1、第四节第四节 配合物与超分子配合物与超分子 学业要求 核心素养建构 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.了解超分子。 知识梳理 一、配合物 1.配位键 (1)概念：共用电子对由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键，即 “电子对给予- 接受键”，是一类特殊的共价键。 (2)实例：在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供孤电 子对给予铜离子，铜离子接受水分子的孤电子对形成的。 (3)表示： 配位键可以用 AB 来表示， 其中 A 是提供孤电子对的原子， 叫做配体； B 是接受电子对的原子。例如： NH 4中的配位键表示
2、为 。 Cu(NH3)42 中的配位键表示为 。 Cu(H2O)42 中的配位键表示为 。 微自测 1.下列分子或离子中，能提供孤电子对与某些金属离子形成配位键的是( ) H2O NH3 F CN CO A. B. C. D. 解析 这几种微粒的电子式分别为： CO，由此可见，这几种微粒都能提供孤电子对与某些金属离子形成配位 键，故选 D。 答案 D 2.配位化合物 (1)定义： 金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合 物，简称配合物。 (2)写出生成下列配合物的反应方程式： Cu(H2O)4Cl2：CuCl24H2O=Cu(H2O)4Cl2； Fe(SCN)3：
3、Fe3 3SCN Fe(SCN)3。 (3)配合物的稳定性 配位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的很不稳定。许多过渡金属 离子对多种配体具有很强的结合力， 因而过渡金属配合物远比主族金属配合物多。 微自测 2.下列过程与配合物的形成无关的是( ) A.除去 Fe 粉中的 SiO2可用强碱溶液 B.向一定量的 AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失 C.向 FeCl3溶液中加入 KSCN 溶液 D.向一定量的 CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失 解析 二氧化硅和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水， 硅酸钠和水都不是配合物， 所以与配合物的形成无关，故 A 选；银离子和氨水反应生成氢氧化银沉淀，
4、氢氧 化银能和氨水反应生成银氨配合物，所以与配合物的形成有关，故 B 不选；铁离 子和硫氰化钾溶液反应生成硫氰化铁配合物，所以与配合物的形成有关，故 C 不 选；铜离子和氨水反应生成氢氧化铜蓝色沉淀，氢氧化铜和氨水反应生成铜氨配 合物，所以与配合物的形成有关，故 D 不选。 答案 A 二、超分子 1.组成 超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子的聚集体。超 分子这种聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的。 2.重要特征及应用 (1)分子识别：如“杯酚”分离 C60和 C70 ；冠醚识别碱金属离子。 (2)自组装： 如细胞和细胞器的双分子膜， 由大量两性分子组装而成， 一端有
5、极性， 另一端无极性。 微自测 3.对原子、分子进行操纵的纳米超分子技术往往能实现意想不到的变化。如纳米 铜颗粒一遇到空气就会剧烈燃烧，甚至发生爆炸。若将纳米铜均匀地分散到蒸馏 水中，所形成的物质是( ) A.溶液 B.胶体 C.悬浊液 D.乳浊液 解析 因纳米铜粒子直径为 1100 nm 之间，纳米铜颗粒分散到水中，所形成的 分散系为胶体分散系，不属于溶液、悬浊液、乳浊液；答案选 B。 答案 B 探究一、配位键与配位化合物 从化学键的形成认识配位键 探究素材 配位键 1.配位键实质是一种特殊的共价键，在配位键中原子一方提供孤电子对，另一方 具有能接受孤电子对的空轨道。 2.配位键与普通共价键
6、只是在形成过程上有所不同。配位键的共用电子对由成键 原子单方面提供，普通共价键的共用电子对则由成键原子双方共同提供，但实质 是相同的，都是成键原子双方共用，如 NH 4中 4 个 NH 键完全等同。 探究题目 1.下列微粒中含配位键的是( ) N2H 5 CH4 OH NH 4 Fe(CO)3 Fe(SCN)3 H3O Ag(NH 3)2OH A. B. C. D.全部 解析 形成配位键的条件是一个原子(或离子)有孤电子对，另一个原子(或离子) 有空轨道。在CH4、OH 中不含配位键。 答案 C 从配合物的组成建构化学式模型 探究素材 配合物的组成 配合物Cu(NH3)4SO4的组成如下图表示
7、。 1.中心原子：提供空轨道能接受孤电子对的原子或金属阳离子。配合物的中心原 子一般是带正电荷的阳离子，最常见的是过渡金属的原子或离子。 2.配体：含有孤电子对的原子、分子或阴离子。 (1)阴离子：如 X (卤素离子)、OH、SCN、CN、RCOO、PO3 4等。 (2)分子：如 H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。 (3)原子：常为A、A、A 族元素的原子。 3.配位数：直接同中心原子配位的原子或离子的数目叫中心原子的配位数。如 Fe(CN)64 中 Fe2的配位数为 6，Cu(NH 3)4Cl2中 Cu2 的配位数为 4。 4.配合物离子的电荷数：等于中心原子或离子与配位体总电荷数的代数和
8、。如 Co(NH3)5Cln 中，中心离子为 Co3，n2。 探究题目 2.下列关于Cr(H2O)4Br2Br 2H2O 的说法正确的是( ) A.配体为水分子，外界为 Br B.中心离子的配位数为 6 C.中心离子采取 sp3杂化 D.中心离子的化合价为2 解析 Cr(H2O)4Br2Br 2H2O 中内界为Cr(H2O)4Br2 ，Cr3为中心离子，配体为 H2O、Br ，配位数为 6，外界为 Br，Cr3提供的空轨道数为 6，中心离子没有采 取 sp3杂化。 答案 B 从配合物在水中的电离认知溶液中的微粒 探究素材 配合物在水溶液中的电离情况 配合物中外界离子能电离出来，而内界离子不能电
9、离出来，通过实验及其数据可 以确定内界和外界离子的个数，从而可以确定其配离子、中心离子和配体。 探究题目 3.配位化学创始人维尔纳发现，取 CoCl3 6NH3(黄色)、CoCl3 5NH3(紫红色)、 CoCl3 4NH3(绿色)和 CoCl3 4NH3(紫色)四种化合物各 1 mol，分别溶于水，加入足 量硝酸银溶液，立即产生氯化银沉淀的物质的量分别为 3 mol、2 mol、1 mol 和 1 mol。 (1)请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。 CoCl3 6NH3：_， CoCl3 5NH3：_， CoCl3 4NH3(绿色和紫色)：_。 (2)后两种物质组成相同而颜色不同
10、的原因是_ _。 (3)上述配合物中，中心离子的配位数都是_。 解析 由题意知，四种配合物中位于外界的 Cl 数目分别为 3、2、1、1，则它们 的化学式分别为Co(NH3)6Cl3、 Co(NH3)5ClCl2、 Co(NH3)4Cl2Cl、 Co(NH3)4Cl2Cl， 最后两种应互为同分异构体。 答案 (1)Co(NH3)6Cl3 Co(NH3)5ClCl2 Co(NH3)4Cl2Cl (2)它们互为同分异 构体 (3)6 探究二、实验探究配合物的形成 从实验探究铜盐配合物的形成 探究素材 实验操作 实验现象 有关离子方程式 滴加氨水后，试管中 首先出现蓝色沉淀， 氨水过量后沉淀逐 渐溶
11、解，形成深蓝色 溶液，滴加乙醇后析 出深蓝色晶体 Cu2 2NH 3 H2O=Cu(OH)22NH 4， Cu(OH)24NH3=Cu(NH3)42 2OH， Cu(NH3)42 SO2 4H2O= 乙醇 Cu(NH3)4SO4 H2O 探究题目 4.将灼热的铜丝伸入盛氯气的集气瓶中，剧烈燃烧产生棕黄色烟，向集气瓶中加 入少量水，观察到溶液呈黄绿色，主要原因是 CuCl2溶液中存在黄绿色的CuCl42 。现向蓝色的硫酸铜溶液中，加入少量稀氨水，得到蓝色絮状沉淀，继续加入氨 水后，蓝色沉淀溶解，得到深蓝色溶液，再向其中加入少量浓盐酸，得到绿色溶 液，则该绿色溶液中主要存在的离子是( ) A.Cu
12、2 、Cu(H 2O)42 、SO2 4 B.CuCl42 、Cu(H 2O)42 、NH 4、SO2 4 C.CuCl2 4、NH 4、SO2 4 D.Cu(NH3)42 、Cu(H 2O)42 、SO2 4 解析 由题中信息可推知，含CuCl42 的溶液为黄绿色，含Cu(H 2O)42 的溶液为 蓝色，故绿色溶液中含CuCl42 和Cu(H 2O)42 ；在整个反应过程中 SO2 4未参与 反应，NH3与 H 结合生成了 NH 4。 答案 B 从实验探究铁盐配合物的形成 探究素材 实验操作 实验现象 有关离子方程式 溶液颜 色变红 Fe3 3SCN Fe(SCN)3 探究题目 5.向黄色三
13、氯化铁溶液中加入无色的 KSCN 溶液，溶液变成血红色，该反应在有 的教材中用方程式FeCl33KSCN=Fe(SCN)33KCl表示。 经研究表明Fe(SCN)3 是配合物，Fe3 与 SCN不仅能以 13 的个数比配合，还可以其他个数比配合。 请按要求填空： (1)基态 Fe3 的 M 层电子排布式为_。 请解释3 价铁的化合物较2 价铁的化合物稳定的原因_。 (2)Fe3 与 SCN反应时，Fe3提供_，SCN提供_，二者通过配位 键结合。 (3)所得 Fe3 与 SCN的配合物中， 主要是 Fe3与 SCN以个数比 11 配合所得离 子显血红色。 含该离子的配合物的配位数是_， 该配合
14、物化学式是_。 解析 (1)Fe 原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2，失去 4s 能级 2 个电 子、3d 能级 1 个电子形成 Fe3 ；基态 Fe3的 M 层有 13 个电子，3s、3p、3d 能级 上分别含有 2、6、5 个电子，据此书写基态 Fe3 的 M 层电子排布式为 3s23p63d5； 因为3 价铁 3d 轨道有 5 个电子，处于半充满的稳定结构，能量较低，而2 价铁 3d 轨道有 6 个电子，不是半充满的稳定结构，所以3 价铁的化合物较2 价铁的化合物稳定； (2)Fe3 与 SCN反应生成的配合物中，Fe3提供空轨道，SCN提供孤电子对； (3
15、)Fe3 与 SCN以个数比 11 配合所得离子为Fe(SCN)2， 含该离子的配合物的 配位数是 1，FeCl3与 KSCN 在水溶液中反应生成Fe(SCN)Cl2与 KCl。 答案 (1)3s23p63d5 3 价铁 3d 轨道有 5 个电子，处于半充满状态较稳定 (2)空轨道 孤电子对 (3)1 Fe(SCN)Cl2 从实验探究银盐配合物的形成 探究素材 实验操作 实验现象 有关离子方程式 滴加硝酸银溶液后， 试管中产 生白色沉淀， 加氨水至过量后 沉淀逐渐溶解， 形成无色溶液 AgCl 2NH3=Ag(NH3)2Cl 探究题目 6.向盛有氯化钠溶液的试管中滴入少量硝酸银溶液，生成白色的
16、氯化银沉淀，继 续向试管里加入氨水，沉淀溶解，生成无色的配离子Ag(NH3)2 ，下列说法正确 的是( ) A.溶液中 Cl 和 Ag的物质的量反应前后不变 B.配位键的强度都很大，因而配合物都很稳定 C.配位键可用带箭头的键线表示，是一种特殊的共价键 D.在Ag(NH3)2 离子中，Ag给出孤电子对，NH 3提供空轨道 解析 A.Ag(NH3)2 的电离能力较弱， 溶液中 Cl的物质的量反应前后基本不变， 而 Ag 的物质的量反应前后明显减小，故 A 错误；B.含有孤电子对和含有空轨道 的原子之间能形成配位键，配位键属于共价键，有的配合物很稳定，有的很不稳 定，故 B 错误；C.配位键是共价
17、键的一种，可用带箭头的键线表示，故 C 正确； D.配离子Ag (NH3)2 中，Ag提供空轨道，NH 3给出孤电子对，形成配位键，故 D 错误；故答案为 C。 答案 C 1.关于配合物Cu(H2O)4SO4，下列说法错误的是( ) A.此配合物，中心离子的配位数为 4 B.H2O 为配体，配位原子是氧原子 C.此配合物中，Cu2 提供孤电子对 D.向此配合物溶液中加入 BaCl2溶液，出现白色沉淀 解析 A.配合物Cu(H2O)4SO4，配位体是 H2O，配位数是 4，故 A 正确；B. 配 合物Cu(H2O)4SO4中 H2O 为配体，配位原子是氧原子，故 B 正确；C. 此配合物 中，C
18、u2 为中心原子，提供空轨道，配位原子氧原子提供孤电子对，故 C 错误； D. 硫酸根离子在外界， 向此配合物溶液中加入 BaCl2溶液， 出现白色沉淀硫酸钡， 故 D 正确；故选 C。 答案 C 2.下列关于配合物的说法不正确的是( ) A.硫酸铜的水溶液中，铜离子实际上主要以四水合铜离子的形式存在 B.氯化银沉淀能溶于氨水，说明有的配合物(或配离子)很稳定 C.金属离子都能作为中心离子，含有孤电子对的分子(或离子)都可作配体 D.硫氰合铁()离子呈血红色，由此可用 KSCN 溶液检验 Fe3 离子 解析 A.铜离子在水溶液中主要以四水合铜离子的形式存在，故 A 正确；B.因 Ag 能与 N
19、H 3形成更稳定的配离子Ag(NH3)2 ，导致氯化银沉淀能溶于氨水，故 B 正确；C.不是所有金属离子都能作为中心离子，只有含有空轨道的金属离子才 能作为中心离子，故 C 错误；D.常用 KSCN 溶液检验 Fe3 离子，现象是溶液呈血 红色，故 D 正确；答案为 C。 答案 C 3.如图是卟啉配合物叶绿素的结构示意图(部分)，下列有关叙述正确的是( ) A.示意图中的两个氧原子的杂化类型无法确定 B.该叶绿素是配合物，中心离子是镁离子 C.该叶绿素是配合物，其配体是 N 元素 D.该叶绿素不是配合物，而是高分子化合物 解析 A.由示意图知，两个氧原子均形成了两个键，故均为 sp3杂化，故
20、A 错 误；B.Mg 的最高化合价为2，而化合物中 Mg 与 4 个氮原子形成化学键，由此 可以判断该化合物中 Mg 与 N 原子间存在配位键，该物质为配合物，B 项正确； C.因氮原子还与碳原子成键，因此只能说氮原子是配位原子而不能说是配体，故 C 错误；D.该叶绿素是配合物，不是高分子化合物，故 D 错误。综上所述，本题 应选 B。 答案 B 4.许多过渡金属离子对多种配位体有很强的结合力，能形成种类繁多的配合物。 下列说法正确的是( ) A.向配合物TiCl(H2O)5Cl2 H2O 溶液中加入足量的 AgNO3溶液，所有的 Cl 均被 完全沉淀 B.配合物 Ni(CO)4常温下呈液态，
21、易溶于 CCl4、苯等有机溶剂，则固态 Ni(CO)4 属于分子晶体 C.配合物Cu(NH3)4SO4 H2O 的配位体为 NH3和 SO2 4 D.配合物Ag(NH3)2OH 的配位数为 6 解析 A.加入足量的 AgNO3溶液，外界 Cl 与 Ag反应形成 AgCl 沉淀，内界配 位离子 Cl 与 Ag不能反应，A 错误；B.配合物 Ni(CO) 4常温下呈液态，易溶于 CCl4、苯等有机溶剂，根据相似相溶原理可知，固态 Ni(CO)4属于分子晶体，B 正确； C.配合物Cu(NH3)4SO4 H2O 的配体为 NH3， C 错误； D.配合物Ag(NH3)2OH 的配体为 NH3，配位数
22、为 2，D 错误；故合理选项是 B。 答案 B 5.回答下列问题： (1)若 BCl3与 XYn通过 B 原子与 X 原子间的配位键结合形成配合物，则该配合物 提供孤电子对的原子是_。 (2)NH3与 BF3可以通过配位键形成 NH3 BF3， _原子提供孤电子对， _ 原子提供空轨道。写出 NH3 BF3的结构式，并用“”表示出配位键_。 (3)肼(N2H4)分子可视为 NH3分子中的一个氢原子被NH2(氨基)取代形成的另一 种氮的氢化物。 肼能与硫酸反应生成 N2H6SO4。 N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同， 则 N2H6SO4的晶体内存在_(填序号)。 a.离子键 b.配位键 c.共
23、价键 (4)向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加氨水，先生成难溶物，继续滴加氨水，难溶物 溶解，得到深蓝色透明溶液。下列对此现象的说法正确的是_。 A.反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后 Cu2 的浓度不变 B.沉淀溶解后，生成深蓝色的配离子Cu(NH3)42 C.Cu(NH3)42 的空间结构为正四面体形 D.在Cu(NH3)42 配离子中，Cu2给出孤电子对，NH 3提供空轨道 (5)向氯化铜溶液中加入过量浓氨水，然后加入适量乙醇，溶液中析出深蓝色的 Cu(NH3)4Cl2晶体， 深蓝色晶体中含有的化学键除普通的共价键外， 还有_ 和_。 解析 (1)BCl3分子中的 B 原子的 1 个 2
24、s 轨道和 2 个 2p 轨道进行 sp2杂化形成 3 个 sp2杂化轨道。B 原子还有 1 个空轨道(未杂化的 2p 轨道)，所以 B 原子与 X 形 成配位键时，X 应提供孤电子对。 (2)NH3中 N 原子为 sp3杂化，N 原子上有一对孤电子对，BF3中 B 原子采用 sp3 杂化形成 4 个杂化轨道，其中 3 个 sp3杂化轨道与 F 原子形成 3 个共价键，另外 一个 sp3杂化轨道为空轨道，接受 NH3中 N 原子提供的孤电子对，形成配位键。 (3)(NH4)2SO4中，NH 4存在配位键、共价键，表示为 ，SO2 4与 NH 4之间以离子键结合。故 N2H6SO4中，N2H2 6存在配位键、共价键，表示为 ，SO2 4与 N2H2 6之间以离子键结合。 (4) (5)Cu2 中存在空轨道，NH 3中 N 原子上有孤电子对，N 与 Cu2 之间以配位键结 合、Cu(NH3)42 与 Cl间以离子键结合。 答案 (1)X (2)N B (3)abc (4)B (5)离子键 配位键