資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
專(zhuān)題09 配合物與超分子
【核心素養(yǎng)分析】
1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：能從微觀角度理解配位鍵的形成條件和表示方法，能區(qū)別超分子和普通分子，能判斷常見(jiàn)的配合物；
2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能利用配合物的性質(zhì)去推測(cè)配合物的組成，從而形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的認(rèn)知模型。
3.科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任：通過(guò)不同聚集狀態(tài)物質(zhì)——配合物、超分子的重要應(yīng)用,認(rèn)識(shí)化學(xué)技術(shù)和社會(huì)之間的相互關(guān)系。
【目標(biāo)導(dǎo)航】
本專(zhuān)題主要考點(diǎn)有化學(xué)鍵類(lèi)型（離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵和金屬鍵)的判斷及形成，特別是配位鍵和配合物的形成一直是高考的熱點(diǎn)。可與分子極性、晶體類(lèi)型的判斷結(jié)合一起考查，綜合性較強(qiáng)，多以非選擇題的形式出題，試題難度一般。
【重難點(diǎn)精講】
一、配合物
1.配位鍵
(1)定義：成鍵原子或離子一方提供空軌道，另一方提供孤電子對(duì)而形成的，這類(lèi)“電子對(duì)給予一接受”鍵被稱(chēng)為配位鍵。提供空軌道的原子或離子稱(chēng)為中心原子或離子，提供孤電子對(duì)的原子對(duì)應(yīng)的分子或離子稱(chēng)為配體或配位體。例如：[Cu(H2O)4]2+，Cu2+是中心離子，H2O是配體。
(2)形成條件
①成鍵原子一方能提供孤電子對(duì)。
②成鍵原子另一方能提供空軌道。
如反應(yīng)NH3+H+=NH4+,NH3中的N上有1對(duì)孤電子對(duì)，H+中有空軌道，二者通過(guò)配位鍵結(jié)合形成NH4+, NH4+的形成可表示如下：
【易錯(cuò)提醒】①孤電子對(duì)：分子或離子中，沒(méi)有跟其他原子共用的電子對(duì)就是孤電子對(duì)。如分子中中心原子分別有1、2、3個(gè)孤電子對(duì)。含有孤電子對(duì)的微粒：分子如CO、NH3、H2O、有機(jī)胺等分子，離子如SCN—、Cl—、CN—、NO2—等。
②含有空軌道的微粒：過(guò)渡金屬的原子或離子。一般是過(guò)渡金屬的原子或離子如：Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Co3+、Ni ; 還有H+、Al3+、B、Mg2+等主族元素原子或離子。一般來(lái)說(shuō)，多數(shù)過(guò)渡金屬的原子或離子形成配位鍵的數(shù)目基本上是固定的，如Ag+形成2個(gè)配位鍵，Cu2+形成4個(gè)配位鍵等。
(3)表示方法
(電子對(duì)給體)A→B(電子對(duì)接受體)或A—B。如H3O+的電子式為結(jié)構(gòu)式為；[Cu(H2O)4]2+的結(jié)構(gòu)式為
(4)特征：配位鍵是一種特殊的共價(jià)鍵，具有飽和性和方向性。一般來(lái)說(shuō)，多數(shù)過(guò)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(gè)配位鍵；Cu2＋形成4個(gè)配位鍵等。
【易錯(cuò)提醒】①配位鍵實(shí)質(zhì)上是一種特殊的共價(jià)鍵，孤電子對(duì)是由成鍵原子一方提供，另一原子只提供空軌道；而普通共價(jià)鍵中的共用電子對(duì)是由兩個(gè)成鍵原子共同提供的。
②與普通共價(jià)鍵一樣，配位鍵可以存在于分子中[如Ni(CO)4],也可以存在于離子中(如NH4+)。
③相同原子間形成的配位鍵與它們之間形成的共價(jià)單鍵相同，如中的4個(gè)N-H(鍵能、鍵長(zhǎng)和鍵角)完全相同，故其結(jié)構(gòu)式也可表示為,NH4+的空間結(jié)構(gòu)是正四面體形。
④配位鍵一般是共價(jià)單鍵，屬于σ鍵。
2.配合物
(1)定義
通常把金屬離子或原子(稱(chēng)為中心離子或原子)與某些分子或離子 (稱(chēng)為配體或配位體)以配位鍵結(jié)合形成的化合物稱(chēng)為配位化合物，簡(jiǎn)稱(chēng)配合物。如氫氧化二氨合銀{[Ag(NH3)2]OH}、硫酸四氨合銅[Cu(NH3)4]SO4}等
(2)組成
配合物由中心離子或原子(提供空軌道)和配體(提供孤電子對(duì))組成，
分內(nèi)界和外界，以[Cu(NH3)4]SO4為例：
①中心原子(離子):提供空軌道，接受孤電子對(duì)。配合物的中心粒子一般是帶正電荷的陽(yáng)離子或中性原子，具有接受孤電子對(duì)的空軌道，通常是過(guò)渡元素的原子或離子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。
②配體：提供孤電子對(duì)的離子或分子，配體可以是一種或幾種。如分子CO、NH3、H2O等，陰離子F—、CN—、Cl—等。配體中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必須有孤電子對(duì)。
③配位數(shù)：直接同中心原子(離子)配位的分子或離子的數(shù)目叫中心原子(離子)的配位數(shù)。如[Fe(CN)6]3—中Fe3+的配位數(shù)為6。中心原子或離子的配位數(shù)一般為2、4、6、8等。配位數(shù)不一定等于配位鍵或配體的數(shù)目。
④內(nèi)界和外界：配合物分為內(nèi)界和外界，其中配離子稱(chēng)為內(nèi)界，與內(nèi)界發(fā)生電性匹配的離子稱(chēng)為外界，外界和內(nèi)界以離子鍵相結(jié)合。
⑤配離子的電荷數(shù)：配離子的電荷數(shù)等于中心原子或離子與配體總電荷的代數(shù)和。如[Co(NH3)5C1]n+中，中心離子為Co3+，n=2
【易錯(cuò)提醒】①配合物在水溶液中電離成內(nèi)界和外界兩部分，如 [Co(NH3)5C1]Cl2=[Co(NH3)5C1]2++2C1—,而內(nèi)界微粒很難電離(電離程度很小),因此，配合物[Co(NH3)5C1]Cl2內(nèi)界中的C1—不能被Ag+沉淀，只有外界的C1—才能與AgNO3溶液反應(yīng)產(chǎn)生沉淀。
②有些配合物沒(méi)有外界，如Ni(CO)4就無(wú)外界。
③配合物不一定含有離子鍵，如Ni(CO)4就無(wú)離子鍵。
④含有配位鍵的化合物不一定是配合物；但配合物一定含有配位鍵。如NH4Cl等銨鹽中銨根離子雖有配位鍵，但一般不認(rèn)為是配合物。
(3)常見(jiàn)的配合物及其制取
①[Cu(H2O)4]2+
【實(shí)驗(yàn)3-2】
實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)原理 Cu2+＋4H2O===[Cu(H2O)4]2+
實(shí)驗(yàn)用品 ①CuSO4 ②CuCl2③CuBr2④NaCl⑤K2SO4⑥KBr、點(diǎn)滴板、蒸餾水
實(shí)驗(yàn)步驟 取上述少量6種固體于點(diǎn)滴板，分別加蒸餾水溶解，觀察現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 ①②③三種溶液呈天藍(lán)色④⑤⑥三種溶液呈無(wú)色
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 Cu2+在水溶液中常顯藍(lán)色，溶液呈藍(lán)色與Cu2+和H2O有關(guān)，與SO42-、Cl-、Br-、Na+、K+無(wú)關(guān)
實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 實(shí)驗(yàn)證明，硫酸銅晶體和 Cu2+的水溶液呈藍(lán)色，實(shí)際上是Cu2+和H2O形成的[Cu(H2O)4]2+呈藍(lán)色。[Cu(H2O)4]2+叫做四水合銅離子。
②[Cu(NH3)4](OH)2：Cu2+ + 2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+ 2NH4+ Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4](OH)2
【實(shí)驗(yàn)3-3】
實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)原理 Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2[Cu(NH3)4]2+ + SO42- + H2O ＝ [Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
實(shí)驗(yàn)用品 0.1mol/LCuSO4、1mol/L氨水、95%乙醇、試管、玻璃棒
實(shí)驗(yàn)步驟 向盛有4mL0.1mol/L CuSO4溶液的試管里滴加幾滴1mol/L氨水，首先形成難溶物，繼續(xù)添加氨水并振蕩試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；再向試管中加入極性較小的溶劑（如加入8mL95%乙醇），并用玻璃棒摩檫試管壁，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 加入氨水后首先生成藍(lán)色沉淀，繼續(xù)加入氨水后藍(lán)色沉淀溶解形成深藍(lán)色溶液。加入乙醇后又析出深藍(lán)色晶體。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 深藍(lán)色晶體是[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 實(shí)驗(yàn)證明，無(wú)論在得到的深藍(lán)色透明溶液中，還是在析出的深藍(lán)色晶體中，深藍(lán)色都是由于存在 [Cu(NH3)4]2+，中心離子是Cu2+，而配體是NH3，配位數(shù)為4
③K3Fe(SCN)6：Fe3++nSCN—[Fe(SCN)n ]3-n(n=1~6),常寫(xiě)為Fe3++3SCN—Fe(SCN)3
【實(shí)驗(yàn)3-4】
實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)原理 Fe3++nSCN- = [Fe(SCN)n]3-n，n = 1~6，隨SCN-的濃度而異，可用于鑒別Fe3+
實(shí)驗(yàn)用品 0.1mol/LFeCl3 溶液、0.1mol/LKSCN 溶液；試管、膠頭滴管。
實(shí)驗(yàn)步驟 向盛有少量 0.1mol/LFeCl3溶液的試管中加1滴 0.1mol/LKSCN 溶液，觀察現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 FeCl3 溶液變?yōu)榧t色。
實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 Fe3+的檢驗(yàn)方法：KSCN 法、苯酚法、亞鐵氰化鉀法。
④[Ag(NH3)2]Cl：AgCl + 2NH3 =[Ag(NH3)2] Cl
【實(shí)驗(yàn)3-5】
實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)原理 Ag++Cl-=AgCl↓ AgCl+2NH3=[Ag(NH3)2]Cl
實(shí)驗(yàn)用品 0.1mol/LNaCl、0.1mol/LAgNO3、1mol/L氨水、試管、玻璃棒
實(shí)驗(yàn)步驟 向盛有少量0.1mol/LNaCl溶液的試管里滴幾滴0.1mol/LAgNO3溶液，產(chǎn)生難溶于水白色的AgCl沉淀，再滴入1mol/L氨水，振蕩，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 白色的AgCl沉淀，再滴入1mol/L氨水后沉淀消失，得到澄清的無(wú)色溶液
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 制得了[Ag(NH3)2]Cl溶液
實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 AgCl沉淀溶于氨水，發(fā)生AgCl+2NH3=[Ag(NH3)2]Cl反應(yīng)生成[Ag(NH3)2]Cl溶液
(4)配合物的形成對(duì)性質(zhì)的影響
①對(duì)溶解性的影響
一些難溶于水的金屬氫氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含過(guò)量的OH—、Cl—、Br—、I—、CN—的溶液中，形成可溶性的配合物。如Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]2++2OH—
②顏色的改變
當(dāng)簡(jiǎn)單離子形成配離子時(shí)，其性質(zhì)往往有很大差異。顏色發(fā)生變化就是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象，根據(jù)顏色的變化就可以判斷是否有配離子生成。如Fe3+與SCN—形成硫氰化鐵配離子，F(xiàn)e3++3SCN-Fe(SCN)3其溶液顯紅色。
③穩(wěn)定性增強(qiáng)
配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強(qiáng)，配合物越穩(wěn)定。當(dāng)作為中心離子的金屬離子相同時(shí)，配合物的穩(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
(5)配合物的應(yīng)用
超過(guò)百萬(wàn)種的配合物在醫(yī)藥科學(xué)、化學(xué)催化劑、新型分子材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
（1）在生命體中的應(yīng)用
（2）在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用
（3）在醫(yī)藥中的應(yīng)用——抗癌藥物、。
二、超分子
1.定義
由兩種或兩種以上的分子通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體。
2.存在形式
超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。
3.微粒間作用力—非共價(jià)鍵：超分子內(nèi)部分子之間通過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合，主要是靜電作用、范德華力和氫鍵、疏水作用以及一些分子與金屬離子之間形成的弱配位鍵。
4.分子聚集體的大小：超分子這種分子聚集體，有的是有限的，有的是無(wú)限伸展的。
5.特征
(1)分子識(shí)別
(2)自組裝：超分子組裝的過(guò)程稱(chēng)為分子自組裝（Molecular self-assembly)，自組裝過(guò)程（Self-organization)是使超分子產(chǎn)生高度有序的過(guò)程。
6.應(yīng)用實(shí)例
(1) “杯酚”分離C60和C70：杯酚與C60通過(guò)范德華力相結(jié)合，通過(guò)尺寸匹配實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別。向C60和C70的混合物中加入一種空腔大小適配C60的“杯酚”,再加入甲苯溶劑，溶解未裝入“杯酚”的C70，過(guò)濾后分離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(lái)并沉淀。
(2)冠醚識(shí)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(shí)別堿金屬離子。冠醚環(huán)的大小與金屬離子匹配，將陽(yáng)離子以及對(duì)應(yīng)的陰離子都帶入有機(jī)溶劑，因而成為有機(jī)反應(yīng)中很好的催化劑。
(3)細(xì)胞和細(xì)胞器的雙分子膜：細(xì)胞膜的兩側(cè)都是水溶液，水是極性分子，而構(gòu)成膜的兩性分子的頭基是極性基團(tuán)而尾基是非極性基團(tuán)。頭基為親水基團(tuán)，頭部會(huì)朝向水溶液一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)自組裝。
(4)DNA分子：核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)是靠氫鍵來(lái)保持的。
7.超分子的未來(lái)發(fā)展
通過(guò)對(duì)超分子研究，人們可以模擬生物系統(tǒng)，復(fù)制出一些新材料，如：新催化劑、新藥物、分子器件、生物傳感器等功能材料。
【典題精練】
考點(diǎn)1、考查配位鍵的判斷
例1．下列微粒：①②③④ ⑤中含有配位鍵的是
A．①② B．①③ C．④⑤ D．②④
【解析】1①中，提供空軌道，O原子提供孤對(duì)電子形成配位鍵，①符合；②中提供空軌道，N原子提供孤對(duì)電子形成配位鍵，②符合；③中沒(méi)有提供空軌道的離子，沒(méi)有形成配位鍵，③不符合；④中沒(méi)有提供空軌道的離子，沒(méi)有形成配位鍵，④不符合；⑤中沒(méi)有提供空軌道的離子，沒(méi)有形成配位鍵，⑤不符合；綜上所述，含有配位鍵的時(shí)①②；故選A。
【答案】A
考點(diǎn)2、考查配合物的組成與判斷
例2．0.01molCrCl3·6H2O在水溶液中用過(guò)量硝酸銀溶液處理，結(jié)果并沒(méi)有觀察到有白色AgCl沉淀生成。已知CrCl3·6H2O中Cr3+形成六個(gè)配位鍵，則其結(jié)構(gòu)表示可能正確的是
A．[Cr(H2O)6]Cl3 B．[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O
C．[Cr(H2O)4Cl]Cl2·2H2O D．[Cr(H2O)3Cl3]·3H2O
【解析】A．若其結(jié)構(gòu)為[Cr(H2O)6]Cl3，則與硝酸銀反應(yīng)后生成0.03molAgCl沉淀，錯(cuò)誤；B．若其結(jié)構(gòu)為[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O與硝酸銀反應(yīng)后生成0.02molAgCl沉淀，錯(cuò)誤；C．根據(jù)題意知，CrCl3·6H2O中Cr3+形成六個(gè)配位鍵，而該結(jié)構(gòu)中只存在五個(gè)配位鍵，錯(cuò)誤；D．結(jié)構(gòu)為[Cr(H2O)3Cl3]·3H2O的配位鍵為6，且與硝酸銀不產(chǎn)生AgCl，正確；故選：D。
【答案】D
考點(diǎn)3、考查配合物的結(jié)構(gòu)
例3．下列關(guān)于化學(xué)式 [TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的說(shuō)法中正確的是
A．配體是Cl-和H2O，配位數(shù)是9
B．中心離子是Ti4＋，配離子是[TiCl(H2O)5]2＋
C．該配合物中存在離子鍵、配位鍵、極性鍵和非極性鍵
D．在含1mol該配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液，可生成2mol AgCl沉淀
【解析】A．配體是Cl-和H2O，但Cl-不都是配體，配位數(shù)是6，A錯(cuò)誤；B．根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0，中心離子是Ti3＋，配離子是[TiCl(H2O)5]2＋，B錯(cuò)誤；C．配合物中內(nèi)界和外界之間為離子鍵，中心原子和配體之間為配位鍵，水中氫和氧之間為極性鍵，不存在非極性鍵，C錯(cuò)誤；D．在含1mol該配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液，外界中的氯離子可以電離出來(lái)，共2mol，可生成2mol AgCl沉淀，D正確；故選D。
【答案】D
考點(diǎn)4、考查配位化合物和超分子的概念、組成及應(yīng)用
例4．下列關(guān)于超分子和配合物的敘述正確的是
A．含配位鍵的化合物一定是配位化合物
B．利用超分子的分子識(shí)別特征，可以分離和
C．在中，給出孤對(duì)電子，提供空軌道
D．超分子是兩種或兩種以上的分子通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體，不包括離子
【解析】A．通常把金屬離子或原子與某些分子或離子以配位鍵結(jié)合形成的化合物稱(chēng)為配合化合物，含配位鍵的化合物例如氯化銨不是配位化合物，A錯(cuò)誤；B．將C60和C70的混合物，加入一種空腔大小適合C60的杯酚中，杯酚像個(gè)碗似的、把C60裝起來(lái)，不能裝下C70，加入甲苯溶劑，甲苯將未裝入碗里的C70溶解了，過(guò)濾后分離C70，再向不容物中加入氯仿，氯仿溶解杯酚而將不溶解的C60釋放出來(lái)并沉淀，則利用超分子的分子識(shí)別特征，可以分離和，B正確；C． 在中，提供空軌道，給出孤對(duì)電子，C錯(cuò)誤；D．超分子是兩種或兩種以上的分子通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚合體。超分子定義中的分子是廣義的，包括離子，D錯(cuò)誤；答案選B。
【答案】B
考點(diǎn)5、考查超分子的組成、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用
例5．冠醚是一種超分子，它能否適配堿金屬離子與其空腔直徑和離子直徑有關(guān)。二苯并—18—冠—6與形成的鱉合離子的結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是
冠醚 冠醚空腔直徑/pm 適合的粒子(直徑/pm)
15—冠—5 17—220
18—冠—6 260—320
21—冠—7 340—430
A．冠醚可以用來(lái)識(shí)別堿金屬離子 B．二苯并-18-冠-6也能適配
C．該冠醚分子中碳原子雜化方式有2種 D．一個(gè)鰲合離子中配位鍵的數(shù)目為6
【解析】A．由表知，堿金屬離子的粒子在冠醚空腔直徑范圍內(nèi)，冠醚與堿金屬離子的包含物都是超分子，可以識(shí)別堿金屬離子，A正確；B．一般而言，電子層數(shù)越多半徑越大；電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越大，半徑越小；Li+半徑小于鈉離子；由圖標(biāo)可知，二苯并-18-冠-6不能適配Li+，B錯(cuò)誤；C．該冠醚分子中苯環(huán)碳原子為sp2雜化、其它碳鏈上的碳原子為sp3雜化；碳原子雜化方式有2種，C正確；D．由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知，一個(gè)鰲合離子中配位鍵的數(shù)目為6，D正確；故選B。
【答案】B
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
HYPERLINK "http://21世紀(jì)教育網(wǎng)(www.21cnjy.com)
" 21世紀(jì)教育網(wǎng)(www.21cnjy.com)

展開(kāi)更多......

收起↑