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配合物的形成及应用
学习目标:
1．认识简单配位化合物的成键特征。
2．能正确运用化学符号描述配合物的组成。
3．学会简单配合物的实验制备。
4．能联系配合物的组成和结构解释相关的实验现象。
5．认识生命体中配位化合物的功能，列举配合物在药物开发和催化剂研制等领域的重要应用。
一、配合物的形成
①实验操作：向硫酸铜溶液中加入氨水和乙醇
实验现象：溶液最终变成深蓝色
实验结论：生成[Cu(NH3)4]SO4 硫酸四氨合铜
②将[Cu(NH3)4]SO4溶于水，[Cu(NH3)4]SO4发生下列电离:
[Cu(NH3)4]SO4=== [Cu(NH3)4]2++ SO42-
实验结论：说明[Cu(NH3)4]2+中Cu2+和NH3分子之间存在较为强烈的相互作用。
思考：在水溶液中，Cu2+与NH3分子是如何结合成[Cu(NH3)4]2+的呢？
由图可知：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。
③配合物：由提供孤电子对的配位体与接受孤电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。
④配合物的命名
1.配离子念法：配位数→配体名称→合→中心原子（离子）名称
2.配合物→类似于盐（酸、碱）的念法
注：配合物中外界中的离子能电离出来,而内界中的离子不能电离出来
例：1.[Zn(NH3)4]SO4中，Zn2+与NH3分子以配位键结合，形成配合物的内界[Zn(NH3)4]2+，SO42-为配合物的外界
Zn2+提供空轨道接受孤电子对，是中心原子；NH3分子中N原子提供孤电子对，是配位原子，NH3分子是配位体；[Zn(NH3)4]2+中，Zn2+的配位数为4。
⑤ 配位键形成的条件：
1.一方提供孤电子对(配体)
2.一方提供空轨道
例：在Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、H2O、NH3、CO、F-、CN-中
中心原子：Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+
配位体：H2O、NH3、CO、F-、CN-
注：1.中心原子(离子)：提供空轨道，接受孤电子对。
通常是过渡元素的原子或离子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等；
其他可提供空轨道的粒子有H+、B、Al。
2.配位体：提供孤电子对的分子或离子，
通常是含第ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素形成的分子或离子,如NH3、CO、H2O、F-、Cl-、OH-、CN-、SCN-等。
思考：配合物一定是由内界和外界组成吗？
不一定，有的配合物没有外界。如Fe(CO)5、Fe(SCN)3。有的配合物有多种配体。如[Cu(NH3)2(H2O)2] SO4、[Co(SO4)(NH3)5]Br、[Co(NH3)5Br]SO4
⑥配合物的结构特点
1.配合物整体(包括内界和外界)显电中性，外界离子所带电荷总数等于配离子的电荷数。
如K3[Fe(CN)6]，外界总电荷数为＋3，内界为－3，又知CN－为－1价，中心原子Fe为＋3价。
2.一个中心原子(离子)可同时结合多种配位体。
如[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，配位体是H2O和Cl－，配位数为6
配合物的内界不仅可为阳离子、阴离子，还可以是中性分子。
如K3[Fe(CN)6]，内界为[Fe(CN)6]3－，Fe(CO)5为电中性，没有外界。
4.对于具有内外界的配合物，中心原子和配位体通过配位键结合，一般很难发生解离；内、外界之间以离子键结合，在水溶液中较易电离。
配合物 配离子 中心原子（离子） 配位原子 配位体 配位数
[Co(NH3)6]Cl3
[Cu(H2O)4]SO4
[Fe(H2O)6]2(SO4)3
[Ag(NH3)2]OH
[Cu(NH3)4]SO4
⑦配位键的表示方法：(电子对给予体)A→B(电子对接受体)或A—B
注：1.配位键是一种特殊的共价键，配位键与共价键性质完全相同。
2.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。
3.③H3O+、NH4+中含有配位键。
⑧判断配位键的常用方法
1.看成键原子(或离子)的特点，一方提供空轨道，另一方有孤电子对；
2.看成键原子(或离子)双方的成键能力，成键能力一般等于8－最外层电子数，或等于最外层电子数，超出成键能力的键为配位键；
3.看化学式的写法，一般“·H2O”这样含结晶水类的微粒中均含有配位键。
思考：共价键有饱和性,但NH3为什么仍能与H+结合生成NH4+呢
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,两者共用形成配位键。
配合物的空间结构
①含有两种或两种以上配位体的配合物，若配位体在空间的排列方式不同，就能形成不同几何构型的配合物。
如Pt(NH3)2Cl2就有顺式和反式两种异构体。
A顺式Pt(NH3)2Cl2和B反式Pt(NH3)2Cl2的颜色、在水中的溶解性等性质有一定的差异。
②过渡金属元素（特别是过渡金属元素的离子）一般都能形成配合物。因为过渡金属原子或离子都有接受电子对的空轨道，它们都能与可提供孤电子对的分子或离子以配位键结合形成配合物。
配合物的中心原子、配位体的种类和数目不同，可以形成不同空间结构的配合物。
配位数 杂化轨道类型 空间结构 结构示意图 实例
2 SP 直线型
SP3 正四面体 [Zn(NH3)4]2＋ [ZnCl4]2－
4 sp2d (dsp2) 平面正方形 [Ni(CN)4]2－ [Cu(NH3)4]2＋
6 sp3d2 (d2sp3) 正八面体 [AlF6]3－ [Co(NH3)6]3＋
③配合物内界中共价键数目的判断
1.若配位体为单核离子如Cl－等，可以不予计入；若为分子，需要用配位体分子内的共价键数乘以该配位体的个数；此外，还要加上中心原子与配位体形成的配位键，这也是共价键。
例如：配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3×4＋4＋2＝18
三、配合物的形成对性质的影响
①溶解性的影响
如:AgCl→[Ag(NH3)2]Cl,由不溶于水的沉淀,转变为易溶于水的物质。
化学方程式：AgCl+ 2NH3 [Ag(NH3)2]Cl
离子方程式：AgCl+ 2NH3 [Ag(NH3)2]+ + Cl-
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变化。颜色变化就是一种常见的现象,我们根据颜色的变化就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,这些配离子的颜色是红色的。
SCN-作为配体与Fe3+配位，显红色，用于检验Fe3+
③稳定性增强
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,导致血红素失去输送氧气的功能,这是CO使人体中毒的原理。
思考1：[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+哪个配位离子更稳定？原因是什么？
[Cu(NH3)4]2+更稳定。
因为N和O都有孤电子对，但O电负性大，吸引孤电子对的能力强，
故NH3提供孤电子对的能力比H2O大。
思考2.：NH3与Cu2+形成配合物，但NF3很难与Cu2+形成配合物，
原因是什么？
电负性：F > N ，使得NH3 提供孤电子对的能力大于NF3
注：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。当中心离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。
四、配合物的应用
①在化学分析中，人们常用形成配合物的方法来检验金属离子、分离物质、定量测定物质的组成。
②在生产中，配合物被广泛应用于染色、电镀、硬水软化、金属冶炼领域。
例如，夹心配位化合物二茂铁具有高度的热稳定性，常被用作燃料的催化剂和抗爆剂，它的节能消烟效果也非常好。
③配位化合物在羊毛染色过程中的作用
为了使羊毛呈现不同的色彩，同时在洗涤和光照的条件下不易褪色，我们可以在染色过程中，使用金属盐（如铬、铝、铁、铜盐等）对其进行处理。因羊毛和染料中都含有可与金属离子配位的基团（—NH2、—COOH），染色时，金属离子和染料及羊毛之间发生反应，生成体积较大、溶解度小的配合物，使染料坚固地附着在纤维上，从而改变羊毛的颜色。

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