铜氨配离子.

大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (3), 384收稿：2023-09-19；录用：2023-11-15；网络发表：2023-11-21*通讯作者，Email:******************.cn基金资助：山东大学教育教学改革研究项目(2023Y105, 2022Y071)•师生笔谈• doi: 10.3866/PKU.DXHX202309065 铜氨配离子结构与稳定性的理论研究王旭洋1,2，张嘉沛1,2，赵立睿2，徐晓文1，邹桂征1，张斌1,*1山东大学化学与化工学院，济南 2501002山东大学泰山学堂，济南 250100摘要：铜(II)氨配离子是分析化学教学中配位平衡及配合物的分布特征部分较为经典的配离子之一。

现行教材大多只给出了部分铜氨配离子的稳定常数，也并未解释铜氨配离子配位数与稳定性之间的关系。

本文使用密度泛函理论，首先通过结构优化给出了铜氨配离子稳定性与配位数和结构的关系，而后进一步通过分析分子内部结构给出了一种回归结构本质的定性解释，既有助于改进教学效果，同时将理论计算应用于分析化学教学过程中，也可增加学生对理论计算的兴趣。

关键词：配位化合物；铜氨配离子；稳定常数；配位场理论；计算化学中图分类号：G64；O6Theoretical Study on the Structure and Stability of Copper-Ammonia Coordination IonsXuyang Wang 1,2, Jiapei Zhang 1,2, Lirui Zhao 2, Xiaowen Xu 1, Guizheng Zou 1, Bin Zhang 1,* 1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China.2 Taishan College, Shandong University, Jinan 250100, China.Abstract: The copper(II)-ammonia coordination ion represents a quintessential model for understanding the coordination equilibrium and distribution characteristics of coordination compounds in the teaching of analytical chemistry. Current textbooks, however, often limit their scope to providing stability constants for select copper-ammonia coordination ions, without delving into the correlation between their coordination numbers and stability. This study leverages density functional theory to firstly establish a connection between the stability of copper-ammonia coordination ions and their coordination numbers, achieved through structural optimization. Subsequently, it offers a qualitative interpretation by examining the molecule spatial configuration, shedding light on the fundamental nature of these structures. This research not only enhances the effectiveness of pedagogical approaches, but also cultivates students' interest in the application of the theoretical calculations within the realm of analytical chemistry.Key Words: Coordination compounds; Copper-ammonia coordination ions; Stability constants;Ligand field theory; Computational chemistry铜(II)氨配离子是分析化学教学中讲解配位平衡及配合物的分布特征部分时较为经典的配离子之一。

化学研究与应用Chemical Research and Application Vol.33,No.1 Jan.,2021第33卷第1期2021年1月文章编号:1004-1656(2021)01-0162-06铜氨配合物还原动力学研究——硫酸四氨合铜王慧婕，陈志萍*,杨晓峰，孙振豪,刘海清(中北大学理学院，山西太原030051)摘要:氨(或胺)常被用作液相还原法镀铜或制备铜纳米线的还原剂，但氨(胺)对铜离子还原过程及动力学的影响缺乏系统的研究。

本研究通过计时电量法测定了硫酸四氨合铜溶液中不同温度下在不同阶跃电位时Cu(NH3)42+还原为Cu的反应速率常数，进而求得标准速率常数^0(4.12xl0-5m•s"~7.33xl05m•s")及表观活化能(23.60kJ•mo「)。

所得参数为研究氨(胺)对铜离子还原反应影响规律提供基础数据，并可为铜纳米线制备过程中长径比的调控提供参考。

关键词:硫酸四氨合铜;计时电量;扩散系数;反应速率常数;活化能中图分类号:0646文献标志码:AReduction kinetics of copper-ammonia complex------tetraamminecopper sulfateWANG Hui-jie,CHEN Zhi-ping*,YANG Xiao-feng,SUN Zhen-hao,LIU Hai-qing(College of Science,North University of China,Taiyuan030051,China)Abstract:Ammonia(or amine)is often used as a reducing agent for liquid-phase reduction copper plating or preparation of copper nanowires,however,the research on the effects of ammonia(amine)on the reduction process and kinetics of copper ions are not suf­ficient and systematical enough yet.In this study,the rate constants of the reduction of Cu(NH3)42+to Cu at different step potentials were measured by chronocoulometry at different temperatures,then the standard rate constant K°(4.12xl0-5m•s_1~7.33xl0~5m •s_1)and apparent activation energy(23.60kJ•mol-1)were obtained.The parameters which have been obtained provide basic da­ta for the study of the effect of ammonia(amine)on the reduction of copper ions,and provide reference for the regulation of the length-diameter ratio in the preparation of copper nanowires.Key words:tetraamminecopper sulfate；chronocoulometry；diffusion coefficient；reaction rate constant；activation energy铜离子还原反应广泛应用于化学镀铜⑴刀、液相还原制备铜纳米线［⑷等表面处理与纳米材料制备领域。

离子方程式中铜氨全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：离子方程式是描述化学反应中离子参与的方程式。

铜氨化合物是一种常见的铜离子配合物，它的化学式为[Cu(NH3)4]2+。

铜氨是由铜离子（Cu2+）和氨（NH3）分子配合而成的化合物，原子序数较小的铜离子和氨分子之间形成了一种特殊的化学结构，具有独特的性质和应用价值。

铜氨化合物在化学实验中经常被用到，主要是因为它具有鲜艳的颜色和良好的溶解性。

铜氨在水溶液中呈现出深蓝色的颜色，这是由于铜离子和氨分子之间的配位作用导致的。

铜氨的颜色鲜艳且稳定，可以用来作为指示剂或者染料在化学实验中进行颜色变化的观察。

除了在实验室中的应用，铜氨还具有一定的工业用途。

铜氨化合物可以作为催化剂用于有机合成反应中，促进反应的进行并提高产率。

此外，铜氨也可以作为电解液中的添加剂，用来提高电解质的导电性能，提高电池的性能与稳定性。

制备铜氨化合物的方法主要有两种，一种是直接将铜盐和氨水混合，使铜离子与氨分子配位形成铜氨化合物；另一种是通过氮气气氛下还原铜氧化物来制备铜氨。

无论哪种方法，制备铜氨都要注意控制反应条件，以避免产生不纯的产物或者副反应的发生。

在化学反应中，铜氨化合物通常可以写成离子方程式的形式。

例如，在硫酸溶液中加入氨水，可以形成铜氨的反应为：Cu2+ + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+。

这个过程可以用离子方程式来表示化学反应的过程，清晰地揭示了离子之间的配位作用。

总的来说，铜氨是一种重要的铜离子配合物，具有多种应用价值和实际用途。

通过研究铜氨的性质和反应机理，可以深入了解离子配合物在化学反应中的作用，为进一步的研究和应用奠定基础。

希望未来可以有更多的研究者关注铜氨化合物，探索它在不同领域的应用潜力，为科学技术的发展做出贡献。

第二篇示例：离子方程式是描述化学反应过程中离子的变化和生成的化学方程式。

在化学实验中，我们经常会遇到铜氨这种化合物，铜氨是铜离子和氨离子结合形成的配合物。

由铜氨溶液制备铜粉和硫酸铜的实验研究郭士成陈爱霞范玲玲（临沂师范学院化学系，山东临沂 276005）摘要：对学生实验后的铜氨溶液进行了回收处理，制备出了金属铜粉和五水硫酸铜。

关键词：铜氨溶液；铜粉；五水硫酸铜在无机化学实验[1]的“铜-锌原电池”实验中，十几组学生实验可回收十几升废铜氨溶液，若随手倒掉，不仅是一种资源浪费，也会造成环境污染。

为此，对回收的铜氨溶液进行了处理，制备出了有实用价值的铜粉和五水硫酸铜。

1 铜粉的制备1.1 实验原理在铜氨溶液中加入适量Na2S·9H2O固体，使Cu(NH3)42+转化为CuS沉淀，在酸性条件下，用锌粉还原CuS沉淀，得到金属铜粉。

反应如下：Cu(NH3)42++ S2-=== CuS↓+ 4NH3↑⑴CuS + Zn + 2H+=== Cu↓+Zn2++ H2S↑⑵查得Cu(NH3)42+的K稳=7.4×1010；CuS的K sp=8.5×10-45[2]，由此求得反应⑴的化学平衡常数为1.6×1033，所以反应程度很大，转化完全。

对于反应⑵，CuS/Cu电对的标准电极电势为-0.701V，Zn2+/Zn 电对的标准电极电势为-0.763V，由此可求得该反应的化学平衡常数为1.24×102，所以Zn可以还原CuS。

1.2 实验步骤1.2.1 铜氨配离子转化为硫化铜在250mL烧杯中加入100mL铜氨溶液，在不断搅拌下，分几次加入研细的Na2S·9H2O固体。

开始Cu(NH3)42+溶液蓝色变浅，后来逐渐转化为黑色CuS沉淀。

加Na2S·9H2O至沉淀完全，此时上清液为无色，pH=9－10。

加热，沸腾5min，使CuS形成较大的颗粒,便于抽滤。

放置，陈化。

待CuS沉降至烧杯底部，吸去上清液。

抽滤，用蒸馏水淋洗CuS沉淀几次，然后抽滤至干，得湿的CuS沉淀。

将CuS沉淀放入烘箱中在80℃下烘干，得干燥的CuS（约5.9克）。

铜氨络离子和硫酸反应可以产生铜离子和氨气。

反应方程式如下：
[Cu(NH3)4](2+) + 4H2SO4 →CuSO4 + 4NH3 + 4H2O
在反应中，铜氨络离子的铜离子被氧化成了Cu2+，同时释放出4个NH3分子和4个H2O分子。

这是一个氧化还原反应，其中铜离子的氧化状态从+2变为了+2，因此这是一个氧化反应。

铜氨络离子是一种常见的铜配合物，它由铜离子和氨分子形成。

铜氨络离子在水中比较稳定，但是在强酸的存在下，它会被质子化并且分解，从而导致铜离子的释放。

硫酸是一种强酸，它可以质子化铜氨络离子并且促使反应的进行。

[Cu(NH 3)4]2+平面四边形，[Zn(NH 3)4]2+四面体形，配离子空间构型有什么规律？根据价层电子对互斥理论，我们很容易判断得出，sp 、sp 2、sp 3杂化轨道的空间构型及相关粒子空间的构型。

但是，面对过渡元素形成的配离子，如，[Cu(NH 3)4]2+空间构型为平面四边形，[Zn(NH 3)4]2+空间构型为正四面体形，为什么空间构型不同？又有什么规律呢？我们从原子轨道伸展方向，杂化轨道理论来进行探讨。

Zn 原子基态价电子排布式为3d 104s 2，Zn 2+价电子排布式为3d 104s 0，3d 轨道处于全充满状态，不参与成键；当Zn 2+与NH 3形成配离子[Zn(NH 3)4]2+时，只能4s 、4p 轨道发生sp 3杂化，得到正四面体构型的杂化轨道，使[Zn(NH 3)4]2+呈现正面体形。

Cu 原子基态价电子排布式为3d 104s 1，Cu 2+价电子排布式为3d 94s 0；当Cu 2+与NH 3形成配离子[Cu(NH 3)4]2+时，3d 轨道的单电子激发到4p 轨道，3d 与4p 属于同一能级组，能量差别较小，这过和很容易完成，激发后Cu 2+价电子排布图变为：我们知道，3d 能级中5条轨道伸展方向及形状如下：假设sp 2杂化是由4s 与4p x 、4p y 杂化，则形成在xy 平面上夹角为120°三条轨道：3d 能级中d xy 或d(x 2-y 2)轨道与杂化轨道的形状及伸展方向都很接近，会发生杂化融合，形成平面四边形的dsp 2杂化轨道。

导致[Cu(NH 3)4]2+为平面四边形。

示意图如下：→+同理，若配位数为5时，中心原子发生dsp 3杂化，由于sp 3杂化轨道构型是空间正四面体形，dz 2轨道与杂化轨道的形状及伸展方向都很接近，会发生杂化融合，形成三角双锥形．．dsp 3杂化轨道。

示意图如下：若配位数为6时，中心原子发生d 2sp 3杂化，dz 2、d(x 2-y 2)轨道都要参与杂化，形成正八面体构型的杂化轨道。

铜氨离子的稳定常数lgK=13.32。

10的负0.6次方，很小，说明它很不稳定，配合物有稳定常数（化学平衡常数）在水溶液中四水合铜离子一样会有[Cu(H2O)4]2+=可逆
=Cu2+ +4H2O。

氯化亚铜能与氨形成络合物，因此能溶解在浓氨水中，得到无色溶液。

CuCl+2NH3?H2O=2H2O+［Cu（NH3）2］Cl。

稳定常数配合物在溶液中的生成与离解，与多元酸、碱相似，也是分级进行的，而且各级离解或生成常数也不一样。

例如，Cu2+与NH3逐步配合过程中的分步稳定常数（30℃）分别为：K1，K2，K3，K4称为逐级稳定常数。

由上可见，配合物的逐级稳定常数随着配位数的增加而下降。

一般认为，随着配位体数目增多，配位体之间的排斥作用加大，故其稳定性下降。

铜氨配离子颜色和铜离子哪个比较深铜氨配离子颜色和铜离子哪个比较深铜离子是无色的铜氨配离子是深蓝色的为什么四氨合铜离子比四水合铜离子颜色深氮原子的给电子能力强，四氨合铜离子和四水合铜离子的配位键强度不同。

离子的电子云分布有区别。

铜离子颜色？铜离子是由铜原子失去最外层的两个电子得到的,显正2价,书写为Cu2+,显蓝色,这也是海水为蓝色的原因.铜离子可以同过还原反映生成铜,铜可以通过氧化反映生成铜离子,铜盐溶于水或熔融也可以得到铜离子,铜离子可以与氢氧根离子生成不溶于水的Cu2(OH)2蓝色沉淀,这也是检验铜离子的方法之一铜离子可以用于防毒,在游泳池里可以适当新增铜离子,故游泳池水通常为蓝色四氨合铜配离子解释：电子在简并轨道中的不对称占据会导致分子的几何构型发生畸变, 从而降低分子的对称性和轨道的简并度, 使体系的能量进一步下降, 这种效应称为姜－泰勒效应。

以d9, Cu2＋的配合物为例, 当该离子的配合物是正八面体构型时, d轨道就要分裂成t2g和eg二组轨道, 设其基态的电子构型为t2g6 eg3, 那么三个eg电子就有两种排列方式：①t2g6(dz2)2(dx2－y2)1, 由于dx2－y2轨道上电子比dz2轨道上的电子少一个, 则在xy平面上d电子对中心离子核电荷的遮蔽作用就比在z轴上的遮蔽作用小, 中心离子对xy平面上的四个配体的吸引就大于对z轴上的两个配体的吸引, 从而使xy平面上的四个键缩短, z 轴方向上的两个键伸长, 成为拉长的八面体。

②t2g6(dz2)1(dx2－y2)2 由于dz2轨道上缺少一个电子, 在z轴上d电子对中心离子的核电荷的遮蔽效应比在xy平面的小, 中心离子对 z轴方向上的两个配体的吸引就大于对xy平面上的四个配体的吸引, 从而使z轴方向上两个键缩短, xy面上的四条键伸长, 成为压扁的八面体.无论采用哪一种几何畸变, 都会引起能级的进一步分裂, 消除简并, 其中一个能级降低, 从而获得额外的稳定化能。

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铜的氨配合物通常呈现出明亮而吸引人的颜色，因此在实验室和工业生产中被广泛应用。

下面将介绍一些常见的铜氨配合物及其颜色。

1. [Cu(NH3)2Cl2] –铜氨氯配合物这种铜氨氯配合物呈现出淡黄色到黄色之间的颜色。

它的配合物中含有氨和氯离子，氨分子通过配位作用与铜离子结合形成了一个稳定的配合物。

2. [Cu(NH3)4]SO4 –铜氨硫酸配合物这种铜氨硫酸配合物呈现出淡蓝色到浅绿色之间的颜色。

铜氨络合离子中加入硫化钠的现象你知道吗，铜氨络合物是个挺有意思的小家伙，它能在水里形成漂亮的蓝色溶液，让人一眼就能认出来。

大家都知道，铜离子单独存在的时候，常常呈现红色或者绿色，但一旦和氨水反应，嘿，它就变成了美丽的天蓝色。

这个现象可不简单！你看，铜离子和氨水反应后，铜和氨形成了一种叫“铜氨络合物”的东西，大家都叫它“铜氨配合物”。

它的颜色可不是白给的哦，它是铜离子和氨分子配对之后，产生了某种特别的化学变化，才出现这种亮眼的蓝色。

要是你在实验室看到这种蓝色溶液，那肯定是一个小小的“化学奇迹”。

不过话说回来，铜氨络合物并不是一成不变的。

如果你再给它加点硫化钠，嗯…就能看到一场小小的“变脸”了。

硫化钠这玩意儿可不简单，它能把某些离子给搞得不知所措。

特别是在铜氨络合物里，硫化钠一加入，你猜怎么着，蓝色的溶液马上就不见了，取而代之的是一种黑色的沉淀。

这是什么情况呢？其实就是硫化钠里的硫化物离子和铜氨络合物反应了，形成了硫化铜（CuS）沉淀。

咦，这就有点像魔术了吧，明明还在那儿，突然之间，蓝色的液体就变黑了，简直让人大跌眼镜。

你看，硫化钠一加入，铜氨络合物的颜色就发生了变化，这背后可是有“内幕”的。

简单来说，硫化物和铜离子之间发生了一种叫“配位置换”的反应，也就是说，硫化物抢了铜氨络合物里的铜离子，形成了新的化合物，而原来那种漂亮的蓝色就消失了。

你可以把它想象成一个人从一个舒服的椅子上站起来，换到另一把更“合适”的椅子上。

原本占据那个位置的铜氨络合物，就此告别了。

剩下的只是那一团黑乎乎的沉淀。

这个变化并不仅仅是颜色的转变那么简单。

这背后还隐含着一些微妙的化学变化呢。

铜氨络合物本身是一种比较稳定的物质，它的稳定性来源于铜和氨分子之间的紧密结合。

而硫化钠的加入，打破了这种平衡，迫使铜离子和氨分子分开，然后和硫化物离子重新组成了新的物质。

这个过程不光是眼睛看得见的变化，实际上也是一种化学反应的过程，反应的完成就标志着原本的“平静”被打破了。