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(寒假班)人教版高中化学选择性必修二同步讲义第三章 晶体结构与性质 第四节 配合物与超分子(解析版)
展开【学习目标】
1.能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法,能判断常见的配合物。
2.能利用配合物的性质去推测配合物的组成,从而形成“结构决定性质”的认知模型。
3.了解超分子的结构特点与性质。
【基础知识】
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)表示方法:配位键常用A—B表示,其中A是 提供 孤电子对的原子,叫给予体,B是接受孤电子对的原子,叫 接受体 。
如:H3O+的结构式为;NHeq \\al(+,4)的结构式为。
(3)形成条件:形成配位键的一方(如A)是能够提供 孤电子对 的原子,另一方(如B)是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子。
①孤电子对:分子或离子中,没有跟其他原子共用的电子对就是孤电子对。如、、分子中中心原子分别有1、2、3对孤电子对。含有孤电子对的微粒:分子如CO、NH3、H2O等,离子如Cl-、CN-、NOeq \\al(-,2)等。
②含有空轨道的微粒:过渡金属的原子或离子。一般来说,多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目基本上是固定的,如Ag+形成2个配位键,Cu2+形成4个配位键等。
2、配合物
(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,简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。
(2)组成:配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图所示:
①中心原子: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 ),最常见的有过渡金属离子:Fe3+、Ag+、Cu2+、Zn2+等。
②配体: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: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
(4)配合物的形成对性质的影响
①对溶解性的影响:一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物,可以溶解于氨水中,或依次溶解于含过量的OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中,形成可溶性的配合物。如Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH-。
②颜色的改变:当简单离子形成配离子时,其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象,根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。如Fe3+与SCN-形成硫氰化铁配离子,其溶液显 红色 。
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 。当作为中心离子的金属离子相同时,配合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。
二、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。
特别提醒:
(1)超分子定义中的分子是广义的,包括离子。
(2)超分子有的是有限的,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 。
【考点剖析】
考点一 配位键
1.下列各种说法中错误的是( )
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
答案 D
解析 微粒间形成配位键的条件是:一方是能够提供孤电子对的原子或离子,另一方是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子或离子,故A正确;配位键是一种特殊的共价键,故B正确;在配位化合物中,配体可以是分子、原子、离子等,如氨、水、SCN-等,故C正确;形成共价键的成键原子不一定有未成对电子,如配位键中就是一方提供一对电子,双方共用,故D错误。
2.既有离子键又有共价键和配位键的化合物是( )
A.NH4NO3 B.NaOH
C.H2SO4 D.H2O
答案 A
解析 NH4NO3是离子化合物,含有离子键,N与O、N与H之间还存在共价键,氨与氢离子之间还存在配位键,A正确;NaOH是离子化合物,含有离子键,O与H之间还存在共价键,但不存在配位键,B错误;H2SO4是共价化合物,只存在共价键,C错误;H2O是共价化合物,只存在共价键,D错误。
3.以下微粒含配位键的是( )
①N2Heq \\al(+,5) ②CH4 ③OH- ④NHeq \\al(+,4) ⑤Fe(CO)3 ⑥Fe(SCN)3 ⑦H3O+ ⑧[Ag(NH3)2]OH
A.①②④⑦⑧ B.①④⑤⑥⑦⑧
C.③④⑤⑥⑦ D.全部
答案 B
解析 ①氢离子提供空轨道,N2H4中氮原子提供孤电子对,所以能形成配位键,N2Heq \\al(+,5)含有配位键,故正确;②甲烷中碳原子满足8电子稳定结构,氢原子满足2电子稳定结构,无空轨道,无孤电子对,CH4不含有配位键,故错误;③OH-电子式为,无空轨道,OH-不含有配位键,故错误;④氨气分子中氮原子含有孤电子对,氢离子提供空轨道,可以形成配位键,NHeq \\al(+,4)含有配位键,故正确;⑤Fe(CO)3中Fe原子提供空轨道,CO提供孤电子对,可以形成配位键,故正确;⑥SCN-的电子式,铁离子提供空轨道,硫原子提供孤电子对,Fe(SCN)3含有配位键,故正确;⑦H3O+中O提供孤电子对,H+提供空轨道,二者形成配位键,H3O+含有配位键,故正确;⑧Ag+有空轨道,NH3中的氮原子上的孤电子对,可以形成配位键,[Ag(NH3)2]OH含有配位键,故正确。
考点二 配合物的理解及应用
4.下列不属于配合物的是( )
A.[Cu(H2O)4]SO4·H2O
B.[Ag(NH3)2]OH
C.KAl(SO4)2·12H2O
D.Na[AlF6]
答案 C
解析 十二水合硫酸铝钾是结晶水合复盐,不是配合物。
5.下列过程与配合物的形成无关的是( )
A.除去Fe粉中的SiO2可用于强碱溶液
B.向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失
C.向Fe3+溶液中加入KSCN溶液
D.向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失
答案 A
解析 二氧化硅和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水,硅酸钠和水都不是配合物,所以与配合物的形成无关,故A选;银离子和氨水反应生成氢氧化银沉淀,氢氧化银能和氨水反应生成银氨配合物,所以与配合物的形成有关,故B不选;铁离子和硫氰化钾溶液反应生成硫氰化铁配合物,所以与配合物的形成有关,故C不选;铜离子和氨水反应生成氢氧化铜蓝色沉淀,氢氧化铜和氨水反应生成铜氨络合物,所以与配合物的形成有关,故D不选。
6.下列说法中错误的是( )
A.[Ag(NH3)2]+中Ag+空的5s轨道和5p轨道以sp杂化成键,空间结构为直线形
B.配位数为4的配合单元一定呈正四面体结构,配位数为6的配合单元一定呈正八面体结构
C.[Cu(NH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性共价键和配位键
D.[Pt(NH3)6]2+和[PtCl4]2-中,其中心离子的化合价都是+2价
答案 B
解析 Ag+价电子排布式为4d10,4d轨道电子全充满,则一个5s轨道和1个5p轨道参与杂化形成两个杂化轨道,这两个杂化轨道接受两个氮原子中提供的孤电子对而形成两个配位键,所以中心原子与配位体形成配位键的杂化轨道类型是sp杂化,空间结构为直线形,A正确;配位数为4的配合物可以为四面体结构,也可以为平面四边形结构,B错误;[Cu(NH3)4]SO4属于离子化合物,含有离子键,N—H为极性共价键,Cu—N为配位键,C正确;[Pt(NH3)6]2+中,NH3可以看为一个整体,显0价,[PtCl4]2-中,Cl显-1价,故它们的中心离子的化合价都是+2价,D正确。
7.下列关于配合物的说法中不正确的是( )
A.许多过渡金属离子对多种配体具有很强的结合力,因而过渡金属配合物远比主族金属配合物多
B.配合物中中心离子与配体间、配离子与酸根离子间都是以配位键结合
C.配离子中,中心离子提供空轨道,配体提供孤电子对
D.中心离子所结合配体的个数称为配位数,不同离子的配位数可能不同
答案 B
解析 许多过渡元素金属离子对多种配体具有很强的结合力,因而过渡金属配合物远比主族金属的配合物多,A项正确;配合物中中心离子与配体间是以配位键结合,配离子与酸根离子间是以离子键结合,B项错误;配合物中中心离子提供空轨道,配体提供孤电子对,C项正确;配位数指形成配离子时配体的个数,不同离子的配位数可能相同也可能不同,D项正确。
8.把CCl2溶于水后加氨水先生成的C(OH)2沉淀后溶解,再加氨水,生成了[C(NH3)6]Cl2,此时向溶液中通入空气,得到的产物中有一种其组成可以用CCl3·5NH3表示,C的配位数是6,把分离出的CCl3·5NH3溶于水后立即加硝酸银溶液,则析出氯化银沉淀。经测定,每1 ml CCl3·5NH3只生成2 ml AgCl。下列说法错误的是( )
A.产物中CCl3·5NH3的配位体为氨分子和氯离子
B.通入空气后得到的溶液中含有[C(NH3)5Cl]2+
C.[C(NH3)6]Cl2中心离子的价电子排布式为3d54s2
D.[C(NH3)6]Cl2中含有配位键、极性共价键、离子键
答案 C
解析 配合物的内界不能电离,外界可以电离。C的配位数是6,把分离出的CCl3·5NH3溶于水后立即加硝酸银溶液,每1 ml CCl3·5NH3只生成2 ml AgCl,说明外界有2个Cl-,所以CCl3·5NH3可表示为[C(NH3)5Cl] Cl2。由以上分析可知,CCl3·5NH3的配位体为5个氨分子和1个氯离子,故A正确;[C(NH3)5Cl]Cl2电离出[C(NH3)5Cl]2+和Cl-,所以通入空气后得到的溶液含有[C(NH3)5Cl]2+,故B正确;[C(NH3)6]Cl2中心离子是C2+,价电子排布式为3d7,故C错误;[C(NH3)6]Cl2中含有配位键、极性共价键、离子键,故D正确。
9.下列配合物或配离子的配位数是6的是( )
A.K2[C(SCN)4] B.[Fe(CN)5(CO)]3-
C.[Zn(CN)4]2- D.Na[Al(OH)4]
答案 B
解析 配位数是指与中心原子(离子)以配位键结合的粒子的数目,K2[C(SCN)4]的配位数为4,[Fe(CN)5(CO)]3-的配位数是6,[Zn(CN)4]2-的配位数为4,Na[Al(OH)4]的配位数是4。
10.已知Zn2+的4s轨道和4p轨道可以形成sp3型杂化轨道,那么[ZnCl4]2—的空间结构为( )
A.直线形 B.平面正方形
C.正四面体形 D.正八面体形
答案 C
解析 此配离子的中心原子采取sp3杂化,配位数为4,故空间结构为正四面体形。
11.[Cu(NH3)4]2+具有对称的空间结构,[Cu(NH3)4]2+中的2个NH3被2个Cl-取代,能得到2种不同结构的产物,则[Cu(NH3)4]2+的空间结构为( )
A.正四面体形 B.正方形
C.三角锥形 D.无法确定
答案 B
解析 由[Cu(NH3)4]2+的组成知其空间结构只能是正四面体形或正方形,由于其二氯取代产物有两种,而正四面体形结构的二氯取代产物只有一种,故B项正确。
12.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.该配合物可能是平面正方形结构
C.Cl-和NH3分子均为Pt4+配体
D.配合物中Cl-与Pt4+配位,而NH3分子不配位
答案 C
解析 配合物中中心原子的电荷数为4,配位数为6,故A错误;该配合物应是八面体结构,Pt与6个配体成键,故B错误;由分析可知,Cl-和NH3分子均与Pt4+配位,形成的配合物为[PtCl4(NH3)2],故C正确;用强碱处理没有NH3放出,说明Pt与NH3分子配位,故D错误。
13.关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法中正确的是( )
A.配位体是Cl-和H2O,配位数是9
B.中心离子是Ti4+,配离子是Ti2+
C.内界和外界中的Cl-的数目之比是1∶2
D.加入足量AgNO3溶液,所有Cl-均被完全沉淀
答案 C
解析 A项,配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,配位体是Cl-和H2O,配位数是6,错误;B项,中心离子是Ti3+,内配离子是Cl-,外配离子是Cl-,错误;C项,配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,内配离子是Cl-数目为1,外配离子是Cl-数目为2,内界和外界中的Cl-的数目之比是1∶2,正确;D项,加入足量AgNO3溶液,外界离子Cl-与Ag+反应,内配位离子Cl-不与Ag+反应,错误。
14.C(Ⅲ)的八面体配合物CClm·nNH3,若1 ml该配合物与AgNO3作用生成1 ml AgCl沉淀,则m、n的值是( )
A.m=1,n=5 B.m=3,n=4
C.m=5,n=1 D.m=4,n=5
答案 B
解析 C(Ⅲ)的八面体配合物CClm·nNH3,CClm·nNH3呈电中性,因为NH3为中性分子,故m的值为3,而1 ml该配合物与AgNO3作用生成1 ml AgCl沉淀,则其内界中只含2个氯离子,又因为该配合物为八面体,则中心原子的配位数为6,所以n的值为4,即该配合物的结构是:[CCl2(NH3)4]Cl。
15.C3+的八面体配合物CClm·nNH3如图所示,其中数字处的小圆圈表示NH3分子或Cl-,C3+位于八面体的中心。若1 ml配合物与AgNO3作用生成2 ml AgCl沉淀,则n的值是( )
A.2 B.3 C.4 D.5
答案 D
解析 由1 ml配合物生成2 ml AgCl可知1 ml配合物电离出2 ml Cl-,即配离子显+2价,外界有2个Cl-。因为C显+3价,所以[CClm-2·nNH3]2+中有1个Cl-,又因为该配合物的空间构型是八面体,所以n=6-1=5。
实验操作
实验现象
有关离子方程式
滴加氨水后,试管中首先出现 蓝色 沉淀,氨水过量后沉淀逐渐 溶解 ,得到深蓝色的透明溶液,滴加乙醇后析出 深蓝 色晶体
Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NHeq \\al(+,4)、Cu(OH)2+4NH3=== [Cu(NH3)4]2++2OH-、[Cu(NH3)4]2++SOeq \\al(2-,4)+H2Oeq \(=====,\s\up7(乙醇))[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-
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