学年高中化学专题4分子空间结构与物质性质第二单元第1课时配合物的形成与结构学案苏教版选修3Word格式.docx
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(2)过渡金属易形成配合物(√)
(3)配位原子可以是中性分子,也可以是带电的离子(√)
2.氨和三氟化硼(BF3)可以形成配位化合物,试用结构式表示其形成过程。
答案
3.根据配合物[Cu(NH3)4]SO4回答下列问题:
(1)1mol[Cu(NH3)4]2+含有____________molσ键。
(2)在此配合物中含有的化学键类型有哪些?
答案
(1)16
(2)离子键、共价键和配位键
4.向AgNO3溶液中滴加氨水,先生成白色沉淀,后沉淀逐渐溶解,试用离子方程式表示其过程。
答案 Ag++NH3·
H2O===AgOH↓+NH
,
AgOH+2NH3===[Ag(NH3)2]++OH-。
二、配合物的空间构型
1.顺反异构
配合物Pt(NH3)2Cl2的中心原子是Pt2+,配位体是NH3和Cl-。
(1)Pt(NH3)2Cl2为平面正方形,2个相同的配位体在Pt原子的同一侧的称为顺式(常称为“顺铂”),不在同一侧的称为反式(常称为“反铂”)。
其结构简式分别为
(顺式)、
(反式)。
(2)顺式、反式Pt(NH3)2Cl2的性质如下表所示:
配合物
颜色
极性
在水中的溶解性100g水中
抗癌活性
A
棕黄色
0.2577g
有活性
B
淡黄色
非极性
0.0366g
无活性
则配合物A是顺式(填“反式”或“顺式”,下同)Pt(NH3)2Cl2,配合物B是反式Pt(NH3)2Cl2。
(3)结论:
含有2种或2种以上配位体的配合物,若配位体在空间的排列方式不同,就能形成不同几何构型的配合物,其结构不同,性质也有差异,互为同分异构体。
2.空间构型
过渡金属元素(特别是过渡金属元素的离子)一般都能形成配合物。
因为过渡金属原子或离子都有接受孤电子对的空轨道,它们都能与可提供孤电子对的分子或离子以配位键结合形成配合物。
如Ag+与NH3反应生成[Ag(NH3)2]+,是由于Ag+空的5s轨道和5p轨道可以形成2个sp杂化轨道,NH3分子中N原子有一孤电子对,N原子上的孤电子对进入Ag+空的sp杂化轨道形成配位键。
形成直线形的[Ag(NH3)2]+(如图所示)
配合物的中心原子、配位体的种类和数目的不同,可以形成不同空间构型的配合物。
填写下表:
配离子
配位数
空间构型
[Ag(NH3)2]+
2
直线形
[Zn(NH3)4]2+
4
四面体型
[Ni(CN)4]2-
平面正方形
[AlF6]3-
6
八面体型
一、配位键与配合物的组成
1.配位键
(1)配位键实质是一种特殊的共价键,在配位键中一方提供孤电子对,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
中4个N—H键完全等同。
2.配合物的组成
配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图所示。
(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)配位体:
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-、PO
等。
②分子:
如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。
③原子:
常为ⅤA、ⅥA、ⅦA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)6]4-中Fe2+的配位数为6,[Cu(NH3)4]Cl2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。
如[Co(NH3)5Cl]n+中,中心离子为Co3+,n=2。
3.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,而内界离子不能电离出去,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、中心原子和配位体。
例1
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________(填字母)。
a.离子键 b.配位键 c.共价键
(4)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2-。
不考虑立体构型,[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为______________________________________。
解析
(1)BCl3分子中的B原子的1个2s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原子为sp2杂化,杂化轨道与F原子形成3个共价键,故有一个2p空轨道,与NH3形成配位键。
(3)(NH4)2SO4中,NH
存在配位键、共价键,表示为
,SO
与NH
之间以离子键结合。
故N2H6SO4中,N2H
与N2H
(4)Cu2+中存在空轨道,而OH-中O原子上有孤电子对,故O与Cu2+之间以配位键结合。
答案
(1)X
(2)N B
(3)abc
(4)
解题反思
配位键的判断依据是原子一方提供空轨道,另一方提供孤电子对。
变式训练1 向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是( )
A.[Co(NH3)4Cl2]ClB.[Co(NH3)3Cl3]
C.[Co(NH3)6]Cl3D.[Co(NH3)5Cl]Cl2
答案 B
解析 配合物的内界与外界由离子键结合,只要外界存在Cl-,加入AgNO3溶液即有AgCl沉淀产生。
对于B项配合物分子[Co(NH3)3Cl3],Co3+、NH3、Cl-全处于内界,很难电离,不存在Cl-,所以不生成AgCl沉淀。
故选B。
许多配合物内界以配位键结合很牢固,难以在溶液中电离,而内界与外界之间以离子键结合,在水溶液中能够完全电离。
1.配合物中配离子的空间构型
(1)配合物价键理论的要点
①中心原子采用杂化轨道成键。
②中心原子(M)有杂化后的空轨道;
配位体(L)有孤电子对;
二者形成配位键M←L。
③配合物中内界的空间构型与中心原子杂化方式、配位数的多少有关。
(2)常见配离子的空间构型
杂化轨道类型
结构示意图
实例
sp
[Ag(NH3)2]+[Cu(NH3)2]+
sp3
正四面体型
[Zn(NH3)4]2+[CoCl4]2-
dsp2
[Ni(CN)4]2-[Cu(NH3)4]2+
d2sp3
正八面体
[AlF6]3-[Co(NH3)6]3+
2.配合物中的异构现象
化学组成相同的配合物可以有不同的结构,这就是配合物的异构现象。
主要是指化学组成相同,仅仅由于配体围绕中心离子的位置不同而产生的结构、性质不同的几何异构体。
含有两种或两种以上配位体的配合物,若配位体在空间排列方式不同,就能形成不同几何构型的配合物。
对于配位数为4的配离子[MA2B2]n±
,若其空间构型为四面体型,则不存在同分异构现象;
若其空间构型为平面四边形,则有两种同分异构体,相同配位体位于邻位的称为“顺式”,相同配位体位于对位的称为“反式”。
例2
已知Zn2+的4s和4p轨道可以形成sp3型杂化轨道,那么[ZnCl4]2-的空间构型为( )
A.直线形B.平面正方形
C.正四面体型D.正八面体型
解析 本题考查杂化轨道类型与配合物的空间构型的关系。
Zn2+的4s和4p轨道形成的4个sp3杂化轨道,与4个Cl-形成4个配位键,所以[ZnCl4]2-的空间构型为正四面体型。
答案 C
结合杂化类型判断空间结构。
变式训练2 现有两种配合物晶体[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2,请设计实验方案将这两种配合物区别开来。
实验方案:
______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 称取相同质量的两种晶体分别配成溶液,向两种溶液中分别滴加足量的AgNO3溶液,静置、过滤、干燥、称量,所得AgCl固体多的晶体为[Co(NH3)6]Cl3,另一种为[Co(NH3)5Cl]Cl2
解析 [Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2两种配合物晶体是同分异构体,组成元素和相应个数完全相同,但结构却不同。
在[Co(NH3)6]Cl3中Co3+与6个NH3分子配合成[Co(NH3)6]3+,3个Cl-都是外界离子。
[Co(NH3)6Cl]Cl2中Co3+与5个NH3分子和1个Cl-配合成[Co(NH3)5Cl]2+,只有2个Cl-是外界离子。
由于配合物中内界以配位键结合很牢固,难以在溶液中电离,而内界和外界之间以离子键结合,在溶液中能够完全电离。
不难看出,相同质量的两种晶体在溶液中能够电离出的Cl-数是不同的,我们可以利用这一点进行鉴别。
外界以离子键与内界相结合,能电离,而内界以配位键相结合,不能电离。
1.下列不能形成配位键的组合是( )
A.Ag+、NH3B.BF3、NH3
C.Co3+、COD.Ag+、H+
答案 D
解析 根据配位键形成的条件,一方要提供空轨道,另一方提供孤电子对。
A项,Ag+有空轨道,NH3中的氮原子上有孤电子对,可以形成配位键,故A错误;
B项,BF3中B原子有空轨道,NH3中的氮原子上有孤电子对,可以形成配位键,故B错误;
C项,Co3+有空轨道,CO中的氧原子上有孤电子对,可以形成配位键,故C错误;
D项,Ag+、H+两种离子都没有孤电子对,所以不能形成配位键,故D正确。
2.关于化学式[TiCl(H2O)5]Cl2·
H2O的配合物的下列说法中正确的是( )
A.配位体是Cl-和H2O,配位数是9
B.中心离子是Ti4+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+
C.内界和外界中的Cl-的数目比是1∶2
D.加入足量AgNO3溶液,所有Cl-均被完全沉淀
解析 A项,配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·
H2O,配位体是Cl-和H2O,配位数是6,故A错误;
B项,中心离子是Ti3+,配离子是Cl-,故B错误;
C项,配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·
H2O,配离子是Cl-为1,外界离子是Cl-为2,内界和外界中的Cl-的数目比是1∶2,故C正确;
D项,加入足量AgNO3溶液,外界离子Cl-离子与Ag+反应,配位离子Cl-不与Ag+反应,故D错误。
3.能区别[Co(NH3)4Cl2]Cl和[Co(NH3)4Cl2]NO3两种溶液的试剂是( )
A.AgNO3溶液B.NaOH溶液
C.CCl4D.浓氨水
答案 A
解析 本题主要考查配合物的结构,其中内界和外界之间是离子键,在溶液中完全电离,加入AgNO3溶液,一种试剂产生白色沉淀,另一种试剂无明显现象,可以区别。
4.[Zn(NH3)4]SO4中,Zn2+与NH3以__________相结合,配合物的内界为__________,__________为配合物的外界。
Zn2+接受4个NH3分子中氮原子提供的孤电子对,形成________个配位键;
Zn2+提供4个空________杂化轨道接受孤电子对,是__________________;
NH3分子中的氮原子提供孤电子对,是配位原子,NH3分子是____________;
[Zn(NH3)4]2+中Zn2+的配位数是________。
答案 配位键 [Zn(NH3)4]2+ SO
4 sp3 中心原子 配位体 4
解析 [Zn(NH3)4]2+是正四面体构型,因此中心原子(Zn2+)发生sp3杂化。
[基础过关]
一、配位键与配合物
1.向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水,首先形成难溶物,继续添加氨水,难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。
下列对此现象说法正确的是( )
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,将生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2+
C.向反应后的溶液中加入乙醇,溶液没有发生变化
D.在[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+提供孤电子对,NH3提供空轨道
解析 硫酸铜溶液中加入氨水先生成蓝色沉淀氢氧化铜,继续加入氨水生成[Cu(NH3)4]2+,铜离子浓度减小;
加入乙醇后有深蓝色晶体[Cu(NH3)4]SO4·
H2O析出;
在[Cu(NH3)4]2+中,NH3分子的氮原子提供孤电子对,Cu2+提供空轨道。
2.CuCl2溶液与乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)可形成配离子[Cu(En)2]2+(En是乙二胺的简写),其结构如图所示。
则配离子[Cu(En)2]2+的配位数和该微粒含有的微粒间的作用力类型均正确的是( )
A.4,配位键、极性键、非极性键
B.2,极性键、非极性键、氢键
C.4,离子键、配位键、氢键
D.2,配位键、非极性键、极性键、氢键
解析 由图可知配离子[Cu(En)2]2+的中心离子为Cu2+,配位体为乙二胺,配位原子数为4,所以配位数为4,中心离子Cu2+具有空轨道,乙二胺含有孤电子对,离子中存在配位键、C—N键、C—H键、N—H键、C—C键,其中C—N键、C—H键、N—H键为极性键,C—C键为非极性键,故离子含有配位键、极性键、非极性键,故选A。
3.关于下列说法正确的是( )
A.配合物[Zn(NH3)4]Cl2配位数为6
B.配合物[Zn(NH3)4]Cl2中,配体为NH3和Cl-,[Zn(NH3)4]2+为内界
C.配合物[Zn(NH3)4]Cl2中Zn2+和NH3以离子键结合
D.在NH
和Fe(CO)5中都存在配位键
解析 A项,配合物[Zn(NH3)4]Cl2内界有4个氨分子做配体,所以配位数为4,错误;
B项,配合物[Zn(NH3)4]Cl2中,配体为NH3,[Zn(NH3)4]2+为内界,错误;
C项,配合物[Zn(NH3)4]Cl2中Zn2+和NH3以配位键结合,错误;
D项,在NH
中,氮原子提供孤电子对,氢离子有空轨道,它们之间形成配位键,Fe(CO)5中铁提供空轨道,氧原子有孤电子对,它们也都形成配位键,正确。
4.下列组合中,中心离子的电荷数和配位数均相同的是( )
A.K[Ag(CN)2]、[Cu(NH3)4]SO4
B.[Ni(NH3)4]Cl2、[Ag(NH3)2]Cl
C.[Ag(NH3)2]Cl、[Cu(NH3)2]Cl2
D.[Ni(NH3)4]Cl2、[Cu(NH3)4]SO4
解析 A项,K[Ag(CN)2]中中心离子是Ag+,中心离子电荷数是1,CN-是配体,配位数是2;
[Cu(NH3)4]SO4中中心离子是Cu2+,中心离子电荷数是2,NH3是配体,配位数是4,二者中心离子的电荷数和配位数均不相同,故A错误;
B项,[Ni(NH3)4]Cl2中中心离子是Ni2+,中心离子电荷数是2,NH3是配体,配位数是4,[Ag(NH3)2]Cl中中心离子是Ag+,中心离子电荷数是1,NH3是配体,配位数是2,二者中心离子的电荷数和配位数均不相同,故B错误;
C项,[Ag(NH3)2]Cl中中心离子是Ag+,中心离子电荷数是1,NH3是配体,配位数是2;
[Cu(NH3)2]Cl2中中心离子是Cu2+,中心离子电荷数是2,NH3是配体,配位数是2,二者中心离子电荷数不同,故C错误;
D项,[Ni(NH3)4]Cl2中中心离子是Ni2+,中心离子电荷数是2,NH3是配体,配位数是4;
[Cu(NH3)4]SO4中中心离子是Cu2+,中心离子电荷数是2,NH3是配体,配位数是4,二者中心离子电荷数及配位数相同,故D正确。
二、配合物的结构与性质
5.a为乙二胺四乙酸(EDTA),易与金属离子形成螯合物。
b为EDTA与Ca2+形成的螯合物。
下列叙述正确的是( )
A.a和b中的N原子均为sp3杂化
B.b中Ca2+的配位数为4
C.b含有分子内氢键
D.b含有共价键、离子键和配位键
解析 A项,a中N原子形成3个σ键、含有1对孤对电子,而b中N原子形成4个σ键、没有孤对电子,N原子杂化轨道数目均为4,N原子均采取sp3杂化,故A正确;
B项,b为配离子,钙离子与N、O原子之间形成配位键,b中Ca2+的配位数为6,故B错误;
C项,b中N原子、O原子均未与H原子形成共价键,b中没有分子内氢键,故C错误;
D项,b为配离子,钙离子与N、O原子之间形成配位键,其它原子之间形成共价键,不含离子键,故D错误,故选A。
6.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Fe3+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 A项,SiO2为酸性氧化物,能与强碱(如NaOH)溶液反应,生成可溶性的硅酸盐,不形成配合物;
B项,可形成[Ag(NH3)2]+;
C项,可形成Fe(SCN)2+等离子;
D项,可形成[Cu(NH3)4]2+;
B、C、D项均与形成配合物有关。
7.在照相底片定影时,硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液能溶解掉未起反应的溴化银,这是因为银离子与硫代硫酸根离子生成配离子,银离子的配位数为2,若硫代硫酸钠与溴化银刚好完全反应,则所得溶液中的溶质为( )
A.[Ag(S2O3)2]Br和NaBr
B.Na3[Ag(S2O3)2]
C.Na3[Ag(S2O3)2]和NaBr
D.Na[Ag(S2O3)2]
解析 由题意知Na2S2O3和AgBr反应,生成配离子,银离子的配位数为2,则有[Ag(S2O3)2]3-,则可知反应方程式为2Na2S2O3+AgBr===Na3[Ag(S2O3)2]+NaBr。
8.铂的两种化合物a和b,其中b为
,a为
实验测得a和b具有不同的特性:
a具有抗癌作用,而b没有。
则下列关于a、b的叙述正确的是( )
①a和b属于同一种物质
②a和b互为同分异构体
③a和b的空间构型是平面四边形
④a和b的空间构型是四面体
A.①③B.①④C.②③D.②④
解析 本题考查配合物的异构体的相关知识。
因为a和b具有不同的特性,所以a和b一定不是同一种物质;
性质不同说明结构不同,而a和b的分子式相同,故二者为同分异构体;
a和b若为四面体,则没有这两种异构体,因此a和b只能是平面四边形。
9.某物质的结构为
对该物质的分析判断正确的是( )
A.该物质是一个离子化合物
B.该物质的分子中只含有共价键、配位键两种作用力
C.该物质是一种配合物,其中Ni原子为中心原子
D.该物质中C、N、O原子存在孤对电子
解析 A项,该物质中只有共价键、配位键和氢键,没有离子键,不是离子化合物,故A错误;
B项,该物质中除了有共价键、配位键外,还有分子内氢键,故B错误;
C项,从图中可看出,有化学键的箭头指向Ni原子,所以该物质是一种配合物,其中Ni原子为中心原子,故C正确;
D项,该物质中C原子的最外层电子均用来形成化学键,不存在孤电子对,故D错误。
故选C。
10.+3价Co的八面体配合物CoClm·
nNH3,中心原子的配位数为6。
若1mol配合物与AgNO3溶液作用,生成1molAgCl沉淀,则m、n的值为( )
A.m=1,n=5B.m=3,n=4
C.m=5,n=1D.m=4,n=5
解析 本题考查的是对配合物空间构型的判断。
1mol配合物与AgNO3溶液作用生成1molAgCl,说明该配合物的外界有一个Cl-,即配离子为+1价,可写出[CoClm-1(NH3)n]Cl,由Co的化合价为+3价和中心原子的配位数为6,可推得m=3,n=4。
故正确答案为B。
[能力提升]
11.
(1)指出配合物K2[Cu(CN)4]的配离子、中心原子、配位体、配位数。
(2)在[Fe(CN)6]3-配离子中,中心原子的配位数为______,配离子的空间构型是__________。
(3)配合物[Cr(H2O)4Br2]Br·
2H2O中,中心原子的化合价为__________,配离子的电荷数为______。
答案
(1)配离子:
[Cu(CN)4]2-;
中心原子:
Cu2+;
配位体:
CN-;
配位数:
4
(2)6 正八面体 (3)+3 +1
解析
(2)中心原子的配位数:
6;
配位体的空间构型:
正八面体。
(3)中心原子是Cr3+,配离子是[Cr(H2O)4Br2]+,配位体是H2O和Br-。
故中心原子的化合价为+3;
配离子的电荷数为+1。
12.
(1)在配合物Fe(SCN)