第3章第4节配合物与超分子教师版-2021-2022学年高二化学学案（新教材人教版选择性必修2）

《20212022学年高二化学同步精品学案（新人教版选择性必修2）》第三章晶体结构与性质第四节配合物与超分子【复习引入】已知AlCl3和双聚氯化铝（Al2Cl6）的结构式如下：eqClo\ac(Al,\s\up11(|),\s\up22(Cl))—Cleqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))eq\a(＼,／)Al\a(／,＼)eqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))eq\a(＼,／)Al\a(／,＼)eqo\ac(\s\up14(Cl),\s\do14(Cl))（1）AlCl3中Al原子的杂化方式sp2，Al2Cl6中Al原子的杂化方式sp3。（2）双聚氯化铝（Al2Cl6）分子中有一种特殊的共价键，你能说明它形成的原因吗？（3）在NH4+中也存在类似的共价键，用电子式表示NH3

+

H+

=NH4+的形成过程eqH\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))\o\ac(N,\s\up6(··),\s\up12(H),\s\do6(··))\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))H＋eq\o\ac(H)+→eq[H\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))\o\ac(N,\s\up6(··),\s\up12(H),\s\do6(··),\s\do12(H))\o\ac(\s\up2(·),\s\do2(·))H]+。一、配合物1．配位键（1）概念：由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道而形成的化学键，即““电子对给予—接受””键。（2）特点：①配位键是一种特殊的共价键（其本质也是σ键）；配位键同样具有共价键的饱和性和方向性；②以NH4+的形成过程为例，尽管配位键与其它三条共价键不同，但形成NH4+后，这四个共价键的键长、键角、键能完全相同，表现的化学性质也完全相同，所以NH4+空间构型为正四面体，NH4+的结构式也可表示：eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqHo\ac(N,\s\up11(|),\s\up22(H),\s\do11(|),\s\do22(H))—H))eq\s\up33(+)。2．配合物【实验32】化学式CuSO4CuCl2CuBr2NaClK2SO4KBr固体颜色白色绿色深褐色白色白色白色溶液（水足量）颜色天蓝色天蓝色天蓝色无色无色无色实验说明什么离子呈天蓝色，什么离子没有颜色溶液呈天蓝色是由阳离子Cu2+引起的，SO42、Cl、Br、Na+、K+在溶液中均无色【深度思考】①实验证明,上述实验中呈蓝色的物质是水合铜离子，可表示为[Cu(H2O)4]2+，叫做四水合铜离子。②结合化学键的相关知识，分析Cu2+与H2O是如何结合的呢？③根据该离子的球棍模型，写出对应的结构简式eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqH2Oo\ac(Cu,\s\up11(|),\s\up22(H2O),\s\do11(|),\s\do22(H2O))—OH2))eq\s\up33(2+)。（1）配合物的定义：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)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(H2O)4]SO4，其中[Cu(H2O)4]2+称为配离子。（2）配合物的组成部分及含义①中心原子（或离子）：提供空轨道的原子（或离子）。②配体：提供孤电子对的阴离子或分子；配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。③配位数：直接与中心原子形成的配位键的数目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为6。（3）常见配合物的形成实验【实验33】实验操作实验现象离子方程式向盛有4mL

0.1mol/L

CuSO4溶液的试管里滴加几滴1

mol/L

氨水形成难溶物Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)继续添加氨水并振荡试管难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－再向试管中加入极性较小的溶剂(如加入8

mL

95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦试管壁析出深蓝色晶体[Cu(NH3)4]2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋H2Oeq\o(=,\s\up7(乙醇))[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓【深度思考】①在得到的深蓝色透明溶液中和在析出的深蓝色的晶体中，深蓝色都是由于存在[Cu(H2O)4]2+，其中心离子是Cu2+，配位原子是O，结构简式可表示为eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(eqH2Oo\ac(Cu,\s\up11(|),\s\up22(H2O),\s\do11(|),\s\do22(H2O))—OH2))eq\s\up33(2+)。②实验中加入乙醇的作用是减小“溶剂”的极性,降低溶质溶解度。③[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体中呈正四面体的粒子是SO42－,杂化类型是sp3的原子是N、S、O。

④根据所学络合物的知识，结合上述实验，理解表格中的两个实验并书写离子方程式。实验操作实验现象有关离子方程式溶液变为红色Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3滴加AgNO3溶液后，试管中出现白色沉淀，再滴加氨水后沉淀溶解，溶液呈无色Ag＋＋Cl－=AgCl↓AgCl＋2NH3=[Ag(NH3)2]＋＋Cl－二、超分子1．概念：由两种或两种以上的分子（或离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体。2．超分子两个的重要特征：分子识别和自组装。。3．应用：分离C60和C70、冠醚识别碱金属离子【理解应用】（1）利用分子间作用力形成超分子进行“分子识别”，实现分子分离，是超分子化学的重要研究和应用领域。如图表示用“杯酚”对C60和C70进行分离的过程，下列对该过程的说法错误的是。A.C70能溶于甲苯，C60不溶于甲苯B.C60能与“杯酚”形成超分子C.C70不能与“杯酚”形成超分子D．“杯酚”能够循环使用【答案】A〔解析〕由题图可知，C60能够与“杯酚”通过分子间作用力形成超分子，而C70不能，C60与“杯酚”形成的超分子不能溶于甲苯，但不能证明C60是否能溶于甲苯，A错误、B和C正确；通过溶剂氯仿的作用，破坏"杯酚"与C60形成的超分子，可实现将C60与C70分离，且"杯酚"能够循环使用，D正确。（2）已知冠醚15冠5空腔直径为170220pm，Li+、Na+、K+、Rb+离子直径分别为152pm、204pm、276pm、304pm，下列适合冠醚15冠5识别的是()A．Li+ B．Na+C．K+ D．Rb+【答案】B【预习检验】1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)（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）AgCl是一种溶解度很小的难溶物，难溶于酸、碱溶液中(×)（4）CuSO4·5H2O和KAl(SO4)2·12H2O都属于配合物(×)（5）超分子就是高分子(×)（6）Fe3＋遇KSCN呈红色，是因为生成了络离子，而Fe2＋遇KSCN不显红色，没有络离子生成()2．胆矾CuSO4·5H2O可写[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其结构示意图如下，有关胆矾的说法正确的是（）A．该配合物的配体是H2O，配位数为5B．Cu2＋的价电子排布式为3d84s1C．胆矾中的水在不同温度下会分步失去D．胆矾中含有的共价键有离子键、极性键、配位键和氢键【答案】C〔解析〕A项，根据[Cu(H2O)4]SO4·H2O可知，配位数为4，错误；B项，Cu2＋的价电子排布式为3d9，错误；C项，由图可知，胆矾中有1个H2O与其他微粒靠氢键结合，易失去，有4个H2O与Cu2＋以配位键结合，较难失去，正确；D项，氢键不是化学键。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．NH3与Cu的配位能力弱于H2OC．沉淀溶解后，生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2＋D．用硝酸铜溶液代替硫酸铜溶液进行实验，不能观察到同样的现象【答案】C〔解析〕发生的反应为Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)，Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋转化为配离子，浓度减小，A错误；继续添加氨水，由于Cu2＋以[Cu(NH3)4]2＋形式存在，说明NH3与Cu的配位能力强于H2O，B错误；[Cu(NH3)4]2＋是深蓝色的，C正确；上述现象是Cu2＋的性质，与SOeq\o\al(2－,4)无关，故换用Cu(NO3)2溶液仍可观察到同样的现象，D错误。4．(1)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2，1mol该配合物中含有σ键的数目为________，配位原子是________。它的电离方程式是__________________________。(2)关于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的说法正确的是________。A．配位数为6B．配体为NH3和Cl－C．[Zn(NH3)4]2＋为内界D．Zn2＋和NH3以离子键结合【答案】(1)16NAN[Zn(NH3)4]Cl2=[Zn(NH3)4]2＋+2Cl－(2)C〔解析〕(1)[Zn(NH3)4]Cl2中[Zn(NH3)4]2＋与Cl－形成离子键，而1个[Zn(NH3)4]2＋中含有4个N→Zn键(配位键)和12个N—H键，共16个σ键，故1mol该配合物中含有16molσ键，即16NA。(2)Zn2＋的配位原子个数是4，所以其配位数是4，故A错误；该配合物中氮原子提供孤电子对，所以NH3是配体，故B错误；[Zn(NH3)4]Cl2中外界是Cl－，内界是[Zn(NH3)4]2＋，故C正确；该配合物中，锌离子提供空轨道，氮原子提供孤电子对，所以Zn2＋和NH3以配位键结合，属于特殊共价键，不属于离子键，故D错误。5．根据配位键的形成条件，完成下列各题。（1）以下微粒中不含有配位键的是。①NHeq\o\al(＋,4)②H3O＋③CH4④N2Heq\o\al(＋,5)⑤[Ag(NH3)2]OH⑥Fe(SCN)3⑦CH3COO－（2）NH3和BF3可以通过配位键形成NH3·BF3，则NH3·BF3的结构式。（3）CaF2难溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，原因是。(用离子方程式表示，已知[AlF6]－在溶液中可稳定存在)。（4）硼酸的结构式为eqHOo\ac(B,\s\do11(|),\s\do22(OH))—OH，属于一元酸，试写出其电离方程式。【答案】（1）③⑦（2）eqHo\ac(N,\s\up11(|),\s\up22(H),\s\do11(|),\s\do22(H))—eqo\ac(B,\s\up11(|),\s\up22(F),\s\do11(|),\s\do22(F))—F（3）3CaF2＋Al3＋3Ca2＋＋AlFeq\o\al(3－,6)（4）H3BO3+H2OH++[B(OH)4]－〔解析〕（3）CaF2中存在沉淀溶解平衡：CaF2(s)Ca2＋(aq)＋2F－(aq)，溶液中的F－与Al3＋形成配位离子AlFeq\o\al(3－,6)，使沉淀溶解平衡向右移动，导致氟化钙溶解（4）根据H3BO3结构式，若羟基（—OH）中的H原子电离，应形成三元酸，H3BO3以配位键结合水中的OH－，电离出H＋。6．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，沉淀的量分别为3mol、2mol、1mol和1mol。请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式：CoCl3·6NH3，CoCl3·4NH3(绿色和紫色)。【答案】[Co(NH3)6]Cl3[Co(NH3)4Cl2]Cl〔解析〕配合物的内界难电离，外界可以电离。1molCoCl3·6NH3只生成3molAgCl，说明外界有3个Cl－，则6个NH3作为配体，化学式为[Co(NH3)6]Cl3；CoCl3·4NH3(绿色和紫色)中有1个Cl－为外界离子，配体为4个NH3和2个Cl－，化学式均为[Co(NH3)4Cl2]Cl。7．CuCl2溶液有时呈蓝色，有时呈绿色，这是因为在CuCl2溶液中存在如下的平衡：[Cu(H2O)4]2＋＋4Cl－[CuCl4]2－＋4H