高中化学专题4第2单元配合物的形成和应用教案苏教版选修3.docx

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高中化学专题4第2单元配合物的形成和应用教案苏教版选修3

第二单元　配合物的形成和应用

目标与素养：

1.知道简单配合物的基本组成和形成条件。

（微观探析）2.理解配合物的结构与性质之间的关系。

（宏观辨识）3.认识配合物在生产生活和科学研究方面的广泛应用。

（社会责任）

一、配合物的形成

1．按表中实验操作步骤完成实验，并填写下表：

实验操

作步骤

实验

现象

三支试管中先生成蓝色沉淀之后随浓氨水的滴入，沉淀逐渐溶解，最后变为深蓝色溶液

结论

生成Cu（OH）2蓝色沉淀且沉淀溶于浓氨水

（1）写出上述反应的离子方程式。

Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu（OH）2↓＋2NH

；

Cu（OH）2＋4NH3·H2O===[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－＋4H2O。

（2）[Cu（NH3）4]2＋（配离子）的形成：

氨分子中氮原子的孤电子对进入Cu2＋的空轨道，Cu2＋与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子提供的孤电子对形成配位键。

配离子[Cu（NH3）4]2＋可表示为（如图所示）

。

2．配位化合物的概念

由提供孤电子对的配位体与接受孤电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物。

配合物是配位化合物的简称。

如[Cu（NH3）4]SO4、[Ag（NH3）2]OH、NH4Cl等均为配合物。

3．配合物[Cu（NH3）4]SO4的组成如下图所示：

（1）中心原子是提供空轨道的金属离子（或原子）。

（2）配位体是提供孤电子对的阴离子或分子。

（3）配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。

（4）内界和外界：

配合物分为内界和外界。

4．形成条件

（1）配位体有孤电子对；如中性分子H2O、NH3、CO等；离子有F－、Cl－、CN－等。

（2）中心原子有空轨道；如Fe3＋、Cu2＋、Ag＋、Zn2＋等。

5．配合物异构现象

（1）产生异构现象的原因

①含有两种或两种以上配位体。

②配位体空间排列方式不同。

（2）

（3）异构体的性质

顺、反异构体在颜色、极性、溶解性、活性等方面都有差异。

二、配合物的应用

1．在实验研究方面的应用

（1）检验金属离子：

如可用KSCN溶液检验Fe3＋的存在，Fe3＋＋nSCN－

[Fe（SCN）n]（3－n）＋（血红色溶液）；可用[Ag（NH3）2]OH溶液检验醛基的存在。

（2）分离物质：

如将CuSO4和Fe2（SO4）3混合液中CuSO4与Fe2（SO4）3分离开，可用浓氨水，Cu2＋生成[Cu（NH3）4]2＋。

（3）定量测定物质的组成。

（4）溶解某些特殊物质：

金和铂之所以能溶于王水中，也是与生成配离子的反应有关。

Au＋HNO3＋4HCl===H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O

3Pt＋4HNO3＋18HCl===3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O

2．在生产方面中的应用

在生产中，配合物被广泛用于染色、电镀、硬水软化、金属冶炼等领域。

3．应用于尖端研究领域

如激光材料、超导材料、抗癌药物的研究，催化剂的研制等。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）[Cu（NH3）4]2＋中含有配位键，共价键和离子键。

（　　）

（2）所有配合物均有内界和外界。

（　　）

（3）NH

中配位键与共价键的键能相同。

（　　）

（4）[Ag（NH3）2]OH的配位数为2，配位原子为N。

（　　）

[答案]　

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）√

2．下列微粒：

①H3O＋　②[B（OH）4]－

③CH3COO－　④NH3　⑤CH4中，存在配位键的是（　　）

A．①②　　　　　　　B．①③

C．④⑤D．②④

A　[水分子中各原子已达到稳定结构，H3O＋是H＋和H2O中的O形成配位键，[B（OH）4]－是3个OH－与B原子形成3个共价键，还有1个OH－的O与B形成配位键，而其他的均不存在配位键。

]

3．在Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋、H2O、NH3、F－、CN－、CO中，哪些可以作为中心原子或离子？

哪些可以作为配位体？

[答案]　中心原子或离子：

Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋；

配位体：

H2O、NH3、F－、CN－、CO。

配合物的组成与结构

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－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。

模型认知：

配合物的结构

（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

配位数

杂化轨道类型

空间构型

结构示意图

实例

2

sp

直线形

[Ag（NH3）2]＋

[Cu（NH3）2]＋

4

sp3

正四面

体型

[Zn（NH3）4]2＋

[CoCl4]2－

6

d2sp3

正八

面体

[AlF6]3－

[Co（NH3）6]3＋

（3）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”。

【典例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）（2019·全国Ⅲ卷）FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为________，其中Fe的配位数为________。

[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

存在配位键、共价键，表示为

，SO

与N2H

之间以离子键结合。

[答案]　

（1）X　

（2）N　B　

（3）abc

（4）

4

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。

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]Cl　　　　B．[Co（NH3）3Cl3]

C．[Co（NH3）6]Cl3D．[Co（NH3）5Cl]Cl2

B　[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。

]

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

C　[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。

]

3．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：

_______________________________________________________

______________________________________________________。

[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）5Cl]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。

[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

配合物的应用

1.工业生产中的应用

（1）湿法冶金：

可以用配合物的溶液直接从矿石中把金属浸取出来，再用适当的还原剂还原成金属单质。

（2）分离和提纯：

由于制备高纯物质的需要，对于那些性质相近的稀有金属，常利用生成配合物来扩大一些性质上的差别，从而达到分离、提纯的目的。

（3）设计合成具有特殊功能的分子，如光储材料，超导材料，抗癌药物等。

2．定量分析中的应用

（1）检验离子的特效试剂：

通常利用整合剂与某些金属离子生成有色难溶的内络盐，作为检验这些离子的特征反应。

（2）隐藏剂：

多种金属离子共同存在时，要测定其中一金属离子，由于其他金属离子往往会与试剂发生同类型反应而干扰测定，因此常用配合物来防止杂质离子的干扰。

（3）有机沉淀剂：

某些配合物和金属离子在水中形成溶解度极小的内络盐沉淀，可以提高分析的精确度。

（4）萃取分离：

当金属离子与有机整合剂形成内络盐时，一方面由于它不带电，另一方面又由于有机配体在金属离子的外围且极性极小，具有疏水性，因而难溶于水，易溶于有机溶剂。

利用这一性质就可将某些金属离子从水溶液中萃取到有机溶剂中。

3．在合成中的应用

配合催化剂活性高，选择性好，在合成工业中用途广泛。

配合物与生物固氮。

4．在生物体中的应用

许多酶的作用与其结构中含有形成配合物的金属离子有关。

科学探究：

通过配合反应检验金属离子

实验步骤

实验现象

溶液变成血红色

出现沉淀并得到无色溶液

开始出现沉淀，继续滴加沉淀又减少，得红褐色沉淀和深蓝色溶液

反应的

方程式

Fe3＋＋nSCN－

===[Fe（SCN）n]（3－n）＋

Cu2＋＋2OH－

===Cu（OH）2↓；

Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓

Cu2＋＋2NH3·H2O===

2NH

＋Cu（OH）2↓；

Fe3＋＋3NH3·H2O===3NH

＋Fe（OH）3↓；

Cu（OH）2＋4NH3·H2O

===[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－＋4H2O

【典例2】　向黄色的FeCl3溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成血红色。

该反应可以用方程式FeCl3＋3KSCN===Fe（SCN）3＋3KCl表示。

（1）该反应的类型是________________，生成物中KCl既不是难溶物、难电离物质，也不是易挥发物质，则该反应之所以能够进行是由于生成了________的Fe（SCN）3。

（2）经研究表明，Fe（SCN）3是配合物，Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比配合，还能以其他个数比配合。

请按要求填空：

①所得Fe3＋和SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合所得离子显血红色。

该离子的离子符号是________，含该离子的配合物的化学式是________。

②若Fe3＋与SCN－以个数比1∶5配合，则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为________________。

（3）向上述血红色溶液中继续加入浓KSCN溶液，溶液血红色加深，这是由于________（填字母）。

a．与Fe3＋配合的SCN－数目增多

b．血红色离子的数目增多

c．血红色离子的浓度增大

[解析]　两种化合物之间相互交换成分，生成另外两种化合物的反应是复分解反应。

该反应进行的条件为有气体、沉淀或难电离物质生成。

颜色的深浅与有色物质的浓度有关。

[答案]　

（1）复分解反应　难电离

（2）①[Fe（SCN）]2＋　[Fe（SCN）]Cl2

②FeCl3＋5KSCN===3KCl＋K2[Fe（SCN）5]

（3）c

4．已知向含有Zn2＋的溶液中滴加氨水，有白色沉淀Zn（OH）2生成，继续滴加氨水使其过量，沉淀又溶解，生成了[Zn（NH3）4]2＋。

此外，Zn（OH）2既可溶于盐酸，生成Zn2＋；又可溶于过量的NaOH溶液，生成ZnO

；所以Zn（OH）2是一种两性氢氧化物。

现有四组离子，每组有两种金属离子。

请各选一种试剂，将它们两者分开。

可供选择的试剂有：

A．硫酸B．盐酸

C．硝酸D．氢氧化钠溶液

E．氨水

根据上述内容填写下表：

离子组

选用试剂（字母代号）

沉淀物化学式

保留在溶液中的离子

（1）Zn2＋和Al3＋

（2）Zn2＋和Mg2＋

（3）Zn2＋和Ba2＋

（4）Mg2＋和Al3＋

[解析]　本题给出的知识信息是Zn（OH）2的两性和可生成溶于水的[Zn（NH3）4]（OH）2。

运用它们的化学性质，选择适当试剂加以分离。

（1）Zn2＋和Al3＋的分离：

由于Zn（OH）2和Al（OH）3均为两性氢氧化物，不能用酸、碱加以区分，但Zn2＋可与过量氨水反应，生成[Zn（NH3）4]2＋，Al3＋无此性质，可选用氨水（E）为试剂，生成沉淀Al（OH）3，保留在溶液中的离子为[Zn（NH3）4]2＋。

（2）Zn2＋和Mg2＋的分离：

因Zn（OH）2为两性，Mg（OH）2无两性且为难溶于水的沉淀，可选用NaOH（D）为试剂，将Zn2＋和Mg2＋区分开沉淀为Mg（OH）2，保留在溶液中的离子为ZnO

。

此外，还可用氨水（E）予以分离。

（3）Zn2＋和Ba2＋的分离：

由于BaSO4难溶于水且不溶于酸，而ZnSO4则能溶于水，可选用H2SO4（A）为试剂，将Zn2＋和Ba2＋区分开。

沉淀为BaSO4，保留在溶液中的离子为Zn2＋。

（4）Mg2＋和Al3＋的分离：

Al（OH）3有两性，能溶于过量的NaOH溶液中。

Mg（OH）2为沉淀，且不溶于过量的NaOH溶液，可选用NaOH（D）为试剂，将Mg2＋和Al3＋区别开。

沉淀是Mg（OH）2，保留在溶液中的离子是AlO

。

[答案]　

（1）E　Al（OH）3　[Zn（NH3）4]2＋　

（2）D（或E）　Mg（OH）2　ZnO

或[Zn（NH3）4]2＋　（3）A　BaSO4　Zn2＋　（4）D　Mg（OH）2　AlO

1．配合物在许多方面有着广泛的应用。

下列叙述不正确的是（　　）

A．以Mg2＋为中心的大环配合物叶绿素能催化光合作用

B．Fe2＋的卟啉配合物是输送O2的血红素

C．[Ag（NH3）2]＋是化学镀银的有效成分

D．向溶液中逐滴加入氨水，可除去硫酸锌溶液中的Cu2＋

D　[D项中Cu2＋和NH3可形成[Cu（NH3）4]2＋，Zn2＋也可和NH3形成[Zn（NH3）4]2＋。

]

2．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是（　　）

A．配位化合物中必定存在配位键

B．配位化合物中只有配位键

C．[Cu（H2O）4]2＋中的Cu2＋提供空轨道，H2O中的O原子提供孤电子对，两者结合形成配位键

D．配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有广泛的应用

B　[配位化合物中一定含有配位键，但也含有其他化学键；Cu2＋提供空轨道，H2O中的O原子提供孤电子对，两者结合形成配位键。

]

3．既有离子键又有共价键和配位键的化合物是（　　）

A．NH4NO3　　　　　B．NaOH

C．H2SO4D．H2O

A　[此物质应是离子化合物，H2SO4、H2O是共价化合物，不符合题意。

铵根离子中有四个共价键，其中一个是配位键。

]

4．某物质的实验式为PtCl4·2NH3，其水溶液不导电，加入AgNO3溶液反应也不产生沉淀，以强碱处理并没有NH3放出，则关于此化合物的说法中正确的是（　　）

A．配合物中中心原子的电荷数和配位数均为6

B．该配合物可能是平面正方形结构

C．Cl－和NH3分子均与Pt4＋配位

D．配合物中Cl－与Pt4＋配位，而NH3分子与Pt4＋不配位

C　[在PtCl4·2NH3水溶液中加入AgNO3溶液无沉淀生成，以强碱处理无NH3放出，说明Cl－、NH3均处于配合物的内界，故该配合物中中心原子的配位数为6，电荷数为4，Cl－和NH3分子均与Pt4＋配位，A、D错误，C正确；因为配位体在中心原子周围配位时采取对称分布状态以达到能量上的稳定状态，Pt4＋配位数为6，则其空间构型为八面体型，B错误。

]

5．

（1）将白色CuSO4粉末溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配位数是4的配合离子，请写出生成此配合离子的离子方程式________________，蓝色溶液中的阳离子内存在的全部化学键类型有________。

（2）CuSO4·5H2O（胆矾）中含有水合铜离子因而呈蓝色，写出胆矾晶体中水合铜离子的结构简式（必须将配位键表示出来）________________。

（3）向CuSO4溶液中滴加氨水会生成蓝色沉淀，再滴加氨水到沉淀刚好全部溶解可得到深蓝色溶液，继续向其中加入极性较小的乙醇可以生成深蓝色的[Cu（NH3）4]SO4·H2O沉淀。

下列说法不正确的是________（填字母）。

a．[Cu（NH3）4]SO4组成元素中电负性最大的是N元素

b．CuSO4晶体及[Cu（NH3）4]SO4·H2O中S原子的杂化方式均为sp3

c．[Cu（NH3）4]SO4所含有的化学键有离子键、极性共价键和配位键

d．NH3分子内的H—N—H键角大于H2O分子内的H—O—H键角

e．SO

的空间构型为正四面体型

f．[Cu（NH3）4]2＋中，N原子是配位原子

g．NH3分子中氮原子的轨道杂化方式为sp2杂化

（4）（2019·全国Ⅰ卷）乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，其原因是__________，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________（填“Mg2＋”或“Cu2＋”）。

[解析]　

（1）Cu2＋提供空轨道，H2O分子中的O原子提供孤电子对形成配合物[Cu（H2O）4]2＋。

（2）H2O中的O原子提供孤电子对，Cu2＋提供空轨道，所以配位键表示为

。

（3）电负性：

O>N，a不正确；S原子与4个O原子形成共价键，所以S原子采取sp3杂化，b正确；[Cu（NH3）4]SO4晶体中SO

与[Cu（NH3）4]2＋以离子键结合，NH3、SO

中含有共价键，[Cu（NH3）4]2＋含有配位键，c正确；NH3分子内N原子有1对孤电子对，H2O分子中O原子有2对孤电子对，H2O分子中孤电子对对共用电子对排斥作用大，所以H2O分子中H—O—H键角小于NH3分子中H—N—H键角，d正确；SO

中S原子以4个σ键与4个O原子结合，S采取sp3杂化，故SO

为正四正面体型，e正确。

（4）由于乙二胺的两个N可提供孤对电子给金属离子形成配位键，因此乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子；由于铜离子的半径较大且含有的空轨道多于镁离子，因此与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2＋。

[答案]　

（1）Cu2＋＋4H2O===[Cu（H2O）4]2＋　极性共价键、配位键

（2）

（3）ag　（4）乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键　Cu2＋