师:同学们好,今天我们来学习高二人教版化学选择性必修2第三章晶体结构与性质复习第三课时——配合物与超分子。
本节课的学习目标有三点:一是知道配位键的特点,认识简单配位化合物的成键特点,能举例说明某些配位化合物的典型性质、存在与应用;二是明确配位键与共价键、离子键的异同,能运用配位键解释某些沉淀、溶解、颜色变化等实验现象;三是了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义,能举例说明超分子的特征。
首先,我们回顾课本实验3 - 2。下表给出了6种盐固体的颜色和它们水溶液的颜色。从宏观角度看,氯化钠、硫酸钾、溴化钾固体都是白色,水溶液均呈无色。而与它们含有相同阴离子的硫酸铜、二水合氯化铜、溴化铜,固体颜色不同,但水溶液均呈天蓝色。
从微观离子角度分析,钠离子、钾离子、氯离子、溴离子、硫酸根离子在水中无色。而天蓝色溶液中都含有相同离子——铜离子。那么,铜离子在这种天蓝色溶液中以什么形式存在呢?这就是我们今天要复习的内容——配合物。
铜盐溶液中天蓝色物质是水合铜离子,化学式命名为四水合铜离子。同学们第一次见到这个化学式时,可能会有疑问:铜离子和水分子是怎样结合在一起的呢?我们知道,离子化合物由阳离子和阴离子组成,而水合铜离子中只存在阳离子;共价化合物是原子间通过共用电子对结合形成,水分子中的原子已满足8电子或2电子稳定结构,所以铜离子和水分子不是通过共价键结合。
实际上,从构成微粒的结构特点分析,铜离子有空的原子轨道,是缺电子结构;水分子的中心氧原子上有两对孤电子对,是富电子结构。因此,水分子可以提供孤电子对给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对,形成一种电子对给予 - 接受的键,我们称为配位键。对于配位键,同学们要注意,形成配位键的一对电子成键后被铜离子和氧原子共用,仅从共用电子对角度看,它与共价键相似,所以配位键表示方法与共价键相同,都用实线表示。但本质上,形成配位键的共用电子由一方提供,这是它与共价键不同之处。
我们把金属离子或原子与某些分子或离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。接受孤电子对的金属离子或原子称为中心离子或原子,提供孤电子对的分子或离子称为配体或配位体。比如水合铜离子中,铜离子就是中心金属离子,水分子就是配体。
知道了配位键和配合物的概念,我们回顾一种常见配合物的制备方法,并总结配合物的一般组成。课本实验3 - 3是铜配合物的制备:往硫酸铜溶液中逐滴加入氨水,首先生成蓝色沉淀,继续滴加氨水,蓝色沉淀逐渐溶解,得到深蓝色透明溶液,加入一定量乙醇后,可得到深蓝色晶体——一水合硫酸四氨合铜。对于这个实验,我们不仅要知道物质转化关系,还要能用化学方程式或离子方程式解释现象变化。
首先生成的蓝色沉淀是氢氧化铜,因为氨水呈碱性。随着氨水加入,氢氧化铜与氨水反应,逐渐转化为深蓝色可溶的铜配合物——氢氧化四氨合铜。书写反应方程式时要注意,溶液中呈深蓝色透明的物质是四氨合铜离子,而氢氧化四氨合铜是可溶物。最后加入乙醇的目的是降低配合物一水合硫酸四氨合铜在水中的溶解度,使其析出。
接下来看配合物的一般组成。给出四水合铜离子、四氨合铜离子的结构以及硫酸四氨合铜的化学式。前面分析配位键时知道,配合物必须有中心离子或原子以及配体,这是基本组成。常见中心离子有铜离子、铁离子、银离子等,常见配体有水分子、氨分子等。从两个结构图可发现三个特点:
第一,配合物中键连原子有规定。例如四水合铜离子中,与铜原子相连的是配体水分子中提供孤电子对的氧原子;四氨合铜离子中,与铜原子相连的是配体氨分子中提供孤电子对的氮原子。我们把配体中提供孤电子对的原子称为配位原子,常见配位原子有氧、氮、硫等。
第二,两个结构中与铜离子结合的配体数量有限,都是4。我们把与中心离子结合的配位原子个数称为配位数。
第三,水分子和氨分子是电中性分子,铜离子是正二价离子,它们结合形成的物质也是正二价。书写时要用中括号把中心离子和配体括起来,在中括号外面右上角标上价态。四水合铜离子和四氨合铜离子属于阳离子,硫酸四氨合铜属于配合物。
结合图示,我们把配合物中由中心离子和配体组成的部分称为内界,如果内界是离子,则称为配离子,与配离子结合形成配合物的离子称为外界,这就是配合物的一般组成。
其实配合物对我们并不陌生。必修一中用硫氰化钾检验铁离子时,溶液中产生的血红色物质就是铁的配合物;生物学中用于检验还原糖、化学中用于检验氰基或制造银镜的银氨溶液,主要成分也是配合物。下面通过回顾两个课本实验,感受配合物知识的应用。
