高中化学 专题4 第2单元第1课时 配合物的形成与空间构型教案 苏教版选修3.docx

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高中化学专题4第2单元第1课时配合物的形成与空间构型教案苏教版选修3

第1课时　配合物的形成与空间构型

[学习目标定位]　1.了解配合物的概念，能从微观角度理解配合物的组成及形成条件。

2.能利用轨道杂化理论判断及解释配合物的空间构型。

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蓝色沉淀且溶于浓氨水

（1）写出上述反应的离子方程式。

答案　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＋可表示为下图所示结构。

2．配位化合物：

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，简称配合物。

如[Cu（NH3）4]SO4、[Ag（NH3）2]OH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接受孤电子对的金属离子（或原子）。

中心原子一般都是带正电荷的阳离子，过渡金属离子最常见的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。

（2）配位体是提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。

配位体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。

配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O分子中的O原子等。

（3）配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。

如[Fe（CN）6]4－中Fe2＋的配位数为6。

（4）内界和外界：

配合物分为内界和外界，其中配离子称为内界，与内界发生电性匹配的阳离子或阴离子称为外界。

（1）形成配合物的中心原子（离子）必须存在空轨道，配位体一般都存在着孤电子对。

当配位体接近中心原子时，为了增加成键能力，中心原子用能量相近的空轨道杂化，配位体的孤电子对填到中心原子已杂化的空轨道中形成配离子。

配离子的空间构型、配位数及稳定性等主要决定于杂化轨道的数目和类型。

（2）配合物可看作盐类，若内界为阳离子，外界必为阴离子。

若内界为阴离子，外界必为阳离子。

一般情况下，外界和内界可完全电离。

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）向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu（OH）4]2－。

不考虑空间构型，[Cu（OH）4]2－的结构可用示意图表示为__________。

答案　

（1）X　

（2）N　B　

（3）

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）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。

例2

　0.01mol氯化铬（CrCl3·6H2O）在水溶液中用过量AgNO3处理，产生0.02molAgCl沉淀，此氯化铬最可能为（　　）

A．[Cr（H2O）6]Cl3

B．[Cr（H2O）5Cl]Cl2·H2O

C．[Cr（H2O）4Cl2]Cl·2H2O

D．[Cr（H2O）3Cl3]·3H2O

答案　B

解析　根据题意知，氯化铬（CrCl3·6H2O）和氯化银的物质的量之比是1∶2，根据氯离子守恒知，一个氯化铬（CrCl3·6H2O）中含有2个氯离子，剩余的1个氯离子是配位体，所以氯化铬（CrCl3·6H2O）的化学式可能为[Cr（H2O）5Cl]Cl2·H2O，故选B。

思维启迪——确定配合物化学式的基本步骤

二、配合物的空间结构

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为平面正方形构型，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”）。

分别写出其结构简式。

答案　

　　　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

抗癌活性

A

棕黄色

极性

0.2577g/100gH2O

有活性

B

淡黄色

非极性

0.0366g/100gH2O

无活性

则配合物A是顺式Pt（NH3）2Cl2，配合物B是反式Pt（NH3）2Cl2（填“反式”或“顺式”）。

（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，就能形成几种不同构型的配合物，其结构不同，性质也有差异，互为同分异构体。

2．配离子的空间构型与杂化轨道类型的关系

配离子

配位数

杂化轨道类型

空间构型

[Ag（NH3）2]＋

2

sp

直线形

[Cu（CN）3]2－

3

sp2

平面三角形

[Zn（NH3）4]2＋

4

sp3

四面体型

例3

　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

答案　C

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。

（1）在判断配合物的空间构型时，首先要确定中心原子的轨道杂化类型，结合典型实例的结构示意图再判断其空间构型。

（2）如果给定配合物的空间构型，则可推测中心原子的轨道杂化类型。

1．正误判断

（1）含有配位键的化合物就是配合物（　×　）

（2）配合物都有颜色（　×　）

（3）形成配位键可增强配合物的稳定性（　√　）

（4）根据配合物电离产生的阴、阳离子可判断其内界和外界（　√　）

（5）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．（2018·太原五中高二下学期期中）下列粒子中不存在配位键的是（　　）

A．NH

B．[Cu（H2O）4]2＋

C．CH3COOHD．[Ag（NH3）2]＋

答案　C

解析　A项，铵根离子中氢离子提供空轨道，氮原子上有孤电子对，故NH

中存在配位键；B项，[Cu（H2O）4]2＋中铜离子提供空轨道，氧原子上有孤电子对，故[Cu（H2O）4]2＋中存在配位键；D项，[Ag（NH3）2]＋中银离子提供空轨道，氮原子上有孤电子对，故[Ag（NH3）2]＋中存在配位键。

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．下列配合物的配位数是6的是（　　）

A．K2[Co（SCN）4]B．Fe（SCN）3

C．Na3[AlF6]D．[Cu（NH3）4]Cl2

答案　C

解析　K2[Co（SCN）4]中Co2＋的配位数是4；Fe（SCN）3中Fe3＋的配位数是3；Na3[AlF6]中Al3＋的配位数是6；[Cu（NH3）4]Cl2中Cu2＋的配位数是4。

5．[Zn（NH3）4]SO4中，Zn2＋与NH3以__________相结合，形成配合物的内界为__________，__________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＋是四面体构型，因此中心原子（Zn2＋）发生sp3杂化。

题组一　配合物的形成与判断

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，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＋离子中，Cu2＋提供孤电子对，NH3提供空轨道

答案　B

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分子中的氮原子提供孤电子对，Cu2＋提供空轨道。

2．下列物质不是配合物的是（　　）

A．K2[Co（SCN）4]B．Fe（SCN）3

C．CuSO4·5H2OD．NH4Cl

答案　D

解析　A项，钴离子提供空轨道、硫氰根离子提供孤电子对而形成配位键，所以该物质属于配合物；B项，铁离子提供空轨道、硫氰根离子提供孤电子对而形成配位键，所以该物质为配合物；C项，铜离子提供空轨道、水分子中氧原子提供孤电子对而形成配位键，所以该物质属于配合物；D项，铵根离子中N原子含有孤电子对，氢离子提供空轨道，形成配位键，而配合物是中心原子（或离子）提供空轨道，NH

不是配离子，所以NH4Cl不是配合物。

题组二　配合物组成的分析及判断

3．[Co（NH3）5Cl]2＋配离子，中心离子的配位数是（　　）

A．1B．2C．4D．6

答案　D

解析　[Co（NH3）5Cl]2＋中，Co3＋为中心离子提供空轨道，Cl－、NH3为配体提供孤电子对，有1个氯离子和5个氨分子作配体，配位数为6。

4．配位化合物的数量巨大，组成和结构形形色色。

配合物[Cu（NH3）4]（OH）2的中心离子、配体、中心离子的化合价和配位数分别为（　　）

A．Cu2＋、NH3、＋2、4B．Cu＋、NH3、＋1、4

C．Cu2＋、OH－、＋2、2D．Cu2＋、NH3、＋2、2

答案　A

解析　配合物[Cu（NH3）4]（OH）2中，Cu2＋为中心离子，化合价为＋2，配体为NH3，配位数为4。

5．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

答案　D

解析　配合物[Zn（NH3）4]Cl2内界有4个氨分子作配体，所以配位数为4，故A错误；配合物[Zn（NH3）4]Cl2中，配体为NH3，[Zn（NH3）4]2＋为内界，故B错误；配合物[Zn（NH3）4]Cl2中Zn2＋和NH3以配位键结合，故C错误；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，CO提供孤电子对，它们也形成配位键，故D正确。

6．关于化学式为[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

答案　C

7．向含有1mol配合物[Co（NH3）5Cl]Cl2的溶液中加入足量的AgNO3溶液，生成氯化银沉淀的物质的量是（　　）

A．0molB．1mol

C．2molD．3mol

答案　C

解析　在配合物[Co（NH3）5Cl]Cl2中，有一个氯离子在内界，有两个氯离子在外界，溶液中能与银离子反应生成沉淀的是在外界的氯离子，由此可推断1mol配合物[Co（NH3）5Cl]Cl2的溶液中加入足量的AgNO3溶液，生成氯化银沉淀的物质的量是2mol。

8．已知某紫色配合物的组成为CoCl3·5NH3·H2O，其水溶液显弱酸性，加入强碱加热至沸腾有NH3放出，同时产生Co2O3沉淀；向一定量该配合物溶液中加过量AgNO3溶液，有AgCl沉淀生成，待沉淀完全后过滤，再加过量AgNO3溶液于滤液中，无明显变化，但加热至沸腾又有AgCl沉淀生成，且第二次沉淀量为第一次沉淀量的二分之一。

则该配合物的化学式最可能为（　　）

A．[CoCl2（NH3）4]Cl·NH3·H2O

B．[Co（NH3）5（H2O）]Cl3

C．[CoCl（NH3）3（H2O）]Cl2·2NH3

D．[CoCl（NH3）5]Cl2·H2O

答案　D

解析　CoCl3·5NH3·H2O的水溶液显弱酸性，加入强碱加热至沸腾有NH3放出，说明NH3均在内界，向该配合物溶液中加AgNO3溶液，有AgCl沉淀生成，说明该配合物外界有Cl－，过滤后再加AgNO3溶液于滤液中无变化，但加热至沸腾又有AgCl沉淀生成，且第二次沉淀量为第一次沉淀量的二分之一，说明该配合物内界也含有Cl－，且外界的Cl－与内界的Cl－个数之比为2∶1。

综上分析，D项最有可能。

题组三　配合物的空间构型

9．[Ag（NH3）2]＋是直线形离子，其杂化轨道类型是（　　）

A．spB．sp2C．sp3D．dsp2

答案　A

解析　Ag＋是以空的5s、5p轨道形成sp杂化轨道，接受NH3提供的孤电子对。

10．铂的两种化合物a和b，其中a为

，b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

答案　C

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，故二者互为同分异构体；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。

11．下列说法中错误的是（　　）

A．当中心原子的配位数为6时，物质常呈八面体空间结构

B．[Ag（NH3）2]＋中Ag＋提供空轨道

C．配位数为4的配合物均为正四面体结构

D．已知[Cu（NH3）2]2＋的中心原子采用sp杂化，则它们的空间构型为直线形

答案　C

12．已知[Co（NH3）6]3＋的空间结构如图，其中数字处的小圆圈表示NH3分子，且相邻的NH3分子间的距离相等，Co3＋离子位于八面体的中心，若其中两个NH3被Cl－取代，所形成的[Co（NH3）4Cl2]－有（　　）

A．2种B．3种C．4种D．5种

答案　A

解析　该配离子的空间结构是正八面体，正八面体六个顶点的位置是对称等同的，选取其中一个取代，剩余位置有两种，所以二元取代产物也就是两种。

13．回答下列问题：

（1）[Cu（NH3）4]2＋中存在的化学键类型有____（填字母）。

A．配位键B．极性共价键

C．非极性共价键D．离子键

（2）[Cu（NH3）4]2＋具有对称的空间构型，[Cu（NH3）4]2＋中的两个NH3被两个Cl－取代，能得到两种不同结构的产物，则[Cu（NH3）4]2＋的空间构型为________。

（3）某种含Cu2＋的化合物可催化丙烯醇制备丙醛：

HOCH2CH===CH2CH3CH2CHO。

在丙烯醇分子中发生某种方式杂化的碳原子数是丙醛分子中发生同样方式杂化的碳原子数的2倍，则这类碳原子的杂化方式为____________。

答案　

（1）AB　

（2）平面正方形　（3）sp2

解析　

（1）[Cu（NH3）4]2＋中铜离子与氨分子之间的化学键是配位键，氨分子内部的化学键是极性共价键。

（3）HOCH2CH===CH2中的C原子，有一个采取sp3杂化，两个采取sp2杂化；CH3CH2CHO中的C原子有两个采取sp3杂化，一个采取sp2杂化。

14．

（1）水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子（H3O＋）。

下列对上述过程的描述不合理的是____（填字母）。

a．氧原子的杂化类型发生了改变

b．微粒的空间构型发生了改变

c．微粒的化学性质发生了改变

d．微粒中H—O—H的键角发生了改变

（2）配离子[Cu（NH3）2（H2O）2]2＋的中心离子是_____________________________________，

配位体是________，配位数为________。

（3）过渡元素钴有两种化学式均为Co（NH3）5BrSO4的配合物，且配位数均为6，它们分别溶解于水时电离出的阳离子的化学式可能为______________和____________。

鉴别两者的实验方法是分别取样并滴加______________（填化学式）溶液。

答案　

（1）a　

（2）Cu2＋　NH3、H2O　4

（3）[Co（NH3）5Br]2＋　[Co（NH3）5SO4]＋BaCl2（或AgNO3）

解析　

（1）H2O分子中氧原子采取sp3杂化形成4个杂化轨道，孤电子对占据2个sp3杂化轨道，由于孤电子对的排斥作用使水分子为V形；H3O＋中氧原子采取sp3杂化形成4个杂化轨道，孤电子对占据1个sp3杂化轨道，由于孤电子对的排斥作用，使H3O＋为三角锥型。

因此H2O与H3O＋的键角不同，微粒的空间构型不同。

H2O和H3O＋结构不同，化学性质不同。

（2）由书写形式可以看出其中心离子是Cu2＋，配位体是H2O、NH3，配位数为4。

（3）由配合物配位数均为6可知溶于水电离出的阳离子可能是[Co（NH3）5Br]2＋和[Co（NH3）5SO4]＋，可根据外界离子进行鉴别。

15．（2018·云南昭通模拟）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1mol，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3mol、2mol、1mol和1mol。

（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）CoCl3·4NH3（绿色）和CoCl3·4NH3（紫色）的组成相同而颜色不同的原因是_______________。

（3）上述配合物中，中心离子的配位数都是__________。

答案　

（1）[Co（NH3）6]Cl3　[Co（NH3）5Cl]Cl2　[Co（NH3）4Cl2]Cl　

（2）它们互为同分异构体　（3）6

解析　沉淀的物质的量为3mol、2mol、1mol和1mol，可知物质的量分别为1mol的四种配合物，能电离出来的Cl－即外界Cl－的物质的量分别为3mol、2mol、1mol、1mol，故它们的化学式分别为[Co（NH3）6]Cl3、[Co（NH3）5Cl]Cl2、[Co（NH3）4Cl2]Cl、[Co（NH3）4Cl2]Cl。