新教材适用2024-2025学年高中化学第3章晶体结构与性质第4节配合物与超分子学案新人教版选择性必修2

第四节协作物与超分子核心素养发展目标1．能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法，能推断常见的协作物。2．能利用协作物的性质去推想协作物的组成，从而形成“结构确定性质”的认知模型。3．了解超分子的结构特点与性质。一、配位键1．概念由一个原子单方面供应_孤电子对__，而另一个原子供应_空轨道__而形成的化学键，即“电子对赐予一接受”键。2．实例在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由_水分子__供应孤电子对赐予_铜离子__，_铜离子__接受_水分子__的孤电子对形成的。3．表示方法配位键可以用A→B来表示，其中A是_供应__孤电子对的分子或离子，B是_接受__孤电子对的原子或金属离子。例如：①NHeq\o\al(＋,4)中的配位键表示为。②[Cu(NH3)4]2＋中的配位键表示为。③[Cu(H2O)4]2＋中的配位键表示为。4．配位键的形成条件(1)成键原子一方能供应孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。(2)成键原子另一方能供应空轨道。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。深度思索1.共价键有饱和性，但NH3为什么仍能与H＋结合生成NHeq\o\al(＋,4)呢？提示：NH3有孤电子对，H＋有空轨道，NH3中的孤电子对进入H＋的空轨道，两者共用形成化学键。2．H2O与H3O＋相比，回答下列问题：(1)中心原子的杂化方式是否相同？提示：相同，都为sp3杂化。(2)微粒的空间结构是否相同？提示：不同。H2O呈V形，H3O＋呈三角锥形。(3)微粒中的键角是否相同？若不同，哪一个键角大一些？提示：不同。H3O＋中键角大。因为H2O中中心氧原子有2个孤电子对，而H3O＋中中心氧原子有1个孤电子对，孤电子对对成键电子对的作用力大。3．配位键与一般的共价键有什么不同？提示：①配位键实质上是一种特别的共价键。②配位键与一般的共价键只是在形成过程上有所不同。配位键的共用电子对由成键原子单方面供应，一般共价键的共用电子对则由成键原子双方共同供应，但它们的实质是相同的，都是由成键原子双方共用，如NHeq\o\al(＋,4)的结构式可表示为，习惯上也可表示为，在NHeq\o\al(＋,4)中4个N—H的键长、键能和键角都是完全相等的。应用体验1.下列物质：①H3O＋②[Cu(NH3)4]2＋③CH3COO－④NH3⑤CH4中存在配位键的是(A)A．①② B．①③C．④⑤ D．②④解析：①H3O＋中O供应孤电子对，H＋供应空轨道，二者形成配位键，H3O＋含有配位键；②Cu2＋有空轨道，NH3中的氮原子上的孤电子对，可以形成配位键，[Cu(NH3)4]2＋含有配位键；③CH3COO－中碳和氧最外层有8个电子达到稳定结构，氢满意2电子稳定结构，无空轨道，无孤电子对，电子式为：，不含配位键；④NH3为共价化合物，氮原子中最外层有8个电子达到稳定结构，分子中存在两个H—N键，氢满意2电子稳定结构，无空轨道；⑤甲烷中碳原子满意8电子稳定结构，氢原子满意2电子稳定结构，电子式为，无空轨道，无孤电子对，CH4不含配位键。故选A。2．下列各种说法中错误的是(B)A．形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤电子对B．共价键的形成条件是成键原子必需有未成对电子C．配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子D．配位键是一种特别的共价键解析：微粒间形成配位键的条件是：一方是能够供应孤电子对的原子或离子，另一方是能够接受孤电子对的空轨道的原子或离子，故A正确；形成共价键的成键原子不肯定有未成对电子，如配位键中就是一方供应电子对，双方共用，故B错误；配位化合物中，配体可以是H2O、NH3、CO等含有孤电子对的分子，也可以是F－、Cl－、CN－等含有孤电子对的阴离子，故C正确；配位键又称配位共价键，是一方供应孤电子对，一方供应空轨道形成的，是一种特别的共价键，故D正确。故选B。3．下列物质中都存在离子键、极性键和配位键的是(B)A．过氧化钠、硫酸四氨合铜、氢化钠B．硝酸铵、氢氧化二氨合银、硫酸铵C．硫酸、氮化钙、氢氧化钡D．氯化铵、氢氧化钠、双氧水解析：Na2O2中存在离子键和非极性键，NaH中只存在离子键，均不存在极性键和配位键，A不符合题意；NH4NO3、[Ag(NH3)2]OH、(NH4)2SO4中均存在离子键、极性键和配位键，B符合题意；H2SO4中不存在离子键，Ca3N2中只存在离子键，Ba(OH)2中不存在配位键，C不符合题意；NaOH中不存在配位键，H2O2中只有共价键，D不符合题意。故选B。二、协作物1．概念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，简称协作物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为协作物。2．组成协作物[Cu(NH3)4]SO4的组成如图所示：(1)中心原子：供应空轨道接受孤电子对的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子)，最常见的有过渡金属离子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。(2)配体：供应孤电子对的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配体中干脆同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必需是含有孤电子对的原子，如NH3中的N，H2O中的O等。(3)配位数：干脆与中心原子形成的_配位键__的数目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为_6__。3．常见协作物的形成试验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_蓝色沉淀__，氨水过量后沉淀渐渐_溶解__，得到深蓝色的透亮溶液，滴加乙醇后析出深蓝色晶体Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)、Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－、[Cu(NH3)4]2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋H2O[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓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－4.协作物的形成对性质的影响(1)颜色变更，如Fe(SCN)3的形成。(2)溶解度变更，如AgCl沉淀可溶于氨水得到[Ag(NH3)2]＋。5．协作物的应用(1)协作物跟人类生活有亲密的关系。例如，在人和动物体内起输送氧气作用的血红素是Fe2＋的协作物。(2)协作物在生产和科学技术方面的应用也很广泛，例如，在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。正误推断1.配位键实质上是一种特别的共价键。(√)2．供应孤电子对的微粒既可以是分子，也可以是离子。(√)3．有配位键的化合物就是配位化合物。(×)4．配位化合物都很稳定。(×)5．在协作物[Co(NH3)5Cl]Cl2中的Cl－均可与AgNO3反应生成AgCl沉淀。(×)6．Ni(CO)4是协作物，它是由中心原子与配体构成的。(√)深度思索1.回答下列关于协作物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的问题。(1)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中供应孤电子对的是什么？提示：Cl－、H2O。(2)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O在溶液中电离出什么离子？提示：[TiCl(H2O)5]2＋、Cl－。(3)1mol[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O与足量AgNO3溶液反应，产生沉淀的物质的量是多少？提示：2mol。2．(1)人体内血红蛋白是Fe2＋卟啉协作物，Fe2＋与O2结合形成协作物，而CO与血红蛋白中Fe2＋也能形成协作物。依据生活常识，比较说明其协作物的稳定性。提示：血红蛋白中Fe2＋与CO形成的协作物更稳定。(2)[Cu(NH3)4]2＋与[Cu(H2O)4]2＋哪个配位离子更稳定？缘由是什么？提示：[Cu(NH3)4]2＋更稳定。因为N和O都有孤电子对，但O电负性大，吸引孤电子对的实力强，故NH3供应孤电子对的实力比H2O大。(3)NH3可与Cu2＋形成协作物，但NF3很难与Cu2＋形成协作物，缘由是什么？提示：电负性：F>H，使得NF3供应孤电子对的实力小于NH3。应用体验1.下列关于协作物的说法中正确的是(D)A．化学式[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的协作物中配体是Cl－和H2O，配位数是9B．含有配位键的物质肯定是配位化合物C．协作物[Ag(NH3)2]Cl中存在离子键、配位键、极性键和非极性键D．向硫酸铜溶液中滴加过量的氨水，溶液呈深蓝色是因为存在[Cu(NH3)4]2＋配离子解析：该协作物中：中心原子为Ti，配体是氯离子和水，配位数为6，A错误；氯化铵中氮原子和氢原子之间存在一个配位键，但氯化铵不是配位化合物，B错误；协作物中内界和外界之间为离子键，中心原子和配位原子之间为配位键，配体中氮原子和氢原子之间为极性共价键，不存在非极性键，C错误；硫酸铜中加过量氨水形成四氨合铜配离子，为深蓝色，D正确。故选D。2．下列分子或离子中不能作为协作物的配体的是(A)A．NHeq\o\al(＋,4) B．SCN－C．H2O D．NO解析：NHeq\o\al(＋,4)中，N原子的最外层电子全部用于形成化学键，不存在孤对电子，不能作为配体，A符合题意；SCN－中，S原子的最外层有两对孤对电子，可作为协作物的配体，B不符合题意；H2O中，O原子的最外层有两对孤对电子，可作为协作物的配体，C不符合题意；NO中，N原子的最外层有一对孤对电子，可作为协作物的配体，D不符合题意。故选A。3．下列说法正确的是(D)A．协作物[Zn(NH3)4]Cl2配位数为6B．协作物[Zn(NH3)4]Cl2中，配位体为NH3和Cl－，[Zn(NH3)4]2＋为内界C．协作物[Zn(NH3)4]Cl2中Zn2＋和NH3以离子键结合D．在NHeq\o\al(＋,4)和Fe(CO)5中都存在配位键解析：协作物[Zn(NH3)4]Cl2，内界有4个氨分子作为配位体，所以配位数为4，故A错误；协作物[Zn(NH3)4]Cl2中，配位体为NH3，[Zn(NH3)4]2＋为内界，故B错误；协作物[Zn(NH3)4]Cl2中Zn2＋和NH3以配位键结合，故C错误；在NHeq\o\al(＋,4)中，氮原子供应孤电子对，氢离子有空轨道，它们之间形成配位键，Fe(CO)5中也存在配位键，故D正确。故选D。4．协作物Na3[Fe(CN)6]可用于离子检验，下列说法不正确的是(B)A．此协作物中存在离子键、配位键、极性键B．配离子为[Fe(CN)6]3－，中心离子为Fe3＋，配位原子为NC．1mol协作物中含有12molσ键D．该协作物为离子化合物，易电离，1mol协作物电离得到阴阳离子共4mol解析：Na＋与[Fe(CN)6]3－之间存在离子键，CN－与Fe3＋之间存在配位键，CN－中碳原子与氮原子之间存在极性键，A项正确；协作物Na3[Fe(CN)6]中，配离子为[Fe(CN)6]3－，中心离子为Fe3＋，配位原子为C，B项错误；CN－中碳原子与氮原子之间存在1个σ键，CN－与Fe3＋之间的配位键属于σ键，则1mol协作物Na3[Fe(CN)6]中σ键为(6＋6)mol＝12mol，C项正确；该协作物为离子化合物，易电离，其电离方程式为Na3[Fe(CN)6]=3Na＋＋[Fe(CN)6]3－，1mol该协作物电离得到阴、阳离子共4mol，D项正确。故选B。(1)协作物的稳定性协作物具有肯定的稳定性。协作物中的配位键越强，协作物越稳定。当作为中心原子(或离子)的金属原子(或离子)相同时，协作物的稳定性与配体的性质有关。(2)配位键的稳定性①电子对赐予体形成配位键的实力：NH3>H2O。②接受体形成配位键的实力：H＋>过渡金属>主族金属。③配位键越强，协作物越稳定。如稳定性：Cu2＋—OH－<Cu2＋—NH3<H＋—NH3。三、超分子1．定义：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。(1)超分子定义中的分子是广义的，包括离子。(2)超分子这种分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。2．超分子的两个重要特征是_分子识别__和_自组装__。3．实例(1)“杯酚”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，再加入甲苯溶剂，溶解未装入“杯酚”的C70，过滤后分别C70；再向不溶物中加入氯仿，溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。(2)冠醚识别碱金属离子：冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子。(3)细胞和细胞器的双分子膜。(4)DNA分子。深度思索1.冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？提示：共价键。2．冠醚与碱金属离子形成协作物得到的晶体里还有什么粒子？这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？提示：阴离子，离子晶体。应用体验1.下列关于超分子和协作物的叙述不正确的是(C)A．细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质B．利用超分子的分子识别特征，可以分别C60和C70C．配位化合物中配位键强度都很大，因而协作物都很稳定D．配离子[Fe(CN)5(NO)]2－的中心离子为Fe3＋，配位数为6，配位原子为C和N解析：细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质，生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而成，A正确；C60和C70的分子直径不同，利用超分子的“分子识别”特性可以将C60和C70分别开来，B正确；含有孤电子对和含有空轨道的原子之间形成配位键，配位键属于共价键，有的协作物很稳定，有的很不稳定，C错误；配离子[Fe(CN)5(NO)]2－的中心离子为Fe3＋，供应空轨道，NO和CN－与Fe3＋形成配位键，配位数为6，C和N有孤对电子，作为配位原子，D正确。故选C。2．利用超分子可分别C60和C70。将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的杯酚中进行分别的流程如图所示。下列说法错误的是(C)A．该流程体现了超分子具有“分子识别”的特征B．杯酚分子中存在大π键C．杯酚与C60形成氢键D．C60与金刚石晶体类型不同解析：利用杯酚分别C60和C70体现了超分子具有“分子识别”的特征，A项正确；杯酚分子中含有苯环结构，存在大π键，B项正确；杯酚与C60形成的不是氢键，C项错误；金刚石是共价晶体，C60为分子晶体，二者晶体类型不同，D项正确。故选C。1．下列有关协作物eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Cr\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2O))4Br2))Br·2H2O的说法正确的是(B)A．该协作物的配体只有水分子B．该协作物中Cr3＋供应空轨道C．1mol该协作物与足量AgNO3溶液反应可生成3molAgBr沉淀D．中心离子的配位数为5解析：该协作物的配体是水分子和溴离子，故A错误；该协作物的中心微粒是Cr3＋，中心微粒在形成配位键时供应空轨道，故B正确；协作物溶于水，只能电离出外界离子，1mol该协作物与足量AgNO3溶液反应可生成1molAgBr沉淀，故C错误；该协作物中心离子的配体是水分子和溴离子，配位数为6，故D错误。故选B。2．某超分子的结构如图所示。下列说法不正确的是(C)A．此超分子中含有酰胺基B．的分子式为C14H10，其一氯代物有3种C．此超分子属于高分子D．此超分子完全燃烧后会生成CO2，干冰晶胞中CO2的配位数为12解析：从今超分子的结构图中可以看出，分子中含有多个酰胺基，A正确；分子中有14个碳原子，不饱和度为10，则分子式为C14H10，该分子中有3种氢原子(带*号位置)，则其一氯代物有3种，B正确；此超分子的相对分子质量小于10000，则不属于高分子，C不正确；此超分子中含有碳元素，完全燃烧后会生成CO2，干冰晶胞中CO2分子位于顶点和面心，配位数为eq\f(3,2)×8＝12，D正确。故选C。3．＋3价Co的八面体协作物CoClm·nNH3，中心原子的配位数为6，若1mol协作物与AgNO3作用生成1molAgCl沉淀，则m和n的值是(C)A．m＝1、n＝5 B．m＝3、n＝3C．m＝3、n＝4 D．m＝3、n＝5解析：＋3价Co的八面体协作物CoClm·nNH3，依据电荷守恒，m＝3；中心原子的配位数为6，若1mol协作物与AgN