配合物与超分子
第1课时
◆教学目标
1. 知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征，能举例说明某些配位化合物的典型性质、存在于应用。
2. 认识配位键与共价键、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。
◆教学重难点
1. 配位键、配合物的概念，配合物的合成。
2. 配合物的结构特点。
◆教学过程
一、新课导入
1. 怎样检验酒精是无水酒精还是混有水的酒精？
取少量样品，加入无水硫酸铜固体，若固体变蓝，则说明酒精中混有水。
2. 你还知道或者遇到过什么物质遇水后会发生颜色变化？
变色硅胶干燥剂，变色硅胶中含有CoCl2，在干燥时，为蓝色；吸水之后，变为粉红色。
那你是否想过，为什么有的物质在不同的条件下，如是否有水，会呈现出不同的颜色呢？
二、讲授新课
一、配合物
【实验探究】
下表中的少量固体溶于足量的水，观察实验现象并填写表格。
【提问】（1）通过对以上的实验现象的分析，你认为溶液呈天蓝色的原因是什么？
【讲解】由NaCl、K2SO4、KBr的水溶液呈无色，可得知Na+、K+、SO42-、Br-、Cl-这些离子为无色。
而CuSO4、CuCl2、CuBr2水溶液为天蓝色，说明一定天蓝色必然与Cu2+有关。
在固体中都含有Cu2+，但是颜色不同，溶解在水中后三种铜盐均电离产生Cu2+，Cu2+在水中会发生“溶剂化”的作用，形成[Cu(H2O)4]2+，四水合铜离子是天蓝色。
经过测定，[Cu(H2O)4]2+的结构如图所示，你能根据水合铜离子的结构图，分析一下铜离子和水分子之间是通过哪种类型的化学键形成的？
在[Cu(H2O)4]2+中，铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供孤对电子
给予铜离子，铜离子接受水分子的孤电子对形成的。
这类“电子对给予-接
受”键被称为配位键。
【提问】（2）铜离子为什么能接受孤电子对？其他离子可以么？它们具有怎样的特征？【讲解】铜离子有空的轨道，带有孤电子对的轨道可以与空的轨道重叠，产生相互作用，形成了配位键，整体上降低体系的能量。
只要是具有能量合适的空轨道的离子都可以接受孤电子对，如Fe3+，Ag+等都可以。
通常把金属离子或原子（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，简称配合物。
配合物是一类种类繁多且常见的物质，已知配合物的品种超过数百万种，是一个庞大的化合物家族。
【实验探究】
向盛有4 mL 0.1 mol/L CuSO4溶液的试管里滴加几滴1 mol/L 氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水并振荡试管，观察实验现象；再向试管中加入极性较小的溶剂（如8 mL 95%乙醇），并用玻璃棒摩擦试管壁，观察实验现象。
【提问】（3）最初形成的难溶物是什么？为什么会形成？继续滴加氨水沉淀怎样变化？
加入乙醇后有怎样的现象？
【讲解】最初形成的难溶物是Cu(OH)2，一水合氨是弱碱，能够电离出OH-，OH-与Cu2+
结合生成Cu(OH)2沉淀。
继续滴加氨水，沉淀逐渐溶解，得到深蓝色透明溶液。
加入乙醇后，析出深蓝色的晶体。
结构测定的实验证明，无论在加入氨水后得到的深蓝色的透明溶液中，还是在析出的深蓝色晶体中，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。
在[Cu(NH3)4]2+里，NH3的N给出孤对电子，Cu2+接受孤电子对，以配位键形成了
[Cu(NH3)4]2+。
【提问】（4）从沉淀溶解平衡的角度解释Cu(OH)2沉淀溶解的过程。
【讲解】Cu(OH)2(s) ⇌Cu2+(aq) + 2OH-(aq)，加入足量的NH3·H2O时，发生反应
Cu2+ + 4NH3·H2O ⇌[Cu(NH3)4]2+ + 4H2O，使Cu2+浓度下降，沉淀溶解平衡向右移动，沉
淀溶解。
【提问】（5）实验中加入极性较小的溶剂，并用玻璃棒摩擦试管壁，这两个操作各自的目的是什么？
【讲解】[Cu(NH3)4]SO4在水中（极性大）的溶解度大，加入极性小的溶剂后，混合溶剂的极性减小，配合物在其中的溶解度下降，使其达到饱和析出。
玻璃棒摩擦试管壁可以加快结晶速度，与加入晶种来加速结晶的原理一样。
【实验探究】
取洗净的[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体，溶解于水中，将溶液分为两份，一份加入NaOH溶液，一份加入BaCl2溶液，观察实验现象。
加入NaOH溶液的溶液，无蓝色沉淀生成；
加入加入BaCl2溶液，生成大量白色沉淀。
【提问】（6）通过实验现象推测溶液中存在的微粒的数量关系如何？由此你认为
[Cu(NH3)4]SO4在溶解后发生了怎样的电离？
【讲解】溶液中几乎没有游离的Cu2+，但有大量的SO42-。
[Cu(NH3)4]SO4溶解后发生了如下电离：
[Cu(NH3)4]SO4 = [Cu(NH3)4]2+ + SO42-
配合物一般是由内界和外界构成，内界由中心离子或原子、配位体构成。
发生电离时，内界和外界分开，内界一般只会少量的解离。
【实验探究】
向0.1 mol/L FeCl3溶液中滴加1滴0.1 mol/L的KSCN溶液，观察实验现象。
溶液由黄色变为血红色，这是Fe3+与SCN-形成了配合物Fe(SCN)3、Fe(SCN)2+等。
利用硫氰化铁配离子的特征颜色，可以鉴定溶液中存在Fe3+，Fe2+与SCN-不显红色。
又由于该配离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术表演。
【实验探究】
向0.1 mol/L NaCl溶液中滴加几滴0.1 mol/L的AgNO3溶液，产生难溶于水的白色的AgCl 沉淀，再滴入1 mol/L 氨水，振荡，观察实验现象。
通过实验我们看到，白色的AgCl沉淀消失，得到澄清的无色溶液，这是由于AgCl与NH3
发生了如下反应：
AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl
配位键的强度有大有小，有的配合物很稳定，有的很不稳定。
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。
配合物广泛存在于自然界中，跟人类的生活关系密切。
如动物体内运输氧气的血红素（左图），植物进行光合作用的的叶绿素（右图）。
三、课堂小结
1. 配体提供孤电子对，中心离子或原子接受孤电子对，通过电子对的给予、接受形成配位键。
2. 配体与中心离子或原子以配位键形成的化合物称为配位化合物。
3. 过渡金属离子和主族金属离子都可以作中心离子，Fe3+、Ag+、Cu2+是常见的中心离子，H2O、NH3、SCN-是常见的配体。
4. 配合物由内界和外界组成，电离时一般内界和外界分开，内界只会少量的解离。
内界由中心原子核配体组成，配位孤电子对的数量称为配位数。
四、课堂练习
1. 现有Ti3+的配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O，其中配离子中含有的化学键类型分别是（）
A. 离子键、配位键
B. 非极性共价键、配位键
C. 极性共价键、非极性共价键
D. 极性共价键、配位键
答案D
解析[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中配离子是中括号[]之中的部分，即[TiCl(H2O)5]2+，中心离子与氯离子水分子之间是配位键，水分子之中是极性共价键。
2. 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. CCl4
D. 浓氨水
答案A
解析[Co(NH3)4Cl2]Cl和[Co(NH3)4Cl2]NO3在溶液中电离方程式分别为[Co(NH3)4Cl2]Cl = [Co(NH3)4Cl2]+ + Cl-、[Co(NH3)4Cl2]NO3= [Co(NH3)4Cl2]+ + NO3-，前者溶液中存在大量游离的氯离子，加入AgNO3能形成难溶沉淀AgCl，而后者无沉淀。