新教材2024版高中化學(xué)第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第四節(jié)配合物與超分子學(xué)生用書新人教版選擇性必修2

第四節(jié)協(xié)作物與超分子課程目標(biāo)1．了解配位鍵的特點(diǎn)及協(xié)作物理論，能說明簡潔協(xié)作物的成鍵狀況。2．了解幾種常見的配離子的性質(zhì)。3．了解超分子特點(diǎn)和應(yīng)用。圖說考點(diǎn)必備基礎(chǔ)——自學(xué)·嘗試一、協(xié)作物理論簡介1．試驗(yàn)探究協(xié)作物試驗(yàn)操作試驗(yàn)現(xiàn)象有關(guān)離子方程式滴加氨水后，試管中首先出現(xiàn)________，氨水過量后沉淀漸漸________，得到深藍(lán)色透亮溶液，此時(shí)若滴加乙醇，析出__________Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NHCu(OH)2+4NH3=［Cu(NH3)4］2+＋2OH－［Cu(NH3)4］2++SO42-＋H2Oeq\o(=,\s\up7(乙醇))[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓溶液顏色變?yōu)開_______Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)32.配位鍵(1)概念：____________由一個(gè)原子單方面供應(yīng)跟另一個(gè)原子共用的共價(jià)鍵，即“________________”鍵，是一類特殊的共價(jià)鍵。(2)形成條件：電子對(duì)賜予體具有__________，而接受體有__________。(3)表示配位鍵可以用A→B表示，其中A是________孤電子對(duì)的原子，B是________孤電子對(duì)的原子。例如［Cu(NH3)4］2+可表示為____________________。3．配位化合物通常把________(或原子)與某些分子或離子(稱為________)以________結(jié)合形成的化合物稱為________________________________。二、超分子1．超分子超分子是由________或________以上的分子通過________相互作用形成的分子聚集體。2．超分子的應(yīng)用(1)分別C60和C70將C60和C70的混合物加入一種空腔大小適配C60的“杯酚”中，得到超分子“杯酚”C60和C70；加入甲苯溶劑，甲苯將________溶解，經(jīng)過濾后分別出________________；再向不溶物中加入氯仿，氯仿溶解“________”而將不溶解的C60釋放出來并沉淀。從而將C60和C70分別開來。(2)冠醚識(shí)別堿金屬離子冠醚分子中有大小不同的________適配不同大小的堿金屬離子，而形成冠醚—堿金屬離子超分子。3．超分子的重要特征：________和________。[即學(xué)即練]1．推斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)形成配位鍵的條件是一方有空軌道，另一方有孤電子對(duì)。()(2)配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵。()(3)配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰離子。()(4)Cu(OH)2既能溶于鹽酸又能溶于氨水，是因?yàn)镃uOH(5)Ca2＋與NH3形成的協(xié)作物比Cu2＋與NH3形成的協(xié)作物更穩(wěn)定。()(6)含有多種分子的混合物就是超分子。()(7)超分子不僅能與分子結(jié)合也可結(jié)合某些離子。()2．我國科學(xué)家制得了SiO2超分子納米管，其微觀結(jié)構(gòu)如圖所示，下列敘述中正確的是()A．SiO2是兩性氧化物，既可與NaOH反應(yīng)又可與HF反應(yīng)B．SiO2超分子納米管可能選擇性結(jié)合某些分子或離子C．SiO2是光導(dǎo)纖維的成分，具有導(dǎo)電性D．水晶和瑪瑙主要成分均為SiO2，均屬于共價(jià)晶體3．回答下列問題：(1)協(xié)作物[Ag(NH3)2]OH的中心離子是______，配位原子是________，配位數(shù)是________，它的電離方程式是____________________。(2)向盛有少量NaCl溶液的試管中滴入少量AgNO3溶液，再加入氨水，視察到的現(xiàn)象是________________________。(3)[Ag(NH3)2]OH含有的化學(xué)鍵種類有________.A．離子鍵B．σ鍵C．π鍵D．氫鍵E．配位鍵(4)1mol[Ag(NH3)2]OH含有的σ鍵數(shù)目為：________個(gè)。核心素養(yǎng)——合作·共享提升點(diǎn)一配位化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)例1大環(huán)配位體可用于金屬蛋白質(zhì)化學(xué)模擬，合成離子載體等；如圖為冠醚(大環(huán)配位體)和某金屬離子(M)形成的一種大環(huán)協(xié)作物?；卮鹣铝袉栴}：(1)該大環(huán)協(xié)作物中含有的化學(xué)鍵為________(填字母)。a．極性鍵 b．非極性鍵c．配位鍵 d．金屬鍵(2)該物質(zhì)中非金屬元素的電負(fù)性由小到大的依次為____________。(3)在冠醚中，C原子的雜化類型為________，O原子的雜化類型為________。(4)冠醚中的O原子能和M離子形成配位鍵的緣由：____________________________________________________________________________________________________。狀元隨筆配位鍵的形成條件是一方有空軌道，另一方有孤電子對(duì)。[提升1](1)配位化學(xué)創(chuàng)始人維爾納發(fā)覺，取CoCl3·6NH3(黃色)、CoCl3·5NH3(紫紅色)、CoCl3·4NH3(綠色)和CoCl3·4NH3(紫色)四種化合物各1mol，分別溶于水，加入足量硝酸銀溶液，立即產(chǎn)生氯化銀，沉淀的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol、1mol和1mol。①請(qǐng)依據(jù)試驗(yàn)事好用協(xié)作物的形式寫出它們的化學(xué)式。CoCl3·6NH3：________，CoCl3·5NH3：________，CoCl3·4NH3(綠色和紫色)：________。②后兩種物質(zhì)組成相同而顏色不同的緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③上述協(xié)作物中，中心離子的配位數(shù)都是________________。(2)向黃色的三氯化鐵溶液中加入無色的KSCN溶液，溶液變成血紅色。該反應(yīng)在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN=Fe(SCN)3＋3KCl表示。經(jīng)探討表明，F(xiàn)e(SCN)3是協(xié)作物，F(xiàn)e3＋與SCN－不僅能以1∶3的個(gè)數(shù)比協(xié)作，還能以其他個(gè)數(shù)比協(xié)作。請(qǐng)按要求填空：①Fe3＋與SCN－反應(yīng)時(shí)，F(xiàn)e3＋供應(yīng)________，SCN－供應(yīng)________，二者通過配位鍵結(jié)合。②所得Fe3＋與SCN－的協(xié)作物中，主要是Fe3＋與SCN－以個(gè)數(shù)比1∶1協(xié)作所得離子顯血紅色，含該離子的協(xié)作物的化學(xué)式是________；③若Fe3＋與SCN－以個(gè)數(shù)比1∶5協(xié)作，則FeCl3與KSCN在水溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式可以表示為：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【關(guān)鍵實(shí)力】配位化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1．配位化合物的結(jié)構(gòu)(1)定義：通常把金屬離子(或原子)與某些分子或離子(稱為配體)以配位鍵結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱協(xié)作物。其中：金屬離子(原子)叫做中心離子(原子)，中性分子或者陰離子叫做配體。例如把CuSO4固體溶于足量水中就會(huì)生成CuH2O4SO4(硫酸四水合銅)稱為配位化合物，CuH2O42+(四水合銅離子)稱為絡(luò)(配)離子。在[Cu(H(2)組成①中心離子：一般是金屬離子，常見的有Fe2＋、Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋等，特殊是過渡金屬離子很簡潔形成協(xié)作物，這是因?yàn)槎鄶?shù)過渡金屬的離子含有空軌道。②配體：含有孤電子對(duì)的分子或離子，如NH3、CO、H2O、Cl－、Br－、I－、SCN－、CN－等。③配位數(shù)：干脆同中心離子(或原子)配位的配體的數(shù)目為該中心離子(或原子)的配位數(shù)。一般中心離子(或原子)的配位數(shù)是2、4、6、8。(3)結(jié)構(gòu)組成：在協(xié)作物[Co(NH3)6]Cl3中，Co3＋為中心離子，6個(gè)NH3分子為配體。中心離子與配體構(gòu)成協(xié)作物的內(nèi)界，通常把它們放在括號(hào)內(nèi)，Cl－稱為協(xié)作物的外界。內(nèi)、外界之間以離子鍵結(jié)合，在水中全部電離。2．協(xié)作物的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)協(xié)作物對(duì)物質(zhì)溶解性的影響一些難溶于水的金屬氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶解于含過量的Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的協(xié)作物。(2)離子顏色的變更當(dāng)簡潔離子形成配離子時(shí)，其性質(zhì)往往有很大差異，顏色發(fā)生變更就是一種常見的現(xiàn)象，我們依據(jù)顏色的變更就可以推斷是否有配離子生成。例如，F(xiàn)e3＋與SCN－在溶液中可生成配位數(shù)為1～6的鐵的硫氰酸根配離子，這種配離子的顏色是血紅色的。反應(yīng)的離子方程式如下：Fe3＋＋nSCN－=[Fe(SCN)n]3－n(3)穩(wěn)定性增加——協(xié)作物在生命科學(xué)中的應(yīng)用協(xié)作物具有確定的穩(wěn)定性，協(xié)作物中的配位鍵越強(qiáng)，協(xié)作物越穩(wěn)定。當(dāng)作為中心原子的金屬離子相同時(shí)，協(xié)作物的穩(wěn)定性與配體的性質(zhì)有關(guān)。例如，血紅素中的Fe2＋與CO分子形成的配位鍵比Fe2＋與O2分子形成的配位鍵強(qiáng)，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結(jié)合后，就很難再與O2分子結(jié)合，血紅素失去輸送氧氣的功能，從而導(dǎo)致人體CO中毒。狀元隨筆配位鍵與共價(jià)鍵的區(qū)分：(1)形成過程不同：配位鍵實(shí)質(zhì)上是一種特殊的共價(jià)鍵，在配位鍵中一方供應(yīng)孤電子對(duì)，另一方具有能夠接受孤電子對(duì)的空軌道。一般共價(jià)鍵的共用電子對(duì)是由成鍵原子雙方共同供應(yīng)的。(2)配位鍵與一般共價(jià)鍵實(shí)質(zhì)是相同的。它們都被成鍵原子雙方共用，如在NH4(3)同一般共價(jià)鍵一樣，配位鍵可以存在于分子之中[如Ni(CO)4]，也可以存在于離子之中(如NH4提升點(diǎn)二超分子及其應(yīng)用例2冠醚能與陽離子，尤其是與堿金屬離子作用，并且隨環(huán)的大小不同而與不同的金屬離子作用。12-冠-4與鋰離子作用而不與鈉離子、鉀離子作用；18-冠-6與鉀離子作用(如圖)，還可與重氮鹽作用，但不與鋰離子或鈉離子作用。下列說法錯(cuò)誤的是()A．18-冠-6中C和O的雜化軌道類型相同B．18-冠-6與鉀離子作用，不與鋰離子或鈉離子作用，這反映了超分子的“分子識(shí)別”的特征C．18-冠-6與鉀離子作用反映了超分子的自組裝的特征D．冠醚與堿金屬離子作用的原理與其可作相轉(zhuǎn)移催化劑的原理有關(guān)狀元隨筆冠-5和冠-4的結(jié)構(gòu)15-冠-5的鍵線式結(jié)構(gòu)12-冠-4的鍵線式結(jié)構(gòu)[提升2]下列有關(guān)超分子的說法正確的是()A．超分子是如蛋白質(zhì)一樣的大分子B．超分子是由小分子通過聚合得到的高分子C．超分子是由高分子通過非化學(xué)鍵作用形成的分子聚集體D．超分子是由兩個(gè)或兩個(gè)以上分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體狀元隨筆超分子化學(xué)探討范圍大致可分為三類(1)環(huán)狀配體組成的主客體體系；(2)有序的分子聚集體；(3)由兩個(gè)或兩個(gè)以上基團(tuán)用柔性鏈或剛性鏈連接而成的超分子化合物?！娟P(guān)鍵實(shí)力】超分子“自組裝原則”的應(yīng)用人們可以依據(jù)超分子自組裝原則，以分子間的相互作用力為工具，把具有特定的結(jié)構(gòu)和功能的組分或建筑模塊依據(jù)確定的方式組裝成新的超分子化合物。這些新的化合物不僅僅能表現(xiàn)出單個(gè)分子所不具備的特有性質(zhì)，還能大大增加化合物的種類和數(shù)目。假如人們能夠很好地限制超分子自組裝過程，就可以依據(jù)預(yù)期目標(biāo)更簡潔、更牢靠地得到具有特定結(jié)構(gòu)和功能的化合物。素養(yǎng)形成——自測·自評(píng)1.向盛有硫酸銅溶液的試管中滴加濃氨水，先生成難溶物，接著滴加濃氨水，難溶物溶解，得到深藍(lán)色透亮溶液。下列對(duì)此現(xiàn)象說法正確的是()A．反應(yīng)后溶液中不存在任何沉淀，所以反應(yīng)前后Cu2＋的濃度不變B．沉淀溶解后，生成深藍(lán)色的配離子CuC．配位化合物中只有配位鍵D．在配離子[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋供應(yīng)孤電子對(duì)，NH3供應(yīng)空軌道2．下列不屬于配位化合物的是()A．[Cu(H2O)4]SO4·H2OB．[Ag(NH3)2]OHC．KAl(SO4)2·12H2OD．Na[Al(OH)4]3．配位化合物的數(shù)量巨大，組成和結(jié)構(gòu)形形色色，豐富多彩。請(qǐng)指出協(xié)作物[Cu(NH3)4](OH)2的中心離子、配體、中心離子的電荷數(shù)和配位數(shù)()A．Cu2＋、NH3、＋2、4 B．Cu＋、NH3、＋1、4C．Cu2＋、OH、＋2、2 D．Cu2＋、NH3、＋2、24．下列有關(guān)超分子的說法錯(cuò)誤的是()A．超分子是由兩種或多種分子形成的聚集體B．分子形成超分子的作用可能是分子間作用力C．超分子具有分子識(shí)別的特性D．分子以共價(jià)鍵聚合形成超分子5．氣態(tài)氯化鋁(Al2Cl6)是具有配位鍵的化合物，分子中原子間成鍵關(guān)系如圖所示。請(qǐng)將圖中你認(rèn)為是配位鍵的斜線加上箭頭。6．回答下列問題：(1)向CuSO4溶液中滴加氨水會(huì)生成藍(lán)色沉淀，再滴加氨水到沉淀剛好全部溶解可得到深藍(lán)色溶液，接著向其中加入極性較小的乙醇可以生成深藍(lán)色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀。下列說法不正確的是__________(填字母)。a．[Cu(NH3)4]SO4組成元素中電負(fù)性最大的是N元素b．CuSO4晶體及[Cu(NH3)4]SO4·H2O中S原子的雜化方式均為sp3c．[Cu(NH3)4]SO4·H2O所含有的化學(xué)鍵有離子鍵、共價(jià)鍵和配位鍵d．NH3分子內(nèi)的H—N—H鍵角大于H2O分子內(nèi)的H—O—H鍵角e.SOf．[Cu(NH3)4]2＋中，N原子是配位原子g．NH3分子中氮原子的軌道雜化方式為sp2雜化(2)配離子[Cu(NH3)2(H2O)2]2＋的中心離子是________，配體是______，配位數(shù)為________，其含有微粒間的作用力類型有________。第四節(jié)協(xié)作物與超分子必備基礎(chǔ)一、1．藍(lán)色沉淀溶解深藍(lán)色晶體紅色2．(1)共用電子對(duì)電子對(duì)賜予－接受(2)孤電子對(duì)空軌道(3)賜予接受3．金屬離子配體或配位體配位鍵配位化合物(協(xié)作物)二、1．兩種兩種分子間2．(1)C70C70杯酚(2)空穴3．分子識(shí)別自組裝即學(xué)即練1．(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×(7)√2．答案：B3．答案：(1)Ag＋N2［Ag(NH3)2］OH=［Ag(NH3)2］+＋OH－(2)先有白色沉淀，后來白色沉淀溶解(3)ABE(4)9NA核心素養(yǎng)例1解析：(1)該化合物的C—C鍵為非極性建；C—H、C—O鍵為極性鍵；O→M鍵為配位鍵；(2)非金屬元素有C、H、O，依據(jù)電負(fù)性規(guī)律，電負(fù)性由小到大的依次為H<C<O；(3)由該物質(zhì)的鍵線式可知，C元素原子均形成4個(gè)單鍵，接受sp3雜化，每個(gè)O原子連接2個(gè)C原子，其價(jià)電子對(duì)數(shù)為2＋12×(6－2×1)＝4，接受sp3答案：(1)abc(2)H<C<O(3)sp3sp3(4)O原子成鍵后，含2對(duì)孤對(duì)電子，金屬離子M有空軌道，所以兩者能形成配位鍵提升1解析：(1)由題意知，四種協(xié)作物中每1個(gè)協(xié)作物所含自由氯離子的數(shù)目分別為3、2、1、1，則它們的化學(xué)式分別為[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl，最終兩種應(yīng)互為同分異構(gòu)體。(2)Fe3＋和SCN－形成協(xié)作物時(shí)，F(xiàn)e3＋供應(yīng)空軌道，SCN－供應(yīng)孤電子對(duì)，F(xiàn)e3＋和SCN－以1∶1和1∶5形成絡(luò)離子時(shí)，寫化學(xué)式要用Cl－和K＋分別平衡絡(luò)離子的電荷，使絡(luò)合物呈電中性。答案：(1)①[Co(NH3)6]Cl3[Co(NH3)5Cl]Cl2[Co(NH3)4Cl2]Cl②它們互為同分異構(gòu)體③6(2)①空軌道孤電子對(duì)②[Fe(SCN)]Cl2③FeCl3＋5KSCN=K2[Fe(SCN)5]＋3KCl例2解析：18-冠-6中C和O都是sp3雜化，A項(xiàng)正確；18-冠-6與鉀離子作用，不與鋰離子或鈉離子作用，反映了超分子的“分子識(shí)別”的特征，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由于冠醚是皇冠狀分子，可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子，把無機(jī)物帶入有機(jī)物中，它可以作為相轉(zhuǎn)移催化劑也是基于這個(gè)原理，D項(xiàng)正確。答案：C提升2答案：D素養(yǎng)形成1．解析：發(fā)生的反應(yīng)為Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+，Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，Cu2＋轉(zhuǎn)化為配離子，濃度減小，A錯(cuò)誤