新教材適用2024-2025學年高中化學第3章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第4節(jié)配合物與超分子學案新人教版選擇性必修2

第四節(jié)協(xié)作物與超分子核心素養(yǎng)發(fā)展目標1．能從微觀角度理解配位鍵的形成條件和表示方法，能推斷常見的協(xié)作物。2．能利用協(xié)作物的性質(zhì)去推想?yún)f(xié)作物的組成，從而形成“結(jié)構(gòu)確定性質(zhì)”的認知模型。3．了解超分子的結(jié)構(gòu)特點與性質(zhì)。一、配位鍵1．概念由一個原子單方面供應(yīng)_孤電子對__，而另一個原子供應(yīng)_空軌道__而形成的化學鍵，即“電子對賜予一接受”鍵。2．實例在四水合銅離子中，銅離子與水分子之間的化學鍵是由_水分子__供應(yīng)孤電子對賜予_銅離子__，_銅離子__接受_水分子__的孤電子對形成的。3．表示方法配位鍵可以用A→B來表示，其中A是_供應(yīng)__孤電子對的分子或離子，B是_接受__孤電子對的原子或金屬離子。例如：①NHeq\o\al(＋,4)中的配位鍵表示為。②[Cu(NH3)4]2＋中的配位鍵表示為。③[Cu(H2O)4]2＋中的配位鍵表示為。4．配位鍵的形成條件(1)成鍵原子一方能供應(yīng)孤電子對。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；離子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。(2)成鍵原子另一方能供應(yīng)空軌道。如H＋、Al3＋、B及過渡金屬的原子或離子。(3)配位鍵同樣具有飽和性和方向性。一般來說，多數(shù)過渡金屬的原子或離子形成配位鍵的數(shù)目是基本不變的，如Ag＋形成2個配位鍵，Cu2＋形成4個配位鍵等。深度思索1.共價鍵有飽和性，但NH3為什么仍能與H＋結(jié)合生成NHeq\o\al(＋,4)呢？提示：NH3有孤電子對，H＋有空軌道，NH3中的孤電子對進入H＋的空軌道，兩者共用形成化學鍵。2．H2O與H3O＋相比，回答下列問題：(1)中心原子的雜化方式是否相同？提示：相同，都為sp3雜化。(2)微粒的空間結(jié)構(gòu)是否相同？提示：不同。H2O呈V形，H3O＋呈三角錐形。(3)微粒中的鍵角是否相同？若不同，哪一個鍵角大一些？提示：不同。H3O＋中鍵角大。因為H2O中中心氧原子有2個孤電子對，而H3O＋中中心氧原子有1個孤電子對，孤電子對對成鍵電子對的作用力大。3．配位鍵與一般的共價鍵有什么不同？提示：①配位鍵實質(zhì)上是一種特別的共價鍵。②配位鍵與一般的共價鍵只是在形成過程上有所不同。配位鍵的共用電子對由成鍵原子單方面供應(yīng)，一般共價鍵的共用電子對則由成鍵原子雙方共同供應(yīng)，但它們的實質(zhì)是相同的，都是由成鍵原子雙方共用，如NHeq\o\al(＋,4)的結(jié)構(gòu)式可表示為，習慣上也可表示為，在NHeq\o\al(＋,4)中4個N—H的鍵長、鍵能和鍵角都是完全相等的。應(yīng)用體驗1.下列物質(zhì)：①H3O＋②[Cu(NH3)4]2＋③CH3COO－④NH3⑤CH4中存在配位鍵的是(A)A．①② B．①③C．④⑤ D．②④解析：①H3O＋中O供應(yīng)孤電子對，H＋供應(yīng)空軌道，二者形成配位鍵，H3O＋含有配位鍵；②Cu2＋有空軌道，NH3中的氮原子上的孤電子對，可以形成配位鍵，[Cu(NH3)4]2＋含有配位鍵；③CH3COO－中碳和氧最外層有8個電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，氫滿意2電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無空軌道，無孤電子對，電子式為：，不含配位鍵；④NH3為共價化合物，氮原子中最外層有8個電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，分子中存在兩個H—N鍵，氫滿意2電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無空軌道；⑤甲烷中碳原子滿意8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，氫原子滿意2電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，電子式為，無空軌道，無孤電子對，CH4不含配位鍵。故選A。2．下列各種說法中錯誤的是(B)A．形成配位鍵的條件是一方有空軌道，一方有孤電子對B．共價鍵的形成條件是成鍵原子必需有未成對電子C．配位化合物中的配體可以是分子也可以是陰離子D．配位鍵是一種特別的共價鍵解析：微粒間形成配位鍵的條件是：一方是能夠供應(yīng)孤電子對的原子或離子，另一方是能夠接受孤電子對的空軌道的原子或離子，故A正確；形成共價鍵的成鍵原子不肯定有未成對電子，如配位鍵中就是一方供應(yīng)電子對，雙方共用，故B錯誤；配位化合物中，配體可以是H2O、NH3、CO等含有孤電子對的分子，也可以是F－、Cl－、CN－等含有孤電子對的陰離子，故C正確；配位鍵又稱配位共價鍵，是一方供應(yīng)孤電子對，一方供應(yīng)空軌道形成的，是一種特別的共價鍵，故D正確。故選B。3．下列物質(zhì)中都存在離子鍵、極性鍵和配位鍵的是(B)A．過氧化鈉、硫酸四氨合銅、氫化鈉B．硝酸銨、氫氧化二氨合銀、硫酸銨C．硫酸、氮化鈣、氫氧化鋇D．氯化銨、氫氧化鈉、雙氧水解析：Na2O2中存在離子鍵和非極性鍵，NaH中只存在離子鍵，均不存在極性鍵和配位鍵，A不符合題意；NH4NO3、[Ag(NH3)2]OH、(NH4)2SO4中均存在離子鍵、極性鍵和配位鍵，B符合題意；H2SO4中不存在離子鍵，Ca3N2中只存在離子鍵，Ba(OH)2中不存在配位鍵，C不符合題意；NaOH中不存在配位鍵，H2O2中只有共價鍵，D不符合題意。故選B。二、協(xié)作物1．概念通常把金屬離子或原子(稱為中心離子或原子)與某些分子或離子(稱為配體或配位體)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。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均為協(xié)作物。2．組成協(xié)作物[Cu(NH3)4]SO4的組成如圖所示：(1)中心原子：供應(yīng)空軌道接受孤電子對的原子。中心原子一般都是帶正電荷的陽離子(此時又叫中心離子)，最常見的有過渡金屬離子：Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。(2)配體：供應(yīng)孤電子對的陰離子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配體中干脆同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必需是含有孤電子對的原子，如NH3中的N，H2O中的O等。(3)配位數(shù)：干脆與中心原子形成的_配位鍵__的數(shù)目。如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位數(shù)為_6__。3．常見協(xié)作物的形成試驗試驗操作試驗現(xiàn)象有關(guān)離子方程式滴加氨水后，試管中首先出現(xiàn)_藍色沉淀__，氨水過量后沉淀漸漸_溶解__，得到深藍色的透亮溶液，滴加乙醇后析出深藍色晶體Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)、Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－、[Cu(NH3)4]2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋H2O[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓溶液變?yōu)開紅色__Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3滴加AgNO3溶液后，試管中出現(xiàn)_白色沉淀__，再滴加氨水后沉淀_溶解__，溶液呈_無色__Ag＋＋Cl－=AgCl↓、AgCl＋2NH3=[Ag(NH3)2]＋＋Cl－4.協(xié)作物的形成對性質(zhì)的影響(1)顏色變更，如Fe(SCN)3的形成。(2)溶解度變更，如AgCl沉淀可溶于氨水得到[Ag(NH3)2]＋。5．協(xié)作物的應(yīng)用(1)協(xié)作物跟人類生活有親密的關(guān)系。例如，在人和動物體內(nèi)起輸送氧氣作用的血紅素是Fe2＋的協(xié)作物。(2)協(xié)作物在生產(chǎn)和科學技術(shù)方面的應(yīng)用也很廣泛，例如，在醫(yī)藥科學、化學催化劑、新型分子材料等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。正誤推斷1.配位鍵實質(zhì)上是一種特別的共價鍵。(√)2．供應(yīng)孤電子對的微粒既可以是分子，也可以是離子。(√)3．有配位鍵的化合物就是配位化合物。(×)4．配位化合物都很穩(wěn)定。(×)5．在協(xié)作物[Co(NH3)5Cl]Cl2中的Cl－均可與AgNO3反應(yīng)生成AgCl沉淀。(×)6．Ni(CO)4是協(xié)作物，它是由中心原子與配體構(gòu)成的。(√)深度思索1.回答下列關(guān)于協(xié)作物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的問題。(1)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中供應(yīng)孤電子對的是什么？提示：Cl－、H2O。(2)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O在溶液中電離出什么離子？提示：[TiCl(H2O)5]2＋、Cl－。(3)1mol[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O與足量AgNO3溶液反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量是多少？提示：2mol。2．(1)人體內(nèi)血紅蛋白是Fe2＋卟啉協(xié)作物，F(xiàn)e2＋與O2結(jié)合形成協(xié)作物，而CO與血紅蛋白中Fe2＋也能形成協(xié)作物。依據(jù)生活常識，比較說明其協(xié)作物的穩(wěn)定性。提示：血紅蛋白中Fe2＋與CO形成的協(xié)作物更穩(wěn)定。(2)[Cu(NH3)4]2＋與[Cu(H2O)4]2＋哪個配位離子更穩(wěn)定？緣由是什么？提示：[Cu(NH3)4]2＋更穩(wěn)定。因為N和O都有孤電子對，但O電負性大，吸引孤電子對的實力強，故NH3供應(yīng)孤電子對的實力比H2O大。(3)NH3可與Cu2＋形成協(xié)作物，但NF3很難與Cu2＋形成協(xié)作物，緣由是什么？提示：電負性：F>H，使得NF3供應(yīng)孤電子對的實力小于NH3。應(yīng)用體驗1.下列關(guān)于協(xié)作物的說法中正確的是(D)A．化學式[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的協(xié)作物中配體是Cl－和H2O，配位數(shù)是9B．含有配位鍵的物質(zhì)肯定是配位化合物C．協(xié)作物[Ag(NH3)2]Cl中存在離子鍵、配位鍵、極性鍵和非極性鍵D．向硫酸銅溶液中滴加過量的氨水，溶液呈深藍色是因為存在[Cu(NH3)4]2＋配離子解析：該協(xié)作物中：中心原子為Ti，配體是氯離子和水，配位數(shù)為6，A錯誤；氯化銨中氮原子和氫原子之間存在一個配位鍵，但氯化銨不是配位化合物，B錯誤；協(xié)作物中內(nèi)界和外界之間為離子鍵，中心原子和配位原子之間為配位鍵，配體中氮原子和氫原子之間為極性共價鍵，不存在非極性鍵，C錯誤；硫酸銅中加過量氨水形成四氨合銅配離子，為深藍色，D正確。故選D。2．下列分子或離子中不能作為協(xié)作物的配體的是(A)A．NHeq\o\al(＋,4) B．SCN－C．H2O D．NO解析：NHeq\o\al(＋,4)中，N原子的最外層電子全部用于形成化學鍵，不存在孤對電子，不能作為配體，A符合題意；SCN－中，S原子的最外層有兩對孤對電子，可作為協(xié)作物的配體，B不符合題意；H2O中，O原子的最外層有兩對孤對電子，可作為協(xié)作物的配體，C不符合題意；NO中，N原子的最外層有一對孤對電子，可作為協(xié)作物的配體，D不符合題意。故選A。3．下列說法正確的是(D)A．協(xié)作物[Zn(NH3)4]Cl2配位數(shù)為6B．協(xié)作物[Zn(NH3)4]Cl2中，配位體為NH3和Cl－，[Zn(NH3)4]2＋為內(nèi)界C．協(xié)作物[Zn(NH3)4]Cl2中Zn2＋和NH3以離子鍵結(jié)合D．在NHeq\o\al(＋,4)和Fe(CO)5中都存在配位鍵解析：協(xié)作物[Zn(NH3)4]Cl2，內(nèi)界有4個氨分子作為配位體，所以配位數(shù)為4，故A錯誤；協(xié)作物[Zn(NH3)4]Cl2中，配位體為NH3，[Zn(NH3)4]2＋為內(nèi)界，故B錯誤；協(xié)作物[Zn(NH3)4]Cl2中Zn2＋和NH3以配位鍵結(jié)合，故C錯誤；在NHeq\o\al(＋,4)中，氮原子供應(yīng)孤電子對，氫離子有空軌道，它們之間形成配位鍵，F(xiàn)e(CO)5中也存在配位鍵，故D正確。故選D。4．協(xié)作物Na3[Fe(CN)6]可用于離子檢驗，下列說法不正確的是(B)A．此協(xié)作物中存在離子鍵、配位鍵、極性鍵B．配離子為[Fe(CN)6]3－，中心離子為Fe3＋，配位原子為NC．1mol協(xié)作物中含有12molσ鍵D．該協(xié)作物為離子化合物，易電離，1mol協(xié)作物電離得到陰陽離子共4mol解析：Na＋與[Fe(CN)6]3－之間存在離子鍵，CN－與Fe3＋之間存在配位鍵，CN－中碳原子與氮原子之間存在極性鍵，A項正確；協(xié)作物Na3[Fe(CN)6]中，配離子為[Fe(CN)6]3－，中心離子為Fe3＋，配位原子為C，B項錯誤；CN－中碳原子與氮原子之間存在1個σ鍵，CN－與Fe3＋之間的配位鍵屬于σ鍵，則1mol協(xié)作物Na3[Fe(CN)6]中σ鍵為(6＋6)mol＝12mol，C項正確；該協(xié)作物為離子化合物，易電離，其電離方程式為Na3[Fe(CN)6]=3Na＋＋[Fe(CN)6]3－，1mol該協(xié)作物電離得到陰、陽離子共4mol，D項正確。故選B。(1)協(xié)作物的穩(wěn)定性協(xié)作物具有肯定的穩(wěn)定性。協(xié)作物中的配位鍵越強，協(xié)作物越穩(wěn)定。當作為中心原子(或離子)的金屬原子(或離子)相同時，協(xié)作物的穩(wěn)定性與配體的性質(zhì)有關(guān)。(2)配位鍵的穩(wěn)定性①電子對賜予體形成配位鍵的實力：NH3>H2O。②接受體形成配位鍵的實力：H＋>過渡金屬>主族金屬。③配位鍵越強，協(xié)作物越穩(wěn)定。如穩(wěn)定性：Cu2＋—OH－<Cu2＋—NH3<H＋—NH3。三、超分子1．定義：超分子是由_兩種或兩種以上__的分子通過_分子間相互作用__形成的分子聚集體。(1)超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。(2)超分子這種分子聚集體有的是有限的，有的是無限伸展的。2．超分子的兩個重要特征是_分子識別__和_自組裝__。3．實例(1)“杯酚”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，再加入甲苯溶劑，溶解未裝入“杯酚”的C70，過濾后分別C70；再向不溶物中加入氯仿，溶解“杯酚”而將不溶解的C60釋放出來并沉淀。(2)冠醚識別堿金屬離子：冠醚是皇冠狀的分子，有不同大小的空穴，能與正離子，尤其是堿金屬離子絡(luò)合，并隨環(huán)的大小不同而與不同的金屬離子絡(luò)合，利用此性質(zhì)可以識別堿金屬離子。(3)細胞和細胞器的雙分子膜。(4)DNA分子。深度思索1.冠醚與堿金屬離子之間的配位鍵屬于離子鍵、共價鍵、氫鍵還是分子間作用力？提示：共價鍵。2．冠醚與堿金屬離子形成協(xié)作物得到的晶體里還有什么粒子？這類晶體是離子晶體、共價晶體還是分子晶體？提示：陰離子，離子晶體。應(yīng)用體驗1.下列關(guān)于超分子和協(xié)作物的敘述不正確的是(C)A．細胞和細胞器的雙分子膜具有自組裝性質(zhì)B．利用超分子的分子識別特征，可以分別C60和C70C．配位化合物中配位鍵強度都很大，因而協(xié)作物都很穩(wěn)定D．配離子[Fe(CN)5(NO)]2－的中心離子為Fe3＋，配位數(shù)為6，配位原子為C和N解析：細胞和細胞器的雙分子膜具有自組裝性質(zhì)，生物體的細胞即是由各種生物分子自組裝而成，A正確；C60和C70的分子直徑不同，利用超分子的“分子識別”特性可以將C60和C70分別開來，B正確；含有孤電子對和含有空軌道的原子之間形成配位鍵，配位鍵屬于共價鍵，有的協(xié)作物很穩(wěn)定，有的很不穩(wěn)定，C錯誤；配離子[Fe(CN)5(NO)]2－的中心離子為Fe3＋，供應(yīng)空軌道，NO和CN－與Fe3＋形成配位鍵，配位數(shù)為6，C和N有孤對電子，作為配位原子，D正確。故選C。2．利用超分子可分別C60和C70。將C60、C70混合物加入一種空腔大小適配C60的杯酚中進行分別的流程如圖所示。下列說法錯誤的是(C)A．該流程體現(xiàn)了超分子具有“分子識別”的特征B．杯酚分子中存在大π鍵C．杯酚與C60形成氫鍵D．C60與金剛石晶體類型不同解析：利用杯酚分別C60和C70體現(xiàn)了超分子具有“分子識別”的特征，A項正確；杯酚分子中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，存在大π鍵，B項正確；杯酚與C60形成的不是氫鍵，C項錯誤；金剛石是共價晶體，C60為分子晶體，二者晶體類型不同，D項正確。故選C。1．下列有關(guān)協(xié)作物eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Cr\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2O))4Br2))Br·2H2O的說法正確的是(B)A．該協(xié)作物的配體只有水分子B．該協(xié)作物中Cr3＋供應(yīng)空軌道C．1mol該協(xié)作物與足量AgNO3溶液反應(yīng)可生成3molAgBr沉淀D．中心離子的配位數(shù)為5解析：該協(xié)作物的配體是水分子和溴離子，故A錯誤；該協(xié)作物的中心微粒是Cr3＋，中心微粒在形成配位鍵時供應(yīng)空軌道，故B正確；協(xié)作物溶于水，只能電離出外界離子，1mol該協(xié)作物與足量AgNO3溶液反應(yīng)可生成1molAgBr沉淀，故C錯誤；該協(xié)作物中心離子的配體是水分子和溴離子，配位數(shù)為6，故D錯誤。故選B。2．某超分子的結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法不正確的是(C)A．此超分子中含有酰胺基B．的分子式為C14H10，其一氯代物有3種C．此超分子屬于高分子D．此超分子完全燃燒后會生成CO2，干冰晶胞中CO2的配位數(shù)為12解析：從今超分子的結(jié)構(gòu)圖中可以看出，分子中含有多個酰胺基，A正確；分子中有14個碳原子，不飽和度為10，則分子式為C14H10，該分子中有3種氫原子(帶*號位置)，則其一氯代物有3種，B正確；此超分子的相對分子質(zhì)量小于10000，則不屬于高分子，C不正確；此超分子中含有碳元素，完全燃燒后會生成CO2，干冰晶胞中CO2分子位于頂點和面心，配位數(shù)為eq\f(3,2)×8＝12，D正確。故選C。3．＋3價Co的八面體協(xié)作物CoClm·nNH3，中心原子的配位數(shù)為6，若1mol協(xié)作物與AgNO3作用生成1molAgCl沉淀，則m和n的值是(C)A．m＝1、n＝5 B．m＝3、n＝3C．m＝3、n＝4 D．m＝3、n＝5解析：＋3價Co的八面體協(xié)作物CoClm·nNH3，依據(jù)電荷守恒，m＝3；中心原子的配位數(shù)為6，若1mol協(xié)作物與AgN