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课题 配位键
教学目标
1.知道配位键的特点，认识简单的配合物的成键特征，能正确运用化学符号描述配合物的组成。举例说明某些配合物的特点、存在与应用。 2.能制备简单的配合物，能运用配位键模型分析配合物的结构与典型性质。
教学重点： 1. 知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征，了解配位化合物的存在与应用。 2. 构建配合物概念模型，应用模型分析配合物的结构与典型性质。教学难点： 1. 认识配合物的成键特征。 2. 构建配合物概念模型。
教学过程
【环节一】探究 CoCl3·5NH3 在水溶液中的电离，构建配合物的组成模型 【情境】向 CoCl:溶液中加入浓氨水，再向溶液中加入过氧化氢，待无气泡产生时加入浓盐酸微热，最终得到紫红色晶体，其组成可用 CoCl3·5NH3 表示。 【教师】CoCl3·5NH3 这类物质具有什么样的结构？又有那些性质呢？今天我们来探究CoCl3·5NH3 的性质和结构。先将 CoCl3·5NH3 粉末配成 100 mL 0.001 mol/L 的溶液。该溶液中主要存在什么微粒？请同学们尝试写出其电离方程式。 【学生】写出电离方程式： CoCl3·5NH3=Co3++3Cl-+5NH3 ① CoCl3·5NH3=[Co(NH3)5]3++3Cl- ② 【教师】这些电离方程式是否正确？请设计实验探究 CoCl3·5NH3 在水中如何电离。
【学生】方案 1：取少量溶液于试管，向其中加入稀硝酸酸化，再滴加硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀，检验是否电离出 Cl-。 方案 2：取少量溶液于试管，测溶液 pH 值，检验是否电离出 NH3。 【分组实验】实验 1：有白色沉淀生成，推测 CoCl3·5NH3 水溶液中有 Cl-。 实验 2：测得溶液 pH=5.87，推测 CoCl3·5NH3 水溶液中无 NH3。 由此推测电离方程式①错误。 【教师】那么电离方程式②是否正确呢？通过刚刚的定性检测实验还不能确定，我们还需进行定量实验，即检测 0.001 mol/L CoCl3·5NH3 水溶液中是否电离出 0.003 mol/L Cl-。 【教师演示实验】数字化实验： CoCl3·5NH3 水溶液中电离出 Cl-的数目。 取 10.00 mL 0.001 mol/L CoCl3·5NH3 溶液，用 0.001 mol/L AgNO3 溶液进行滴定，用滴数传感器记录滴加 AgNO3 溶液的体积，用电导率传感器测溶液电导率的变化，得到如图曲线。 【学生】观察曲线，滴定终点时消耗 AgNO3 溶液约 20 mL，即有 V[CoCl3·5NH3(aq)] ：V[AgNO3(aq)] = 1 ：2 n(CoCl3·5NH3) ：n(Cl-) = 1 ：2 得出结论：1 mol CoCl3·5NH3 电离出约 2 mol Cl-，电离方程式②也不正确。CoCl3·5NH3在水溶液中的电离方程式为：CoCl3·5NH3=[Co(NH3)5Cl]2++2Cl- 【教师】根据它的电离方程式，它正确的化学式应该为[Co(NH3)5Cl]Cl2 。化学式中括号内的不易电离，中括号外的易电离，将其分为内界和外界。这类物质内界内离子或分子较稳定，在水溶液中不易电离。 [Co(NH3)5Cl]Cl2 内界 外界 【环节二】分析[Co(NH3)5Cl]2+成键方式，构建配合物的结构模型
【教师】通过实验， 我们了解到[Co(NH3)5Cl]Cl2 内界不易电离，那么内界中的 Cl-和 NH3为什么不易电离，[Co(NH3)5Cl]2+是怎样的结构？ 要解决这一问题，我们先讨论一个熟悉的反应：H+与 NH3 反应生成 NH4+ 。H+与 NH3 形成的共价键有什么特点？ 【学生】氨分子中，氮原子的三个未成对电子分别与三个氢原子的电子配对形成三个共价键，氮原子上还有一对孤电子对。氢离子是氢原子失去一个电子形成的，1s 轨道是空的。H+与 NH3 形成新共价键的 2 个电子均由氮原子的这对孤电子对提供，氢离子仅提供空轨道。 【师生】总结配位键概念，归纳配位键的形成条件。 【任务】根据 Co3+空轨道的形成机理信息，利用配位键形成模型，分析[Co(NH3)5Cl]2+的成键特征。 资料：Co3+ 的价层电子构型为 3d6 。6 个 d 电子重排，空出的 2 条 3d 轨道参与杂化，中心离子发生 d2sp3 杂化，杂化轨道在空间呈八面体分布。 【学生】Co3+进行重排、杂化后有 6 个空轨道，需要 6 对孤电子对，而 5 个氨分子和 1个氯离子每个配体提供 1 对孤电子对，形成 6 个配位键。 【教师】像[Co(NH3)5Cl]Cl2 这类物质，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。
【环节三】通过配合物的制备实验，应用并完善配合物模型 【教师】将氯化铜固体溶于水，并逐渐加水稀释，观察实验现象。请结合配合物理论解释实验现象。 【学生】进行分组实验 1，记录现象，讨论。回答。 氯化铜固体在溶解并稀释过程中经历了从黄绿色到绿色再到蓝色的变化。对于 CuCl2 的浓溶液，氯离子浓度比较大，此时铜离子和氯离子形成[CuCl4]2- 。[CuCl4]2-中 Cu2+作为中心离子提供空轨道，Cl-作为配体提供孤电子对，形成配位键，而[CuCl4]2-是黄绿色的。对于 CuCl2 的稀溶液，氯离子浓度比较小，此时主要发生铜离子和水分子形成[Cu(H2O)4]2+。 [Cu(H2O)4]2+ 中 Cu2+作为中心离子提供空轨道，H2O 作为配体提供孤电子对，形成配位键， [Cu(H2O)4]2+为蓝色，所以 CuCl2 的稀溶液呈蓝色的。而[Cu(H2O)4]2+ 和[CuCl4]2- 两者并存的时候是绿色。在 CuCl2 溶液稀释的整个过程中，由于氯离子浓度降低，[CuCl4]2- + 4H2O [Cu(H2O)4]2+ + 4Cl-平衡向右移动，[CuCl4]2-转化为了[Cu(H2O)4]2+，让我们从宏观上看到溶液颜色由绿色到蓝色的变化。 【教师】我们知道向中逐滴滴加氢氧化钠溶液最终可以得到蓝色沉淀 Cu(OH)2。若向CuSO4 溶液中逐滴滴加浓氨水至过量会有怎样的变化呢？请预测其实验现象。 【学生】预测 1：产生蓝色沉淀。 预测 2：先产生蓝色沉淀，蓝色沉淀可能溶解。 【学生】进行分组实验 2，观察实验现象，得出结论：预测 2 成立。 【教师】请解释产生蓝色沉淀，蓝色沉淀又溶解的原因。 【学生】Cu2+在水溶液中与 H2O 结合形成水合铜离子[Cu(H2O)2]2+，从而使溶液显蓝 色。产生沉淀原因：[Cu(H2O)4]2++ 2NH3·H2O = Cu(OH)2 ↓ + 2NH4++4H2O ，蓝色沉淀又溶解是因为氢氧化铜沉淀荣誉浓氨水，转变为[Cu(NH3)4]2+。用化学符号表示为：Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2++2OH- 。[Cu(NH3)4]2+ 的形成，是因为中心离子 Cu2+提供 4 个空轨道， NH3 为配体，4 个 NH3 ，每个提供 1 对孤电子对，形成[Cu(NH3)4]2+。 【教师】 通过以上实验，我们发现，同一种中心离子或分子可以和不同的配体形成配
合物。不同的配合物，其稳定性不同。改变外界条件，可以实现配合物间的转化。我们熟悉的许多物质都是以配合物形式存在的，有些配合物显现出特征颜色如实验中的[CuCl4]2-、 [Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+分别呈黄绿色、蓝色、深蓝色。 【环节四】关注配合物的应用，体会化学学科价值 【教师】利用有些配合物可以显现出特征颜色，可用于物质的检验。例如用SCN-检验Fe3+S，CN-能够以不同的比例通过配位键与 Fe3+结合生成 [Fe(SCN)n]3-n (n=1～6)而呈现红色；n 不同，配离子颜色的深浅也略有不同。 配合物在物质制备中的应用也非常广泛。例如， 在制镜工业中，利用 Ag+与 NH3 之间可以发生配位作用，生成二氨合银离子[Ag(NH3)2]+。由于 Ag+被束缚在 NH3 的“紧紧包裹”中，在其被葡萄糖还原成银单质时，银原子缓慢析出、有序排列，从而形成光亮的银镜。 配合物在生命体中大量存在，对于生命活动具有重要意义。载氧前， 血红蛋白中的 Fe2+与卟啉环中的四个氮原子和蛋白质上咪唑环中的氮原子均通过配位键相连。此时，Fe2+没有嵌入卟啉环平面，而是位于其下方约 0.08 nm 处。载氧后，氧分子通过配位键与 Fe2+连接，使 Fe2+滑入卟啉环中。一氧化碳分子也能通过配位键与血红蛋白中的 Fe2+结合，并且其结合能力比氧气分子与 Fe2+ 的结合能力强得多，因而会导致血红蛋白与一氧化碳结合失去载氧能力。当氧化碳的浓度超过一定量时，会导致人体因缺氧而中毒。 另外，配合物在尖端技术、医药生物、催化反应、材料化学等领域也有着广泛的应用。我国科学家也积极参与配位化学的相关研究，如唐敖庆和徐光宪教授，他们在配位化学理论研究和应用领域作出了重要贡献。 【总结归纳】 本节课我们通过实验探究与理论分析相结合的方式，构建了配合物的理论模型，了解了配位键的形成、配合物的结构与基本性质。在物质世界中，配合物应用广泛，运用配合物理论模型来分析配合物的结构与性质能让我们更好地学习化学、认识世界。

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