人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第四节 配合物与超分子学案设计

第四节　配合物与超分子

基础课时15　配合物与超分子

一、配合物

1．配位键

(1)概念：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键。

微点拨：配位键是一种特殊的共价键。配位键中的共用电子对是由成键单方提供的，而其他的共价键的共用电子对是由成键双方提供的。

(2)配位键的形成条件

①成键原子一方能提供孤电子对。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．配位化合物

(1)配合物的概念：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，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH、NH4Cl等均为配合物。

(2)配合物的形成

上述实验现象产生的原因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提供的孤电子对形成配位键。配离子[Cu(NH3)4]2＋可表示为。

(3)配合物的组成

配合物[Cu(NH3)4]SO4其组成如下图所示：

①中心原子是提供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配体是提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须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配位数是直接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。

　(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)普鲁士蓝{Fe4[Fe(CN)6]3}中含有离子键和配位键。 (√)

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)超分子两个的重要特征——分子识别、自组装。

　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

D　[超分子不同于蛋白质、淀粉等大分子，也不同于高分子，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，故选D。]

水是生命之源，与我们的生活密切相关。在化学实验和科学研究中，水也是一种常用的试剂。水分子在配位化学中也有着非常重要的地位。

[问题1]　水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)。下列对上述过程的描述不合理的有哪些？

①氧原子的杂化类型发生了改变

②粒子的形状发生了改变

③粒子的化学性质发生了改变

④粒子中的键角发生了改变

提示：水中氧原子以sp3杂化形成4个轨道，其中2个轨道是由孤电子对占据的，依据价层电子对互斥模型，孤电子对也参与互相排斥，水的空间构型为V形。在一定条件下水与氢离子结合形成配位键，这样氧原子与3个氢原子间的共用电子对和剩下的一对孤电子对相互排斥形成了三角锥形分子；同时其键角也发生改变，形成的粒子兼有水和氢离子的性质。故只有①不正确。

[问题2]　将白色的无水CuSO4溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配位数是4的配离子。请写出生成此配离子的离子方程式。

提示：Cu2＋＋4H2O===[Cu(H2O)4]2＋

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殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方提供具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。

(2)配位键与普通共价键的实质相同。它们都被成键原子双方共用，如在NH中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。

(3)同普通共价键一样，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NH)。

2．配合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，形成可溶性的配合物。

 (2)颜色的改变：当简单离子形成配离子时，颜色常发生变化，根据颜色的变化可以判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)稳定性增强：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合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．配合物内界中共价键数目的判断

若配体为单核离子如Cl－等，可以不予计入，若为分子，需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：配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3×4＋4＋2＝18。

1．(双选)某物质的实验式为PtCl4·2NH3，其水溶液不导电，加入AgNO3溶液反应也不产生沉淀，以强碱处理并没有NH3放出，则关于此化合物的说法中正确的是(　　)

A．配合物中中心原子的电荷数和配位数均为6

B．该配合物可能是八面体形结构

C．Cl－和NH3分子均与Pt4＋配位

D．配合物中Cl－与Pt4＋配位，而NH3分子不配位

BC　[在PtCl4·2NH3水溶液中加入AgNO3溶液无沉淀生成，以强碱处理无NH3放出，说明Cl－、NH3均处于内界，故该配合物中中心原子的配位数为6，电荷数为4，Cl－和NH3分子均与Pt4＋配位，A、D错误，C正确；因为配体在中心原子周围配位时采取对称分布状态以达到能量上的稳定状态，Pt4＋配位数为6，则其空间构型为八面体形，B正确。]

2．配位键是一种特殊的共价键，即由单方面提供孤电子对的某原子和另一种接受孤电子对的空轨道的粒子结合。如NH就是由NH3(氮原子提供孤电子对)和H＋(提供空轨道)通过配位键形成的。据此，回答下列问题：

(1)下列粒子中可能存在配位键的是__________。

A．CO2　　B．H3O＋　　C．CH4　　D．H2SO4

(2)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程，最初，科学家提出了两种观点：

甲：、乙：H—O—O—H，式中O→O表示配位键，在化学反应中O→O遇到还原剂时易断裂。化学家Baeyer和Villiyer为研究H2O2的结构，设计并完成了下列实验：

a．将C2H5OH与浓硫酸反应生成(C2H5)2SO4和水；b．将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应，只生成A和H2SO4；c．将生成的A与H2反应(已知该反应中H2作还原剂)。如果H2O2的结构如甲所示，实验c中化学反应方程式为(A写结构简式)  ______________________________________。

[解析]　解题时要注意配位键形成条件中的一方提供孤电子对，另一方提供空轨道。

(1)由题中信息可得出结论：凡能给出H＋的物质中一般含有配位键。

(2)由题中所含配位键的物质的反应特点分析。

[答案]　(1)B、D

(2)

配合物的组成

(1)配合物中必含有中心离子(原子)和一定数目的配位体。中心离子(原子)一般是金属离子(或原子)，大部分是过渡金属元素的离子(或原子)。

(2)配位体是含有孤电子对的分子或离子，当配位体与中心离子(原子)形成配离子或配合物时，配位原子提供孤电子对与有空轨道的中心离子(原子)形成配位键。

(3)配位原子主要是元素周期表中第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子。

1．下列说法错误的是(　　)

A．形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤电子对

B．配位键是一种特殊的共价键

C．配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子

D．共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子

D　[配位键是特殊的共价键，共用电子对是由一方成键原子提供，而另一方的原子或离子只提供接受电子对的空轨道，A项正确，D项错误；配位键实质上是一种特殊的共价键，B项正确；配合物中提供孤电子对的配体可以是分子(如CO)或阴离子(如CN－)，C项正确。]

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须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对，所以不能形成配位键。]

3．下列不属于配合物的是(　　)

A．[Cu(NH3)4]SO4·H2O

B．[Ag(NH3)2]OH

C．KAl(SO4)2·12H2O

D．[Zn(NH3)4]SO4·H2O

C　[根据配合物的定义及其组成可知配合物一定含有配位键，KAl(SO4)2·12H2O中不存在配位键，不属于配合物，属于复盐，故选C。]

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．化合物NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3。

(1)配位键的形成条件是__________________。

(2)在NH3·BF3中，__________(填元素符号，后同)原子提供孤电子对，__________原子接受孤电子对。

(3)写出NH3·BF3的结构式并用“→”标出配位键__________________________。

[答案]　(1)一方能够提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道　(2)N　B　(3)