第二单元 配合物是如何形成的

专题4:分子空间结构与物质性质第二单元配合物是如何形成的2020年2月24日星期W配合物在生活、生产和科技等方面都具有十分重要的应用：在植物生长中起光合作用的叶绿素，是一种含镁的配合物；人和动物血液中起着输送氧作用的血红素，是一种含有亚铁的配合物；维生素B12是一种含钴的配合物；人体内各种酶（生物催化剂）的分子几乎都含有以配合状态存在的金属元素。化工生产、污水处理、汽车尾气处理、模拟生物固氮都需要一些特殊性能的配合物作催化剂。【实验1】取5ml饱和硫酸铜溶液于试管中，向其中逐滴滴入浓氨水，振荡，观察实验现象。【实验2】取5ml饱和硝酸铜、氯化铜溶液于试管中，向其中逐滴滴入浓氨水，振荡，观察实验现象。Cu2++2NH3•H2O==Cu（OH）2+2NH4+蓝色沉淀深蓝色溶液(1)先有蓝色沉淀生成：【实验1现象】(2)后沉淀溶解生成深蓝色溶液：(氢氧化铜溶解于足量氨水，反应生成了新物质。)Cu(OH)2+4NH3.H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O【实验2现象】与实验1现象相同2+CuNH3H3NNH3NH3[Cu(NH3)4]2+的结构简式为：研究表明，在硫酸铜溶液滴入氨水,溶液中形成了一种深蓝色的复杂离子----[Cu(NH3)4]2+。在[Cu(NH3)4]2+中，Cu2+位于[Cu(NH3)4]2+的中心，4个NH3分子位于Cu2+的四周。比较H++NH3=NH4+Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+请你提出Cu2+与NH3分子结合生成的[Cu(NH3)4]2+的设想。在水溶液中，Cu2+和NH3是怎样结合成[Cu(NH3)4]2+的呢？在水溶液中，铜离子与氨分子之间的化学键是由氨分子中的N原子提供的孤对电子对进入铜离子的空轨道，铜离子与氨分子中的N原子通过共用N原子提供的孤电子对形成配位键。[FeF6]3-[Fe(SCN)]2+[Fe(CN)6]3-[Cu(NH3)4]2+[AlF6]3-[Ag(NH3)2]+配合物:由提供孤电子对的配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称为配位化合物简称配合物。1．定义例如:2、配合物的组成从溶液中析出配合物时，配离子经常与带有相反电荷的其他离子结合成盐，这类盐称为配盐。配盐的组成可以划分为内界和外界。配离子属于内界，配离子以外的其他离子属于外界。内、外界之间以离子键结合。外界离子所带电荷总数等于配离子的电荷数。配位体中心原子配位数[Zn(NH3)4]SO4外界内界中心原子：通常是金属元素（离子和原子），少数是非金属元素，例如：Cu2+，Ag+，Fe3+，Fe，Ni，B(Ⅲ)，P(Ⅴ)……配位体：含孤电子对的分子和离子。如：F－，Cl－，Br－，I－，OH－，CN－，H2O，NH3，CO…配位原子：具有孤电子对的原子。如：N、O、F、Cl、S等。配合物内界外界中心原子(离子)配位体配位数[Ag(NH3)2]OHNa3[AlF6][Co(NH3)5Cl]Cl2[Ag(NH3)2]+OH-Ag+NH32[AlF6]3-Na+Al3+F-6[Co(NH3)5Cl]2+Cl-Co3+Cl-61、完成下列空格课堂练习课本P70问题解决1请根据[Zn(NH3)4]2+中配位键的形成，总结配位键的形成的条件。配位键形成的条件：一个原子有孤电子对，另一个原子有接受孤电子对的空轨道。在Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、H2O、NH3、F-、CN-、CO中，哪些可以作为中心原子？哪些可以作为配位体？中心原子：Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+配位体：H2O、NH3、F-、CN-、CO课本P70问题解决2现有两种配合物晶体[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2，一种为橙黄色，另一种为紫红色。请设计实验方案将这两种配合物区别开来。提示：先写出两者的电离方程式进行比较。课本P70问题解决3两者在水中发生电离：[Co(NH3)6]Cl3=[Co(NH3)6]3++3Cl-[Co(NH3)5Cl]Cl2=[Co(NH3)5Cl]2++2Cl-比较可知：两者电离出的Cl-的量不同，设计实验时可从这一条件入手，加Ag+沉淀Cl-，然后测量所得沉淀量就可加以区别。提供1molCl－，[Co(NH3)6]Cl3需89.2g，[Co(NH3)5Cl]Cl2需125.3g实验方案：1、称取相同物质的量的两种晶体，分别配成溶液。2、向两种溶液中加入足量的AgNO3溶液。3、静置，过滤。4、洗涤沉淀，干燥5、称量。结果：所得固体质量多的即为[Co(NH3)6]Cl3，所得固体质量少的即为[Co(NH3)5Cl]Cl2。原子在形成分子时，为了增强成键能力，使分子的稳定性增加，趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新原子轨道。这种重新组合称为杂化；杂化后的原子轨道称为杂化轨道。复习回忆（1）只有能量相近的轨道才能相互杂化。（2）形成的杂化轨道数目等于参加杂化的原子轨道数目。（3）杂化轨道成键能力大于原来的原子轨道。因为杂化轨道的形状变成一头大一头小了，用大的一头与其他原子的轨道重叠，重叠部分显然会增大。关于杂化轨道的注意点配合物的配位键的成键情况配位数为2的配合物：SP杂化[AgCl2]-、[Cu(NH3)2]+、[CuCl2]-、[Ag(CN)2]-二.配合物的结构和性质333配位数为4的配合物sp3杂化：四面体构型dsp2杂化：平面正方形构型[Zn(NH3)4]2+的成键情况和空间结构Zn2+形成sp3杂化轨道，接受4个NH3分子提供的孤电子对形成4个配位键，得到正四面体型的[Zn(NH3)4]2+。4s4p3dZn2+3dNH3[Ni(CN)4]2-的成键情况和空间结构Ni2+形成dsp2杂化轨道，接受4个CN-离子提供的孤电子对，形成平面正方形的[Ni(CN)4]2-。4s4p3dNi2+3dCN-配位数为6的配合物d2sp3杂化：八面体构型sp3d2杂化：八面体构型Fe3+3d4s4p[Fe(CN)6]3-的成键情况和空间结构Fe3+形成d2sp3杂化轨道，接受6个CN-离子提供的孤电子对，形成八面体3dCN-Fe3+3d4s4p[FeF6]3-的成键情况和空间结构3dF-Fe3+形成sp3d2杂化轨道，接受6个F-离子提供的孤电子对，形成八面体常见离子的配位数配位数中心离子2Ag+，Cu2+，Au+4Zn2+，Cu2+，Hg2+，Ni2+，Co2+，Pt2+，Pd2+，Si4+，Ba2+6Fe2+，Fe3+，Co2+，Co3+，Cr3+，Pt4+，Pd4+，Al3+，Si4+，Ca2+价键理论的要点1在配合物形成时，由配体提供的孤对电子进入中心离子(原子)空的价电子轨道，形成配位键。2为了形成结构均匀的配合物，中心离子(原子)采取杂化轨道与配体成键。3杂化轨道的类型决定了配合物的几何构型配合物的空间构型配位数杂化轨道空间构型实例2SP直线型[Ag(NH3)2]+、[Cu(NH3)2]+、[Cu(CN)2]-3sp2平面三角形[HgI3]-、[CuCl3]2-4sp3四面体[Zn(NH3)4]22+[CrO4]2-[BF4]-[Ni(CO)4]2+[Zn(CN)4]2-dsp2平面四边[Ni(CN)4]2-[Cu(NH3)4]2+Pt(NH3)2Cl26d2sp3或sp3d2正八面体[Fe(CN)6]4-[AlF6]3-[FeF5]3-配合物的立体结构和异构现象配合物的异构现象：配合物化学组成相同，但原子间连接方式或空间排列方式不同而引起配合物结构性质不同的现象。配合物的立体结构和异构现象结构异构立体异构对映异构几何异构配体在中心原子周围的几何位置不同。若分子与其镜像不能重叠，则该分子与其镜像互为对映异构体。所有组成相同而配合物（包括络离子）结构不同的异构现象都可统称为结构异构。含有两种或两种以上配位体的配合物，若配合物在空间排列方式不同，就能形成不同几何构型的配合物。如Pt(NH3)2Cl2什么叫顺反异构体？PtClH3NH3NCl反式PtClH3NNH3Cl顺式（极性）（非极性）配合物的立体结构和异构现象结构异构例如：有三种组成相同的水合氯化铬晶体，都可用CrCl3·6H2O表示其组成，它们的颜色不同，大量实验证明，这是由于它们所含离子是不同的，分别为[Cr(H2O)6]Cl3(紫色)、[CrCl(H2O)5]Cl2·H2O（灰绿色）、[CrCl2(H2O)4]Cl·(H2O)2（深绿色）。它们的组成相同，是异构体。配合物的应用【实验1】(1)在5﹪的硝酸银溶液中逐滴加入2mol·L-1氨水,直至生成的沉淀恰好全部溶解为止,制得银氨溶液。取银氨溶液5mL于试管A中加入10﹪的葡萄糖,将试管放在盛水的烧杯中缓慢加热,静置片刻。(2)用5﹪的硝酸银溶液代替银氨溶液,重复上述实验。【实验2】向一支试管中加入3mL2﹪的氯化铁溶液,再滴入2～3滴的硫氰化钾(KSCN)溶液,观察实验现象。【实验3】在两支试管中分别加入2mL5﹪的硫酸铜和5﹪的硫酸铁的混合溶液,向一支试管中滴加10﹪的氢氧化钠溶液,向另一支试管中滴加浓氨水,观察实验现象。Ag++NH3·H2O=AgOH↓+NH4+AgOH+2NH3·H2O=[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O实验1现象：⑵溶液变黑，出现黑色的颗粒沉淀。⑴试管出现光亮的银镜。CH2OH(CHOH)4CHO+2[Ag(NH3)2]++2OH-CH2OH(CHOH)4COO-+NH4++2Ag↓+3NH3+H2O△实验2现象：溶液变成血红色。Fe3++SCN-==[Fe(SCN)]2+实验3现象：Fe3+Cu2+NH3·H2O[Cu(NH3)4]2+(深蓝色溶液)Fe(OH)3(红褐色沉淀)配合物在许多方面有广泛的应用在实验研究中，常用形成配合物的方法来检验金属离子、分离物质、定量测定物质的组成。在生产中，配合物被广泛应用于染色、电镀、硬水软化、金属冶炼领域。在许多尖端领域如激光材料、超导材料、抗癌药物的研究、催化剂的研制等方面，配合物发挥着越来越大的作用。1.离子鉴定：用KSCN:Fe3+→[Fe(SCN)]2+（血红）用[Fe(CN)6]3-：Zn2+→Zn3[Fe(CN)6]2↓（黄色）Fe2+→[KFe(CN)6Fe]X↓（深蓝）用[Fe(CN)6]4-：Fe3+→[KFe(CN)6Fe]X↓（深蓝）2.离子分离：3.定量、定性测定物质的组成4.应用于染色、电镀、硬水软化、金属冶炼等领域乙烯催化氧化制乙醛HClHCPdHClPdClHC2])([22222342242CHOCHOCHCHHClCuClPdCl322222222催化机理HClPdCHOCHOHClHCPd622])(2322342室温下CuClPdClCuClPd2222OHCuClHClOCuCl2222444工业催化中的应用冶金电镀中的应用高纯度金属制备（Fe,Ni,Co）OHCNAuOHOCNAu4])([4284222)()(55473,20)(gCOFeCOFeKMPa低纯贵金属的提取242])([2])([2CNZnAuZnCNAu)(55)()(高纯FeCOgCOFe阅读P73~74配合物在生命体中的作用药物中的配合物配合物与生物固氮叶绿素配合物在生命体中的作用血红素医药行业治癌药物顺铂[Pt(NH3)2Cl2]生物大分子（有抗癌活性）（无抗癌活性）药物中的配合物配合物与生物固氮合氮酶中Fe-Mo中心结构示意图将大气中游离态氮转化为化合态氮的过程叫氮的固定(2)Au+HNO3+4HCl==H[AuCl4]+NO↑+2H2O3Pt+4HNO3+18HCl==3H2[PtCl6]+4NO↑+8H2O课本P76习题第5题(1)FeCl3+3KSCN==3KCl+Fe(SCN)3[Fe(SCN)](SCN)2Na[Na4P3O10]+Mg2+==Na[Na2Mg