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

PAGE7-第四节协作物与超分子发展目标体系构建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.了解超分子概念及其特性。一、协作物1．配位键(1)概念：成键原子一方供应孤电子对，另一方供应空轨道形成的共价键。微点拨：配位键是一种特别的共价键。配位键中的共用电子对是由成键单方供应的，而其他的共价键的共用电子对是由成键双方供应的。(2)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。2．配位化合物(1)协作物的概念：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、NH4Cl等均为协作物。(2)协作物的形成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，滴加乙醇后析出深蓝色晶体[Cu(NH3)4]SO4·H2OCu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)、Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－溶液变血红色Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3白色的AgCl沉淀消逝，得到澄清的无色溶液A_gCl＋2NH3＝[Ag(NH3)_2]Cl上述试验现象产生的缘由主要是配离子的形成。以配离子[Cu(NH3)4]2＋为例，NH3分子中氮原子的孤电子对进入Cu2＋的空轨道，Cu2＋与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子供应的孤电子对形成配位键。配离子[Cu(NH3)4]2＋可表示为。配制银氨溶液时，向AgNO3溶液中滴加氨水，先生成白色沉淀，后沉淀渐渐溶解，为什么？[提示]因为氨水呈弱碱性，滴入AgNO3溶液中，会形成AgOH白色沉淀，接着滴加氨水时，NH3分子与Ag＋形成[Ag(NH3)2]＋协作离子，协作离子很稳定，会使AgOH渐渐溶解，反应过程如下：Ag＋＋NH3·H2O=AgOH↓＋NHeq\o\al(＋,4)，AgOH＋2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]＋＋OH－＋2H2O。(3)协作物的组成协作物[Cu(NH3)4]SO4其组成如下图所示：①中心原子是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)，过渡金属离子最常见的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。②配体是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原子，H2O中的O原子等。③配位数是干脆与中心原子形成的配位键的数目。如[Fe(CN)6]4－中配位数为6。二、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。微点拨：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)分别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)超分子两个的重要特征——分子识别、自组装。1．推断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(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)配位键是一种特别的共价键 (√)(3)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子 (√)(4)超分子肯定是由呈电中性的分子组成，不行能含有离子 (×)2．下列不能形成配位键的组合是()A．Ag＋、NH3 B．H2O、H＋C．Co3＋、CO D．Ag＋、H＋D[配位键的形成条件必需是一方能供应孤电子对，另一方能供应空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能供应空轨道，NH3、H2O、CO能供应孤电子对，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能供应空轨道，而无法供应孤电子对，所以不能形成配位键。]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____________________________________。[解析]在协作物[Ag(NH3)2]OH中，中心离子是Ag＋，配位原子是NH3分子中的N原子，配位数是2。[答案](1)Ag＋N2[Ag(NH3)2]OH=[Ag(NH3)2]＋＋OH－(2)先产生白色沉淀，加入氨水后，白色沉淀溶解相识配位键及配位化合物配位键实质是一种特别的共价键，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，但实质是相同的。(1)NHeq\o\al(＋,4)中的配位键与其他三个N—H键的键参数是否相同？提示：相同。NHeq\o\al(＋,4)可看成NH3分子结合1个H＋后形成的，在NH3中中心原子氮实行sp3杂化，孤电子对占据一个轨道，3个未成键电子占据另3个杂化轨道，分别结合3个H原子形成3个σ键，由于孤电子对的排斥，所以空间结构为三角锥形，键角压缩至107°。但当有H＋时，N原子的孤电子对会进入H＋的空轨道，以配位键形成NHeq\o\al(＋,4)，这样N原子就不再存在孤电子对，键角复原至109°28′，故NHeq\o\al(＋,4)为正四面体形，4个N—H键完全一样，配位键与一般共价键形成过程不同，但性质相同。(2)协作物[Cu(NH3)4]SO4中含有的化学键类型有哪些？提示：[Cu(NH3)4]SO4中含有的化学键有离子键、共价键和配位键。(3)NH3和BF3可以通过配位键形成NH3·BF3，试分析供应孤电子对、空轨道的分别是哪种原子？你能写出NH3·BF3的结构式吗？提示：N原子供应孤电子对，B原子供应空轨道，NH3·BF3的结构式可表示为。1．配位键与共价键的关系(1)形成过程不同：配位键实质上是一种特别的共价键，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的实质相同。它们都被成键原子双方共用，如在NHeq\o\al(＋,4)中有三个一般共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。(3)同一般共价键一样，配位键可以存在于分子中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子中(如NHeq\o\al(＋,4))。2．协作物的形成对物质性质的影响(1)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，可以依次溶于含过量Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的协作物。(2)颜色的变更：当简洁离子形成配离子时，颜色常发生变更，依据颜色的变更可以推断是否有配离子生成。如Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的配离子，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(n＝1～6)。(3)稳定性增加：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。当作为中心原子的金属离子相同时，协作物的稳定性与配体的性质有关。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，使血红蛋白失去输送O2的功能，从而导致人体CO中毒。3．协作物内界中共价键数目的推断若配体为单核离子如Cl－等，可以不予计入，若为分子，须要用配体分子内的共价键数乘以该配体的个数，此外，还要加上中心原子与配体形成的配位键，这也是σ键。例如：协作物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3×4＋4＋2＝18。1．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是()A．配位化合物中必定存在配位键B．配位化合物中只有配位键C．[Cu(H2O)4]2＋中的Cu2＋供应空轨道，H2O中的氧原子供应孤电子对形成配位键D．配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用B[含有配位键的化合物就是配位化合物，但配位化合物还会含有共价键、离子键等，B错误。]2．(1)Zn的氯化物与氨水反应可形成协作物[Zn(NH3)4]Cl2，1mol该协作物中含有σ键的数目为________。(2)关于协作物[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[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该协作物中含有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；该协作物中氮原子供应孤电子对，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；该协作物中，锌离子供应空轨道，氮原子供应孤电子对，所以Zn2＋和NH3以配位键结合，属于特别共价键，不属于离子键，故D错误。[答案](1)16NA(2)C1．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是()A．X、Y只能是分子B．X、Y只能是离子C．若X供应空轨道，则Y至少要供应一对孤电子对D．若X供应空轨道，则配位键表示为X→YC[形成配位键的两种粒子可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必需是一种粒子供应空轨道、另一种粒子供应孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应当指向供应空轨道的X，D项错误。]2．下列粒子中含配位键的是()①N2Heq\o\al(＋,5)②CH4③OH－④NHeq\o\al(＋,4)⑤Fe(CO)3⑥Fe(SCN)3⑦H3O＋⑧Ag(NH3)2OHA．①②④⑦⑧ B．③④⑤⑥⑦C．①④⑤⑥⑦⑧ D．全部C[形成配位键的条件是一个原子(或离子)有孤电子对，另一个原子(或离子)有空轨道。在②CH4、③OH－中，中心原子碳和氧的价电子已完全成键，没有孤电子对。]3．向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，接着添加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透亮溶液。下列对此现象的说法正确的是()A．沉淀溶解后，生成深蓝色的协作离子[Cu(NH3)4]2＋B．[Cu(H2O)4]2＋比[Cu(NH3)4]2＋中的配位键稳定C．用硝酸铜溶液代替硫酸铜溶液进行试验，不能视察到同样的现象D．在[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋给出孤电子对，NH3供应空轨道A[从试验现象分析可知，Cu2＋与NH3·H2O反应生成Cu(OH)2沉淀。接着添加氨水，由于Cu2＋更易与NH3结合，生成更稳定的[Cu(NH3)4]2＋。上述现象是Cu2＋的性质，与SOeq\o\al(2－,4)无关，故换用Cu(NO3)2溶液仍可视察到同样的现象，C项错误；在[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋供应空轨道，NH3给出孤电子对，属于配位体，D项错误。]4．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D[分子以非共价键或仅以分子间作用力形成超分子。]5．(1)在[Ni(NH3)6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为________，供应孤电子对的成键原子是________。(2)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，缘由是_________。(用离子方程式表示，已知AlFeq\o\al(3－,6)在溶液中可稳定存在)。(3)协作物[Cr(H2O)6