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配合物的形成及應用
學習目標:
1．認識簡單配位化合物的成鍵特征。
2．能正確運用化學符號描述配合物的組成。
3．學會簡單配合物的實驗制備。
4．能聯系配合物的組成和結構解釋相關的實驗現象。
5．認識生命體中配位化合物的功能，列舉配合物在藥物開發和催化劑研制等領域的重要應用。
一、配合物的形成
①實驗操作：向硫酸銅溶液中加入氨水和乙醇
實驗現象：溶液最終變成深藍色
實驗結論：生成[Cu(NH3)4]SO4 硫酸四氨合銅
②將[Cu(NH3)4]SO4溶于水，[Cu(NH3)4]SO4發生下列電離:
[Cu(NH3)4]SO4=== [Cu(NH3)4]2++ SO42-
實驗結論：說明[Cu(NH3)4]2+中Cu2+和NH3分子之間存在較為強烈的相互作用。
思考：在水溶液中，Cu2+與NH3分子是如何結合成[Cu(NH3)4]2+的呢？
由圖可知：NH3分子中氮原子的孤電子對進入Cu2+的空軌道，Cu2+與NH3分子中的氮原子通過共用氮原子提供的孤電子對形成配位鍵。
③配合物：由提供孤電子對的配位體與接受孤電子對的中心原子以配位鍵結合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物。
④配合物的命名
1.配離子念法：配位數→配體名稱→合→中心原子（離子）名稱
2.配合物→類似于鹽（酸、堿）的念法
注：配合物中外界中的離子能電離出來,而內界中的離子不能電離出來
例：1.[Zn(NH3)4]SO4中，Zn2+與NH3分子以配位鍵結合，形成配合物的內界[Zn(NH3)4]2+，SO42-為配合物的外界
Zn2+提供空軌道接受孤電子對，是中心原子；NH3分子中N原子提供孤電子對，是配位原子，NH3分子是配位體；[Zn(NH3)4]2+中，Zn2+的配位數為4。
⑤ 配位鍵形成的條件：
1.一方提供孤電子對(配體)
2.一方提供空軌道
例：在Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、H2O、NH3、CO、F-、CN-中
中心原子：Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+
配位體：H2O、NH3、CO、F-、CN-
注：1.中心原子(離子)：提供空軌道，接受孤電子對。
通常是過渡元素的原子或離子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等；
其他可提供空軌道的粒子有H+、B、Al。
2.配位體：提供孤電子對的分子或離子，
通常是含第ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素形成的分子或離子,如NH3、CO、H2O、F-、Cl-、OH-、CN-、SCN-等。
思考：配合物一定是由內界和外界組成嗎？
不一定，有的配合物沒有外界。如Fe(CO)5、Fe(SCN)3。有的配合物有多種配體。如[Cu(NH3)2(H2O)2] SO4、[Co(SO4)(NH3)5]Br、[Co(NH3)5Br]SO4
⑥配合物的結構特點
1.配合物整體(包括內界和外界)顯電中性，外界離子所帶電荷總數等于配離子的電荷數。
如K3[Fe(CN)6]，外界總電荷數為＋3，內界為－3，又知CN－為－1價，中心原子Fe為＋3價。
2.一個中心原子(離子)可同時結合多種配位體。
如[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，配位體是H2O和Cl－，配位數為6
配合物的內界不僅可為陽離子、陰離子，還可以是中性分子。
如K3[Fe(CN)6]，內界為[Fe(CN)6]3－，Fe(CO)5為電中性，沒有外界。
4.對于具有內外界的配合物，中心原子和配位體通過配位鍵結合，一般很難發生解離；內、外界之間以離子鍵結合，在水溶液中較易電離。
配合物 配離子 中心原子（離子） 配位原子 配位體 配位數
[Co(NH3)6]Cl3
[Cu(H2O)4]SO4
[Fe(H2O)6]2(SO4)3
[Ag(NH3)2]OH
[Cu(NH3)4]SO4
⑦配位鍵的表示方法：(電子對給予體)A→B(電子對接受體)或A—B
注：1.配位鍵是一種特殊的共價鍵，配位鍵與共價鍵性質完全相同。
2.配位鍵同樣具有飽和性和方向性,一般來說，多數過渡金屬的原子或離子形成配位鍵的數目是基本不變的，如Ag＋形成2個配位鍵；Cu2＋形成4個配位鍵等。
3.③H3O+、NH4+中含有配位鍵。
⑧判斷配位鍵的常用方法
1.看成鍵原子(或離子)的特點，一方提供空軌道，另一方有孤電子對；
2.看成鍵原子(或離子)雙方的成鍵能力，成鍵能力一般等于8－最外層電子數，或等于最外層電子數，超出成鍵能力的鍵為配位鍵；
3.看化學式的寫法，一般“·H2O”這樣含結晶水類的微粒中均含有配位鍵。
思考：共價鍵有飽和性,但NH3為什么仍能與H+結合生成NH4+呢
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,兩者共用形成配位鍵。
配合物的空間結構
①含有兩種或兩種以上配位體的配合物，若配位體在空間的排列方式不同，就能形成不同幾何構型的配合物。
如Pt(NH3)2Cl2就有順式和反式兩種異構體。
A順式Pt(NH3)2Cl2和B反式Pt(NH3)2Cl2的顏色、在水中的溶解性等性質有一定的差異。
②過渡金屬元素（特別是過渡金屬元素的離子）一般都能形成配合物。因為過渡金屬原子或離子都有接受電子對的空軌道，它們都能與可提供孤電子對的分子或離子以配位鍵結合形成配合物。
配合物的中心原子、配位體的種類和數目不同，可以形成不同空間結構的配合物。
配位數 雜化軌道類型 空間結構 結構示意圖 實例
2 SP 直線型
SP3 正四面體 [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) 正八面體 [AlF6]3－ [Co(NH3)6]3＋
③配合物內界中共價鍵數目的判斷
1.若配位體為單核離子如Cl－等，可以不予計入；若為分子，需要用配位體分子內的共價鍵數乘以該配位體的個數；此外，還要加上中心原子與配位體形成的配位鍵，這也是共價鍵。
例如：配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共價鍵數為3×4＋4＋2＝18
三、配合物的形成對性質的影響
①溶解性的影響
如:AgCl→[Ag(NH3)2]Cl,由不溶于水的沉淀,轉變為易溶于水的物質。
化學方程式：AgCl+ 2NH3 [Ag(NH3)2]Cl
離子方程式：AgCl+ 2NH3 [Ag(NH3)2]+ + Cl-
②顏色的改變
當簡單離子形成配離子時其性質往往有很大變化。顏色變化就是一種常見的現象,我們根據顏色的變化就可以判斷是否有配離子生成。
如Fe3+與SCN-在溶液中可生成配位數為1~6的配離子,這些配離子的顏色是紅色的。
SCN-作為配體與Fe3+配位，顯紅色，用于檢驗Fe3+
③穩定性增強
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,因此血紅素中的Fe2+與CO分子結合后,就很難再與O2分子結合,導致血紅素失去輸送氧氣的功能,這是CO使人體中毒的原理。
思考1：[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+哪個配位離子更穩定？原因是什么？
[Cu(NH3)4]2+更穩定。
因為N和O都有孤電子對，但O電負性大，吸引孤電子對的能力強，
故NH3提供孤電子對的能力比H2O大。
思考2.：NH3與Cu2+形成配合物，但NF3很難與Cu2+形成配合物，
原因是什么？
電負性：F > N ，使得NH3 提供孤電子對的能力大于NF3
注：配合物具有一定的穩定性，配合物中的配位鍵越強，配合物越穩定。當中心離子相同時，配合物的穩定性與配體的性質有關。
四、配合物的應用
①在化學分析中，人們常用形成配合物的方法來檢驗金屬離子、分離物質、定量測定物質的組成。
②在生產中，配合物被廣泛應用于染色、電鍍、硬水軟化、金屬冶煉領域。
例如，夾心配位化合物二茂鐵具有高度的熱穩定性，常被用作燃料的催化劑和抗爆劑，它的節能消煙效果也非常好。
③配位化合物在羊毛染色過程中的作用
為了使羊毛呈現不同的色彩，同時在洗滌和光照的條件下不易褪色，我們可以在染色過程中，使用金屬鹽（如鉻、鋁、鐵、銅鹽等）對其進行處理。因羊毛和染料中都含有可與金屬離子配位的基團（—NH2、—COOH），染色時，金屬離子和染料及羊毛之間發生反應，生成體積較大、溶解度小的配合物，使染料堅固地附著在纖維上，從而改變羊毛的顏色。

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