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1、第四节第四节 配合物与超分子配合物与超分子第三章第三章 晶体晶体结构和性质结构和性质思考1.观察下列溶液的颜色，有什么规律？CuSO4溶液CuCl2溶液CuBr2溶液K2SO4溶液无色NaCl溶液无色KBr溶液无色观察下列物质的颜色CuSO4溶液CuCl2溶液CuBr2溶液蓝色蓝色蓝色CuSO4晶体CuCl2晶体CuBr2晶体白色棕色深褐色CuSO45H2O晶体CuCl22H2O晶体蓝色绿色五水合硫酸铜也显蓝色理论解释：Cu2+与水结合显蓝色观察下列物质的颜色高中化学配合物的理论知识配合物的理论知识孤电子对OHH配体中心离子Cu2+（具有空轨道）Cu2+OH2H2OH2OH2O配位键Cu2+与
2、H2O结合显蓝色，它们是怎么结合的？Cu2+4H2O Cu(H2O)42+四水合铜离子Cu2+的价层电子排布图Cu(H2O)42+的形成激发杂化H2OH2OH2OH2O中心原子中心原子CuCu2+2+为为dsp2杂化杂化Cu(H2O)42+平面正方形配位键 3d、4s和4p能级上有四个空轨道孤电子对CuCu2+2+4H+4H2 2O O Cu(HCu(H2 2O)O)4 42+2+拓展分析 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”键被称为配位键高中化学了解更多的配合物了解更多的配合物四氨合铜离子CuNH3NH3H3NNH32+SO4Cu(NH3)4SO
3、4 硫酸四氨合铜配体：NH32-Cu(OH)2+4NH3 Cu(NH3)4(OH)2Cu2+2NH3H2O Cu(OH)2+2NH4+形成条件：一方提供空轨道，一方提供孤电子对能提供孤电子对的微粒:NH3、H2O、HF、CO、X、OH、CN、SCN等能提供空轨道的离子或原子：H+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Fe、Ni等一、配位键 配位键是一种特殊的共价键，属于键，具有方向性和饱和性，多数过渡金属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个配位键等表示方法：(A提供孤电子对)ABAB(B B提提供空轨道供空轨道)电子对给予体定义：通常把金属离子或原子(
4、称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称 为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物二、配合物 配合物的组成：一般由内界和外界构成，内界由中心离子（或原子）、配体 构成，外界是带异号电荷的离子Cu(NH3)4 SO4配离子(内界)中心离子配体配位数离子(外界)对于配合物，外界在水溶液中易电离，但内界却难电离思考2：NH4中存在配位键，那么NH4Cl是否属于 配位化合物？含配位键的化合物不一定是配合物配合物内界外界中心离子或原子配体配位数Ag(NH3)2OH氢氧化二氨合银K3Fe(CN)6六氰合铁酸钾Co(NH3)5ClCl2Ni(CO)4四羰基镍请根据给出的配合物完成下表Ag(NH
5、3)2OH-Ag+NH32Fe(CN)63KFe3CN6Co(NH3)5Cl2ClCo3NH3、Cl6Ni(CO)4无NiCO4思考与讨论特别提醒：1.有些配合物没有外界；如 Ni(CO)4 、Fe(CO)52.配位体可以是离子或分子，可以有一种或同时存在多种3.配位数通常为2、4、6、8这样的偶数练习 1molCo(NH3)5ClCl2可与 molAgNO3恰好完全反应生成AgCl沉淀三、配合物的形成对性质的影响 (1)溶解性 一些难溶于水的金属氢氧化物、卤化物、氰化物，可溶解于氨水 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如：Al(OH)3+
6、NaOH=NaAl(OH)4加NaCl溶液逐滴加氨水AgNO3溶液AgCl沉淀沉淀消失，得澄清的无色溶液Ag+Cl-=AgClAgCl+2NH3=Ag(NH3)2Cl二氨合银离子课本P97实验3-5课本P97实验3-5课本P96 实验3-3 反应：Cu2+2NH3H2O=Cu(OH)2+2NH4+反应：Cu(OH)2+4NH3=Cu(NH3)4(OH)2 深蓝色溶液Cu(NH3)42+SO42-+H2O Cu(NH3)4SO4H2O乙醇反应：硫酸四氨合铜晶体 Cu(H2O)42+Cu(NH3)42+Cu(OH)2配位键的强弱有大有小，有的配合物很稳定，有的很不稳定通常情况，较稳定的配合物可以转
7、化为稳定性更强的配合物思考3：从结构角度分析为什么Cu2+与NH3形成的配位键比Cu2+与H2O形成的配位键强？H2O、NH3同为中性分子，但电负性NO，N比O更容易给出孤电子对，与Cu2形成的配位键更强课本P96实验3-3 (2)颜色的改变当简单离子形成配合离子时，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如:Fe3与SCN形成硫氰化铁配离子，其溶液显红色。硫氰化钾(KSCN)溶液溶液变为血红色FeCl3溶液棕黄色课本P97实验3-4 n=16，随SCN-的浓度而异实验原理FeFe3+3+SCN+SCN-Fe(SCN)Fe(SCN)2+2+
8、Fe(SCN)Fe(SCN)2+2+SCN+SCN-Fe(SCN)Fe(SCN)2 2+Fe(SCN)Fe(SCN)5 52-+SCN+SCN-Fe(SCN)Fe(SCN)6 63-FeFe3 3+n nSCNSCN-Fe(SCN)Fe(SCN)n n 3-n3-n应用：用于鉴别溶液中存在Fe3+；硫氰化铁配离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术配合物的形成对性质的影响 叶绿素固氮酶血红蛋白维生素B12电镀王水溶金照相技术定影助熔剂抗癌药物顺铂污水处理汽车尾气净化激光材料超导材料在生命体中的应用在生产生活中的应用其他领域在医药中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
9、合物在生产和科学技术方面的应用也很广泛.例：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。配合物的应用氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。核酸的双螺旋结构是靠氢键来保持的（一）定义分子分子是是广义的广义的，包括离子包括离子。三、超分子 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。（三）（三）大小大小 有的是有限的有的是有限的 有的是无限伸展的有的是无限伸展的（二）（二）作用力：主要是作用力：主要是静电作用静电作用、范德华力和氢键、疏水作用范德华力和氢键、疏水作用等等(1)“杯酚”分离 C60 和
10、 C70 C60 C70这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别”。(四）超分子的特征杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别1.分子识别分子识别：(2)“冠醚”识别碱金属离子冠醚定义：分子中含有多个-氧-亚甲基(CH2)-结构单元的大环多醚。15-冠-5冠醚名称的含义12-冠-4C 原子：8 O 原子：4环上总原子数：8+4=12C 原子：10 O 原子：5环上总原子数：10+5=151.分子识别分子识别：冠醚冠醚冠醚空腔直径冠醚空腔直径/pm适合的粒子（直径适合的粒子（直径/pm）12-冠冠-415-冠冠-518-冠冠-621-冠冠-71201501702202603
11、20340430Li+（152）Na+（204）Rb+（304）Cs+（334）思考：K+直径为276 pm，应该选择哪种冠醚呢？冠醚特点：是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与阳离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子,从而实现选择性结合。(2)“冠醚冠醚”识别识别碱金属离子碱金属离子1.分子识别分子识别：18-冠-6冠醚环的大小与金属离子匹配，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。应用举例：相转移催化剂问题背景：高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，从而褪色。但是高锰酸钾易溶于水，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。
12、甲苯甲苯K K+MnOMnO4 4冠醚识别碱金属离子的应用溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应甲苯中冠醚的浓度褪色时间30 g/L5 min不褪色60 g/L5 min明显褪色120 g/L4.5 min明显褪色甲苯甲苯K K+MnOMnO4 4MnOMnO4 4水层水层“杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状结构异曲同工，且尺寸可控。1987年，诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作，这是人类在操控分子方面迈出的重要一步。超分子方面的诺贝尔奖资料卡片 2.自组装四、超分子的特征超分子组装的过程称为分子自组装，自组装过程是使超分子产生高
13、度有序的过程。细胞膜的组成细胞和细胞器的双分子膜细胞膜细胞膜两侧为水溶液，两侧为水溶液，水是极性分水是极性分子子，而构成膜的两性分子的，而构成膜的两性分子的头基是头基是极性基团极性基团而而尾基是非极性基团尾基是非极性基团。头头基为亲水基团基为亲水基团，头部会朝向水溶液头部会朝向水溶液一侧，从而实现自组装一侧，从而实现自组装。P54超分子的自组装示例1 表面活性剂“两亲分子”：一端为亲水基团，另一端为疏水基团低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层 高浓度时，在溶液中形成胶束 超分子的自组装示例22020年，我国博士后王振元：潜心创新，成功开发出超分子生物催化技术，打破了国外巨头在化妆品高端原料市场
14、的垄断地位。通过对超分子研究，人们可以模拟生物系统，复制出一些新材料，如：新催化剂、新药物、分子器件、生物传感器等功能材料。【超分子化学超分子化学】含义：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。应用：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。资料卡片 1.正误判断(1)配位键实质上是一种特殊的共价键()(2)提供孤电子对的微粒既可以是分子，也可以是离子()(3)有配位键的化合物就是配位化合物()(4)配位化合物都很稳定()(5)Ni(CO)4是配合物，它是由中心原子与配体构成的()2(1)Zn的氯化物与氨水
15、反应可形成配合物Zn(NH3)4Cl2，1 mol该配合物中含有 键的数目为_。(2)关于配合物Zn(NH3)4Cl2的说法正确的是_。A配位数为6 B配体为NH3和Cl CZn(NH3)42为内界 DZn2和NH3以离子键结合4 4配位键162023.01选考真题12：共价化合物Al2Cl6中所有原子均满足8电子稳定结构，一定条件下可发生反应：Al2Cl6+2NH3=2Al(NH3)Cl3，下列说法不正确的是A.Al2Cl6的结构式为 B.Al2Cl6为非极性分子 C.该反应中NH3配位能力大于Cl D.Al2Br6比Al2Cl6更难与NH3发生反应思考思考问题问题0.1 mol/L CuC
16、l2溶液2 mol/L CuCl2溶液蓝色蓝绿色溶液浓度变化为什么会导致色调变化？高中化学资料：Cu2+与Cl-可以形成一系列配合物，在水溶 液中，作为配体的Cl-可以多至4个。在Cl-的浓度极高时,形成的CuCl4 2-呈黄色。颜色叠加：蓝 黄 绿。CuClClClCl2-四氯合铜酸根配体：Cl-中心离子：Cu2+配位数：4CuCl 也是配离子 含配阴离子的化合物 配合物还可能是中性分子42-高中化学c(CuCl2)0.1 mol/L 0.1 mol/L 0.1 mol/L 0.1 mol/Lc(NaCl)0 mol/L2 mol/L6 mol/L饱和颜色含0.1 mol/L Cu2+的溶液中，Cl-的浓度越高，配位的Cl-越多，颜色越偏绿色，直至黄绿色解决问题
