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的协作物。(2)离子颜色的变更当简洁离子形成配离子时，其性质往往有很大差异，颜色发生变更就是一种常见的现象，我们依据颜色的变更就可以推断是否有配离子生成。例如，Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的铁的硫氰酸根配离子，这种配离子的颜色是血红色的。反应的离子方程式如下：Fe3＋＋nSCN－=[Fe(SCN)n]3－n(3)稳定性增加——协作物在生命科学中的应用协作物具有确定的稳定性，协作物中的配位键越强，协作物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，协作物的稳定性与配体的性质有关。例如，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，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。状元随笔配位键与共价键的区分：(1)形成过程不同：配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方供应孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。一般共价键的共用电子对是由成键原子双方共同供应的。(2)配位键与一般共价键实质是相同的。它们都被成键原子双方共用，如在NH4(3)同一般共价键一样，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NH4提升点二超分子及其应用例2冠醚能与阳离子，尤其是与碱金属离子作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用。12-冠-4与锂离子作用而不与钠离子、钾离子作用；18-冠-6与钾离子作用(如图)，还可与重氮盐作用，但不与锂离子或钠离子作用。下列说法错误的是()A．18-冠-6中C和O的杂化轨道类型相同B．18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，这反映了超分子的“分子识别”的特征C．18-冠-6与钾离子作用反映了超分子的自组装的特征D．冠醚与碱金属离子作用的原理与其可作相转移催化剂的原理有关状元随笔冠-5和冠-4的结构15-冠-5的键线式结构12-冠-4的键线式结构[提升2]下列有关超分子的说法正确的是()A．超分子是如蛋白质一样的大分子B．超分子是由小分子通过聚合得到的高分子C．超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体D．超分子是由两个或两个以上分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体状元随笔超分子化学探讨范围大致可分为三类(1)环状配体组成的主客体体系；(2)有序的分子聚集体；(3)由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。【关键实力】超分子“自组装原则”的应用人们可以依据超分子自组装原则，以分子间的相互作用力为工具，把具有特定的结构和功能的组分或建筑模块依据确定的方式组装成新的超分子化合物。这些新的化合物不仅仅能表现出单个分子所不具备的特有性质，还能大大增加化合物的种类和数目。假如人们能够很好地限制超分子自组装过程，就可以依据预期目标更简洁、更牢靠地得到具有特定结构和功能的化合物。素养形成——自测·自评1.向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加浓氨水，先生成难溶物，接着滴加浓氨水，难溶物溶解，得到深蓝色透亮溶液。下列对此现象说法正确的是()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CuC．配位化合物中只有配位键D．在配离子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋供应孤电子对，NH3供应空轨道2．下列不属于配位化合物的是()A．[Cu(H2O)4]SO4·H2OB．[Ag(NH3)2]OHC．KAl(SO4)2·12H2OD．Na[Al(OH)4]3．配位化合物的数量巨大，组成和结构形形色色，丰富多彩。请指出协作物[Cu(NH3)4](OH)2的中心离子、配体、中心离子的电荷数和配位数()A．Cu2＋、NH3、＋2、4 B．Cu＋、NH3、＋1、4C．Cu2＋、OH、＋2、2 D．Cu2＋、NH3、＋2、24．下列有关超分子的说法错误的是()A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力C．超分子具有分子识别的特性D．分子以共价键聚合形成超分子5．气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物，分子中原子间成键关系如图所示。请将图中你认为是配位键的斜线加上箭头。6．回答下列问题：(1)向CuSO4溶液中滴加氨水会生成蓝色沉淀，再滴加氨水到沉淀刚好全部溶解可得到深蓝色溶液，接着向其中加入极性较小的乙醇可以生成深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀。下列说法不正确的是__________(填字母)。a．[Cu(NH3)4]SO4组成元素中电负性最大的是N元素b．CuSO4晶体及[Cu(NH3)4]SO4·H2O中S原子的杂化方式均为sp3c．[Cu(NH3)4]SO4·H2O所含有的化学键有离子键、共价键和配位键d．NH3分子内的H—N—H键角大于H2O分子内的H—O—H键角e.SOf．[Cu(NH3)4]2＋中，N原子是配位原子g．NH3分子中氮原子的轨道杂化方式为sp2杂化(2)配离子[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋的中心离子是________，配体是______，配位数为________，其含有微粒间的作用力类型有________。第四节协作物与超分子必备基础一、1．蓝色沉淀溶解深蓝色晶体红色2．(1)共用电子对电子对赐予－接受(2)孤电子对空轨道(3)赐予接受3．金属离子配体或配位体配位键配位化合物(协作物)二、1．两种两种分子间2．(1)C70C70杯酚(2)空穴3．分子识别自组装即学即练1．(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×(7)√2．答案：B3．答案：(1)Ag＋N2［Ag(NH3)2］OH=［Ag(NH3)2］+＋OH－(2)先有白色沉淀，后来白色沉淀溶解(3)ABE(4)9NA核心素养例1解析：(1)该化合物的C—C键为非极性建；C—H、C—O键为极性键；O→M键为配位键；(2)非金属元素有C、H、O，依据电负性规律，电负性由小到大的依次为H<C<O；(3)由该物质的键线式可知，C元素原子均形成4个单键，接受sp3杂化，每个O原子连接2个C原子，其价电子对数为2＋12×(6－2×1)＝4，接受sp3答案：(1)abc(2)H<C<O(3)sp3sp3(4)O原子成键后，含2对孤对电子，金属离子M有空轨道，所以两者能形成配位键提升1解析：(1)由题意知，四种协作物中每1个协作物所含自由氯离子的数目分别为3、2、1、1，则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，最终两种应互为同分异构体。(2)Fe3＋和SCN－形成协作物时，Fe3＋供应空轨道，SCN－供应孤电子对，Fe3＋和SCN－以1∶1和1∶5形成络离子时，写化学式要用Cl－和K＋分别平衡络离子的电荷，使络合物呈电中性。答案：(1)①[Co(NH3)6]Cl3[Co(NH3)5Cl]Cl2[Co(NH3)4Cl2]Cl②它们互为同分异构体③6(2)①空轨道孤电子对②[Fe(SCN)]Cl2③FeCl3＋5KSCN=K2[Fe(SCN)5]＋3KCl例2解析：18-冠-6中C和O都是sp3杂化，A项正确；18-冠-6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，反映了超分子的“分子识别”的特征，故B项正确，C项错误；由于冠醚是皇冠状分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子，把无机物带入有机物中，它可以作为相转移催化剂也是基于这个原理，D项正确。答案：C提升2答案：D素养形成1．解析：发生的反应为Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+，Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋转化为配离子，浓度减小，A错误