资源简介 (共55张PPT)第三章 晶体结构与性质第四节 配合物与超分子(第1课时)请用电子式表示H3O+的形成过程,并说明缘由?一、配位键:(1)概念:成键原子或离子一方提供空轨道,另一方提供孤电子对而形成的,这类“电子对给予-接受”键被称为配位键。水分子除了可以与H+形成配位键,还可以与哪些微粒形成配位键,为什么呢?【实验 3-2】固体颜色 CuSO4 白色 CuCl2 绿色 CuBr2 深褐色 NaCl 白色 K2SO4 白色 KBr白色溶液颜色无色离子 什么离子呈天蓝色 SO42-Na+Cl-K+Br-无色 无色 无色天蓝色 天蓝色 天蓝色[Cu(H2O)4]2+Cu2+ ?四水合铜离子观察思考铜与水分子之间是如何结合在一起的?配位键为什么加水后固体铜盐的颜色会发生变化?结合实验说说你的依据。结合以上几种离子,思考形成配位键需要满足哪些条件?一、配位键:(1)概念:成键原子或离子一方提供空轨道,另一方提供孤电子对而形成的,这类“电子对给予-接受”键被称为配位键。Cu2++4H2O= [ Cu (H2O) 4]2+ (蓝色)电子对接受体(空轨道)孤电子对(电子对给予体)配位键(2)表示方法:配位键可以用A →B或A—B来表示。A表示提供孤电子对的配体B表示提供空轨道的中心(原子)离子或四水合铜离子(3)配位键特点:配位键是一种特殊的共价键,具有方向性和饱和性。例如:(4)形成条件:形成配位键的一个成键原子中含有孤对电子,另一个成键原子中有空轨道。[Cu(H2O)4]2+的形成过程激发杂化H2OH2OH2OH2O配位键孤电子对29Cu[Ar]3d104s1失去2e-29Cu2+[Ar]3d9价层电子排布图dsp2杂化除水分子外,是否还有其他电子对给予体?依据反应 NH3 +H+ =NH4+ ,讨论NH3是如何与H+形成NH4+的?思考讨论与铵根类似,将氨气换成水分子:与铵根类似,将氢离子换成铜离子:配合物的形成实验向盛有4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液的试管里滴加几滴1 mol/L氨水, ,继续添加氨水并振荡试管,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, 。出现蓝色沉淀蓝色沉淀溶解变为蓝色溶液析出蓝色晶体Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2++2OH-说明该配合物在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度[Cu(NH3)4]2+ + SO42-+H2O=[Cu(NH3)4]SO4·H2O如果加入乙醇后,晶体未能立刻析出,可以用玻璃棒摩擦试管壁,使晶体迅速析出,你知道原理是什么吗?通过摩擦,可在试管内壁产生微小的玻璃微晶来充当晶核,容易诱导结晶,二、配位化合物:(2)组成:配合物由内界和外界构成,配合单元是内界,内界由中心离子(原子)和配体构成。外界是带异号电荷的离子。内界外界中心离子配体配位数配位原子常见的中心原子(离子)——提供空轨道。①通常是过渡元素的原子或离子,如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。②部分主族元素,如Al3+、B等)常见的配位体——提供孤电子对①原子: N O P S,一般是ⅤA Ⅵ A ⅦA的非金属原子②分子CO、NH3、H2O等③阴离子:X-(卤素离子)、CN-、OH- 、SCN-等。(1)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。配位化合物一定含有配位键,但含有配位键的化合物不一定是配位化合物。例如:CO、NH4Cl等NH4Cl是配合物吗?思考讨论配合物 内界 外界 中心粒子 配位体 配位数[Ag(NH3)2]OHK3[Fe(CN)6][Co(NH3)5Cl]Cl2Ni(CO)4请根据给出的配合物完成下表思考讨论配离子念法:配位数→配体名称→合→中心原子(离子)名称配合物 内界 外界 中心粒子 配位体 配位数[Ag(NH3)2]OH 氢氧化二氨合银K3[Fe(CN)6][Co(NH3)5Cl]Cl2Ni(CO)4[Ag(NH3)2]+OH-Ag+NH32请根据给出的配合物完成下表思考讨论配合物 内界 外界 中心粒子 配位体 配位数[Ag(NH3)2]OH 氢氧化二氨合银 [Ag(NH3)2]+ OH- Ag+ NH3 2K3[Fe(CN)6] 六氰合铁酸钾 [Fe(CN)6]3- K+ Fe3+ CN- 6[Co(NH3)5Cl]Cl2 [Co(NH3)5Cl]2+ Cl- Co3+ NH3、Cl- 6Ni(CO)4 四羰基镍 Ni(CO)4 无 Ni CO 4请根据给出的配合物完成下表思考讨论总结:配合物的结构特点有哪些?配合物结构小结:1、配合物有些存在外界、有些无外界;2、中心粒子可以是阳离子,也可以是中性原子;3、配位体可以是离子或分子,可以有一种或同时存在多种;4、配位数通常为2、4、6、8这样的偶数。(3)配合物的结构特点思考:内界(配离子)中中心离子和配体分子间能否解离?设计实验证明你的猜想。Cu2+ +4H2O [Cu(H2O)4]2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡向左移动<稳定性:H2O,NH3同为中性分子,但电负性N分析:内界(配离子)电离非常微弱,存在电离平衡配位键的强度有大有小,有的配合物较稳定,有的配合物较不稳定。通常情况,较稳定的配合物可以转化为稳定性更强的配合物对于具有内外界的配合物,内外界之间以离子键结合,在水溶液中内外界之间完全电离,但内界离子较稳定一般不能电离出来。[Cu(NH3)4]SO4=[Cu(NH3)4]2+ +SO42-(1)向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是( )A 、[Co(NH3) 4Cl2] Cl B、Co(NH3) 3Cl3C、[Co(NH3) 6] Cl3 D、[Co(NH3) 5Cl] Cl2B(4)配合物的性质特点思考讨论实验探究-制取 Fe(SCN)3实验操作 向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液(或任何含Fe3+的溶液)的试管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化钾(KSCN)溶液。实验现象实验原理溶液变为红色配合物Fe(SCN)3中,中心离子是 ,配体是 ,配位数是Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3Fe3+SCN-3(2) K3Fe(SCN)6的形成KSCN 溶液Fe3++n SCN- [Fe(SCN)n]3-n (n=1~6,随 c(SCN-) 大小而异)FeCl3 +3KSCN Fe(SCN)3+3 KCl复分解反应溶液变为血红色FeCl3溶液棕黄色Fe3+ + 4 SCN- [Fe(SCN)4]-请写出Fe3+ 与 SCN-反应时配位数为4的离子方程式简单离子和配离子的区别书104页步骤2实验步骤 实验现象 解释两滴FeCl3(aq)少量水两滴KSCN(aq)两滴K3[Fe(CN)6](aq)少量水两滴KSCN(aq)溶液变为红色无明显现象生成 [Fe(SCN)n]3-n(n = 1~6)[Fe(CN)6]3-很难电离出 Fe3+在一定条件下, 配位键比较稳定,配离子(内界)不易发生电离。K3[Fe(CN)6]的电离方程式:K3[Fe(CN)6]=3K++ [Fe(CN)6]3-①①②②[Fe(CN)6]3-与Fe3+性质不一样。结论:小结:配合物的稳定性与配位键的关系(1)电子对给予体形成配位键的能力:NH3>H2O(2)接受体形成配位键的能力:过渡金属>主族金属(3)配位键越强,配合物越稳定,如稳定性:Cu2+—H2O< Cu2+—NH3四、配合物的形成对性质的影响(3)溶解性的影响:一些难溶于水的金属化物、溴化物、碘化物、氰化物,可以依次溶于含过量的Cl-、Br-、I-、CN-和氨的溶液,形成可溶性的配合物。(1)稳定性增强: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,从而导致人体CO中毒。(2)颜色的改变:一此金属离子形成配合物后会呈现一定的特征色,如Fe3+与苯酚可形成紫色的配合物.与SCN-可形成血红色的配合物,利用这些颜色的改变可以进行一些离子的鉴别。五、配合物的应用叶绿素(1)生命体中的应用血红蛋白维生素B124、配合物的应用(2)在生产、生活中的应用热水瓶胆镀银(银镜反应)[Ag(NH3)2]OH电解氧化铝的助熔剂Na3[AlF6](2)在生产、生活中的应用1.指出下列各配合物中的配离子、中心离子、配位体、配位原子和配位数。① K3[Fe(CN)6] ②(NH4)2[PtCl6] ③[Cd(NH3)4](OH)2【课堂练习】① K3[Fe(CN)6] === 3K+ + [Fe(CN)6]3-配离子 中心离子 配位体 配位原子 配位数[Fe(CN)6]3-Fe3+CN-6C:C N:-::::1.指出下列各配合物中的配离子、中心离子、配位体、配位原子和配位数。① K3[Fe(CN)6] ②(NH4)2[PtCl6] ③[Cd(NH3)4](OH)2【课堂练习】配离子 中心离子 配位体 配位原子 配位数[PtCl6]2-6Cl② (NH4)2[PtCl6] === 2NH4 + [PtCl6]2-+Pt4+Cl-1.指出下列各配合物中的配离子、中心离子、配位体、配位原子和配位数。① K3[Fe(CN)6] ②(NH4)2[PtCl6] ③[Cd(NH3)4](OH)2【课堂练习】配离子 中心离子 配位体 配位原子 配位数[Cd(NH3)4]2+4N③[Cd(NH3)4](OH)2 === [Cd(NH3)4]2+ + 2OH-Cd2+NH32.下列化合物属于配合物的是( )A.Cu2(OH)2SO4 B.NH3C.[Zn(NH3)4]SO4 D.KAl(SO4)23.配位化合物的数量巨大,组成和结构形形色色。配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心离子、配体、中心离子的化合价和配位数分别为( )A.Cu2+、NH3、+2、4B.Cu+、NH3、+1、4C.Cu2+、OH-、+2、2D.Cu2+、NH3、+2、2【课堂练习】CA4.某物质A的实验式为CoCl3·4NH3,1molA中加入足量的AgNO3溶液中能生成1mol白色沉淀,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.Co3+只与NH3形成配位键B.配合物配位数为3C.该配合物可能是平面正方形结构D.此配合物可写成[Co(NH3)4Cl2] Cl【课堂练习】D5.往[Co(NH3)4Cl2]Cl和[Co(NH3)4Cl2]NO3溶液中分别加入AgNO3溶液,一个有沉淀产生,另一个没有沉淀产生,能产生沉淀的是 ,没有沉淀产生的是 。[Co(NH3)4Cl2]Cl[Co(NH3)4Cl2]NO36.向CoCl2溶液中滴加氨水,使生成的Co(OH)2沉淀溶解生成[Co(NH3)6]2+。此时向溶液中通入空气,得到的产物中有一种其组成可用CoCl3·5NH3表示。把分离出的CoCl3·5NH3溶于水后立即加硝酸银溶液,则析出AgCl沉淀。经测定,每1mol CoCl3·5NH3只生成2mol AgCl。请写出表示此配合物结构的化学式(钴的配位数为6):___________,此配合物中Co的化合价为______。[Co(NH3)5Cl]Cl2+321本节重点本节难点超分子的概念超分子的结构特点基因组中,遗传信息存储在DNA序列中,该遗传信息的传递由互补的含氮碱基序列的存在得到保证。细胞可以通过称为DNA复制的过程简单地复制遗传信息,是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。思考:双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的?超分子AT氢键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超分子概念分子间相互作用:通过非共价键结合,包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。特性2、分子聚集体大小:分子聚集体有的是有限的,有的是无限伸展的。1、分子间相互作用:通过非共价键结合,包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。特性“杯酚”杯酚与C60通过范德华力相结合,通过尺寸匹配实现分子识别C60C70C60C70C70C60C60超分子循环使用溶于氯仿甲苯,过滤不溶于氯仿超分子不溶于甲苯溶于甲苯氯仿超分子的应用---分子识别C60、C70是非极性溶剂,甲苯默认为极性很弱的非极性分子,杯酚和氯仿是极性分子,所以二者互溶,C60不溶于氯仿。超分子的应用----分子识别冠醚识别碱金属离子(如K+)冠醚是皇冠状的分子,猜想:这些冠醚的名称含义是什么?18-冠-615-冠-512-冠-4C、O原子数总和O原子数冠醚,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,在有机反应中可作催化剂。冠醚 冠醚空腔直径/pm 合适的粒子(直径/pm)12-冠-4 120~150 Li+(152)15-冠-5 170~220 Na+(204)18-冠-6 260~320 K+(276)Rb+(304)21-冠-7 340~430 Cs+(334)思考:冠醚靠什么原子吸引阳离子?问题1冠醚靠什么原子吸引阳离子?C 原子是环的骨架,稳定了整个冠醚O 原子吸引阳离子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?共价键冠醚与碱金属离子形成配合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?阴离子,离子晶体问题2问题3高锰酸钾溶液可以氧化甲苯,从而褪色。但是高锰酸钾溶解在水中,难溶于甲苯,难以和甲苯充分接触,实验时需要不断振荡,二者才能充分反应,溶液褪色示例实验:甲苯与高锰酸钾溶液的反应冠醚,是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。冠醚的空穴结构对离子有选择作用,不同冠醚的空腔尺寸不同,与不同的阳离子相匹配(配位作用),从而实现选择性结合(识别不同大小的碱金属离子),在有机反应中可作催化剂。重要特征及其应用——相转移催化剂实验数据:溶有18-冠-6高锰酸钾与的甲苯反应,加快褪色速度实验改进:做上述实验时,加入冠醚(18-冠-6)实验表面:冠醚可以催化这个反应二、超分子重要特征及其应用——自组装超分子的概念和起源尽管已有近两个世纪的历史,但分子识别、自组装等基本概念的引入则是20世纪70年代的事。从这时起,超分子化学才作为一个化学分支出现。它在最近20多年迅速发展,被认为是21世纪新概念和新技术的重要源头之一。1987年,诺贝尔化学奖授予C.Pedersen、J-M.Lehn和D.Cram,以表彰他们在超分子领域的奠基工作。超分子材料1.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【答案】D【详解】A.超分子是由两个或多个分子相互“组合”在一起形成具有特定结构和功能的聚集体,A正确;B.超分子内部分子之间可以通过氢键、静电作用等分子间作用力结合在一起,B正确;C.分子识别和自组装是超分子形成的两个重要方面,C正确;D.超分子内部分子之间通过非共价键相结合,可以通过氢键、静电作用、堆积作用等结合在一起,D错误;综上所述答案为D。2.超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支,还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示,该超分子中存在的化学键类型有A.σ键、π键、离子键B.σ键、π键、氢键C.σ键、π键D.σ键、π键、离子键、氢键【答案】C【详解】根据题意可知,Mo与2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子之间均为配位键,且为单键,即σ键,双键、三键中存在π键,不存在离子键,氢键不是化学键;故答案为C。3.下列说法不正确的是A.液晶具有液体的流动性,在某些物理性质方面具有类似晶体的各向异性B.超分子的特征是分子识别和分子自组装C.电子跃迁时,会吸收或放出特定的能量产生原子光谱D.等离子体基本构成粒子只有阴、阳离子【答案】D【详解】A.在一定范围内存在液体流动性,也存在晶体各向异性的物质,称之为液晶,故A正确;B.超分子的特征是分子识别和分子自组装,故B正确;C.原子核外电子发射光子形成的光谱称为原子发射光谱,吸收光子能量形成的光谱称为原子吸收光谱,故C正确;D.等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体,故D错误;故答案选D。4.碱金属氯化物是典型的离子化合物,NaCl和CsCl的晶胞结构如图所示。其中的碱金属离子能够与冠醚形成超分子。下列说法不正确的是A.在NaCl晶体中,距Na+最近的Na+有12个B.CsCl晶体中Cs+周围紧邻8个Cl-C.碱金属离子与冠醚通过离子键形成超分子D.不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别【答案】C【详解】A.在NaCl晶体中,距Na+最近的Na+同一个平面中有4个,共有12个,A正确;B.由晶胞结构可知,氯化铯晶体中铯离子周围紧邻8个氯离子,B正确;C.碱金属离子与冠醚通过配位键形成超分子,C错误;D.冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合,不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子,D正确;故选C。 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