（选必2）3.4 配合物与超分子（教案2）

skybamboo · 发表于 4 天前

第三章晶体结构与性质

第四节配合物与超分子

本节课能够了解配位键的特点，认识简单的配合物的成键特征，认识配合物的存在与应用。在此基础上了解人类探索物质结构的过程，能够从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义。认同“物质结构的探索是无止境的”观点。培养学生的科学精神与社会责任的化学核心素养。

课程目标

学科素养

1、通过熟悉的无水硫酸铜与其溶液颜色不同这一现象，认识配位键的特征，并能与共价键进行简单比较。
2、在配位键的基础上，认识配合物的存在、结构特点及常见配合物的制取等。
3、了解超分子与分子的区别、超分子的简单应用。

宏观辨识与微观辨析：能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法；能判断常见的配合物。

证据推理与模型认知：能利用配合物的性质去推测配合物的组成，从而形成“结构决定性质”的认知模型。

科学精神与社会责任：学习超分子，提升学生的科学精神与社会责任。

教学重点：配位键、配合物的概念，形成条件和组成
教学难点：配位键、配合物的概念，形成条件和组成

多媒体调试、讲义分发

无水硫酸铜是白色的,但CuSO4·5H2O晶体却是蓝色的，这是为什么呢?
【实验3-2】

固体	(1)CuSO4 (2)CuCl (3)CuBr2 (4)NaCl (5)K2SO4 (6)KBr 白色绿色深褐色白色白色白色
哪些溶液呈天蓝色	(1)、(2)、(3)
实验说明什么离子呈天蓝色，什么离子没有颜色	溶液呈天蓝色是由阳离子Cu2+引起的，SO42-、Cl-、Br-、Na+、K+在溶液中均无色

【讲解】
实验证明，上述实验中呈蓝色的物质是水合铜离子，可表示为[Cu(H2O)4]2+ ，叫做四水合铜离子。
【过渡】
我们学过的的化学键有共价键、离子键、金属键，那么它们的结合是什么键？Cu2+与H2O是如何结合成[Cu(H2O)4]2+的呢？
【学生活动】
讨论回答
【讲解】
1.配位键
(1)配位键定义：成键原子或离子一方提供空轨道，另一方提供孤电子对而形成的，这类“电子对给予-接受”键被称为配位键。
(2)基本概念：
①中心原子（离子）：提供空轨道，接受孤电子对。通常是过渡元素的原子或离子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。
②配位体：提供孤电子对的离子或分子，如分子CO、NH3、H2O等，阴离子F-、CN-、CI-等。配位原子必须有孤电子对。
③配位数：直接同中心原子（离子）配位的分子或离子的数目叫中心原子（离子）的配位数。
(3)配位键的形成条件
①成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。
②成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。

配位键同样具有饱和性和方向性。

一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。

(5)配位键的表示：

(电子对给予体)A→B(电子对接受体)或A—B。例如H3O+

2、配合物(2)组成：配合物由中心离子或原子（提供空轨道）和配体（提供孤电子对）组成，分为内界和外界，以[Cu(NH3)4]SO4为例。
【讲解】
展示[Cu(NH3)4]SO4的组成部分。

【实验探究】
【实验3-3】制取[Cu(NH3)4](OH)2

实验操作	实验现象	实验结论
向盛有4mL 0.1mol/L CuSO4溶液的试管里滴加几滴1 mol/L 氨水	形成难溶物	Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+
继续添加氨水并振荡试管	难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液	Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2
再向试管中加入极性较小的溶剂(如加入8 mL 95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦试管壁	析出深蓝色晶体	深蓝色晶体为[Cu(NH3)4]SO4·H2O，说明该配合物在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度

【实验结论】
实验证明，无论在得到的深蓝色透明溶液中，还是在析出的深蓝色的晶体中，深蓝色都是由于存在 [Cu(NH3)4]2+，它是Cu2+的另一种常见配离子，中心离子仍然是Cu2+，而配体是NH3，配位数为4。
【实验3-4】制取 Fe(SCN)3

实验操作：向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液（或任何含Fe3+的溶液）的试管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化钾(KSCN)溶液。
实验现象：溶液变为红色。
应用：
①利用硫氰化铁配离子的颜色，可鉴定溶液中存在Fe3+，又由于该离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术表演。
【实验3-5】制取 [Ag(NH3)2]Cl

实验操作	①向盛有少量0.1 mol/L NaCl溶液的试管里滴几滴0.1 mol/L AgNO3溶液，产生难溶于水的白色的AgCl沉淀； ②再滴入1 mol/L 氨水，振荡。
实验现象	①得到白色沉淀 ②沉淀溶解，得到澄清的无色溶液
实验结论	①Ag+ + Cl- = AgCl↓ ②AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl

3、配合物的形成对性质的影响
(1)对溶解性的影响：一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含过量的OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中，形成可溶性的配合物。
(2)颜色的改变：当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。
(3)稳定性增强：
①配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。
②许多过渡金属元素的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。
③当作为中心离子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。例如，血红素中的Fe2+与CO分子形成的配位键比Fe2+与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2+与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。
【讲解】

配合物的应用

在人和动物体内起输送氧气作用的血红素，是Fe的配合物。

配合物在生产和科学技术方面的应用也很广泛，例如，在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。

【知识拓展】
叶绿素、血红蛋白
5、超分子
(1)定义：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聚集体称为超分子。超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
(2)特性：
①分子间相互作用：通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
②分子聚集体大小：分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
【讲解】
应用实例—分子识别

（1）分离C60和C70

冠醚识别碱金属离子。不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子。

冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子
【知识拓展】
研究超分子的化学叫超分子化学，是一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新兴学科。它的研究领域包括环状配体组成的主客体体系；有序的分子聚集体；由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。应用也很广，在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景。超分子化学的发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C60等）的发展密切相连，而且与分子自组装（双分子膜、胶束、DNA双螺旋等）、分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。
【课堂小结】

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. 中的提供空轨道，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、医药科学、催化反应和材料化学等领域都有广泛的应用

【答案】B

【解析】

A.配合物中一定含有配位键，故A正确；B.配位化合物中不仅含有配位键，还含有共价键等，故B错误；C.中的提供空轨道，中的O原子提供孤对电子，两者结合形成配位键，故C正确；D.配位化合物在半导体等尖端技术、医药科学、催化反应和材料化学等领域都有广泛的应用，故D正确。

下列关于超分子的叙述中正确的是

A. 超分子就是高分子B. 超分子都是无限伸展的C. 形成超分子的微粒都是分子D. 超分子具有分子识别和自组装的特征

【答案】D

【解析】

A.超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，有的是高分子，有的不是，故A错误；B.超分子这种分子聚集体有的是无限伸展的，有的的是有限的，故B错误；C.形成超分子的微粒也包括离子，故C错误；D.超分子的特征是分子识别和自组装，故D正确。

下列说法错误的是

A. 在和中都存在配位键B. 是极性分子，分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央C. 、、、都是极性分子D. 向含有的水溶液中加入足量溶液只能生成沉淀

【答案】C

【解析】

A.在中存在一个氮氢键为配位键，中铜原子与氮原子间存在配位键，故A正确；B.是极性分子，分子结构为V形，O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央，故B正确；C.、都是极性分子，、为非极性分子，故C错误；D.向含有的水溶液中加入足量溶液，外界的氯离子能反应，则生成沉淀，故D正确。

许多过渡金属离子对多种配体有很强的结合力，能形成多种配合物。下列说法正确的是

A. 向配合物的溶液中加入足量的溶液，所有的均被沉淀B. 配合物常温下呈液态，易溶于、苯等有机溶剂C. 配合物的配体为和D. 配合物的配位数为6

【答案】B

【解析】

A.向配合物的溶液中加入足量的溶液，外界的能被沉淀，内界的氯离子不能反应，故A错误；B.配合物常温下呈液态，为非极性分子，易溶于、苯等有机溶剂，故B正确；C.配合物的配体为，为外界，不是配体，故C错误；D.配合物的配体为氨分子，则配位数为2，故D错误。

如图所示，a为乙二胺四乙酸，易与金属离子形成螯合物，b为EDTA与形成的螯合物。下列叙述正确的是 ab

A. a和b中N原子均采取杂化 B. b中的配位数为4C. a中配位原子是C原子 D. b中含有离子键和配位键

【答案】A

【解析】

A.a中氮原子形成3个键，还有一对孤电子对，b中氮原子形成4个键其中有一个配位键，N原子均采取杂化，故A正确；B.由图可知，b中的配位数为6，故B错误；C.a中不存在配位键，故C错误；D.b中不含有离子键，故D错误。

若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是

A. X、Y只能是离子B. 若X提供空轨道，则配位键表示为C. X、Y分别为、时，作配体D. 若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对

【答案】D

【解析】略

下列物质：中存在配位键的是

A. B. C. D.

【答案】B

【解析】略

下列关于超分子和配合物的叙述不正确的是

A. 利用超分子的分子识别特征，可以分离和B. 配合物中只含配位键C. 中提供空轨道，中氧原子提供孤对电子，从而形成配位键D. 配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应用

【答案】B

【解析】

A.利用超分子的分子识别特征，可以分离和，A正确；

B.配位化合物中不一定只含有配位键，可能含有共价键、离子键，如

，B错误；
C.配离子中中心原子提供空轨道，配体提供孤电子对，所以

中的

提供空轨道，

中的O原子提供孤对电子，两者结合形成配位键，C正确；
D.配合物的应用：

生命体中，许多酶与金属离子的配合物有关；

科学研究和生产实践：进行溶解、沉淀或萃取等操作来达到分离提纯、分析检测等目的，D正确；
故选B。

铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途。一金属铜用来制造电线电缆，超细铜粉可应用于导电材料、催化剂等领域中；CuCl和都是重要的化工原料，常用作催化剂、颜料、防腐剂和消毒剂等。超细铜粉的某制备方法如下：中的配体是_________________。

氯化亚铜

的制备过程：向

溶液中通入一定量

，微热，反应一段时间后即生成CuCl白色沉淀，反应的离子方程式为___________________________________。

二

波尔多液是一种杀菌剂，广泛应用于树木和花卉上，蓝色的胆矾是配制波尔多液的主要原料。

与铜同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铜原子相同的元素有
_________

填元素符号

。

往浓

溶液中加入过量较浓的

，直到生成的沉淀恰好溶解为止，得到深蓝色溶液。小心加入约和溶液等体积的

并使之分成两层。经过一段时间后可观察到在两层“交界处”下部析出深蓝色晶体，该晶体是________

写化学式

；实验中所加

的作用是________________________________。

晶体中呈正四面体的粒子是_______，杂化轨道类型是

的原子是_______。

【答案】一

二

、Cr

减小“溶剂”的极性，降低溶质溶解度

N、S、O

【解析】略

氮化硼晶体是一种新型无机合成材料。用硼砂和尿素反应可以得到氮化硼：。根据要求回答下列问题：

组成反应物的所有元素中，第一电离能最大的是______

填元素符号

。

尿素分子

中

键与

键数目之比为______。

一定条件下尿素分子可形成六角形超分子

结构如图所示

。超分子中尿素分子间主要通过______结合。

图示超分子的纵轴方向有一“通道”。直链烷烃分子刚好能进入通道，并形成超分子的包合物；支链烷烃因含有侧链，空间体积较大而无法进入“通道”。利用这一性质可以实现直链烷烃和支链烷烃的分离。

直链烷烃分子进入“通道”时，通过______与超分子结合，从而形成超分子包合物。

下列物质可以通过尿素超分子进行分离的是______

填标号

。
A.乙烷和丁烷

丁烷和异丁烷

异戊烷和新戊烷

氯化钠和氯化钾

【答案】：7 氢键范德华力

【解析】

同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势；同主族元素从上到下，第一电离能逐渐减小，又由于第ⅡA族、第VA族元素的第一电离能反常，故，所以组成反应物的所有元素中，N元素第一电离能最大。

尿素分子内只含一个双键，即只含一个

键，

键数目为7，二者数目之比为1：7。

由于存在的微粒为分子，应从分子间作用力方面考虑，H与N相连，且分子内还含有极性较强的碳氧双键，可以想到分子间可形成氢键。

微粒为烷烃分子，不具备形成分子间氢键的条件，故作用力为范德华力。

不含支链的烷烃分子可进入“通道”，含有支链的烷烃分子不能进入“通道”。乙烷和丁烷都不含支链，不可分离；丁烷不含支链，异丁烷含有支链，可以分离；异戊烷和新戊烷都含有支链，不可分离；氯化钠和氯化钾均以离子形式存在，不可分离。

通过本节课学习，认识配位键、配合物及其结构特点及常见配合物的制取。能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法，培养学生宏观辨识与微观辨析的科学素养。能利用配合物的性质去推测配合物的组成，从而形成“结构决定性质”的认知模型。通过学习超分子，提升学生的科学精神与社会责任。

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