第11章 配位化学基础
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1第 11 章 配位化合物2配位化合物的发展史19世纪末期,德国化学家发现一系列令人难以回答的问题,氯化钴跟氨结合,会生成颜色各异、化学性质不同的物质。
经分析它们的分子式分别是CoCl 3∙6NH 3、CoCl 3∙5NH 3、CoCl 3∙5NH 3∙H 2O 、CoCl 3∙4NH 3。
同是氯化钴,但它的性质不同,颜色也不一样。
为了解释上述情况,化学家曾提出各种假说,但都未能成功。
直到1893年,瑞士化学家维尔纳(A .Werner )发表的一篇研究分子加合物的论文,提出配位理论和内界、外界的概念,标志着配位化学的建立,并因此获得诺贝尔化学奖。
311-1 配位化合物的基本概念11-2 配位化合物的价键理论 11-3 配位化合物的晶体场理论 11-4 配位化合物的稳定性411-1 配位化合物的基本概念 11-1-1 配位化合物1. 配位化合物定义由中心原子(或离子)和几个配体分子(或离子)以配位键相结合而形成的复杂分子或离子,通常称为配位单元,含有配位单元的化合物称为配位化合物。
配位阳离子: [Co ( NH 3 )6 ]3+ 和 [Cu ( NH 3 )4 ]2+ 配位阴离子: [Cr(CN)6]3- 和 [Co(SCN)4]2-中性配合物分子:Ni(CO)4 和Cu(NH 2CH 2COO)252. 配合物组成配体个数配体个数63. 中心原子(离子): 也称为配位化合物的形成体。
4. 配位体与中心离子结合的含孤电子对的离子或分子。
中性分子配体 :H 2O 、NH 3等 阴离子配体 :Cl -、CN -等直接同中心离子相连接的原子称为配位原子。
结构特点:离子或原子外层具有空轨道。
配位原子的结构特点:有孤对电子或多个不定域电子。
75 配位数在配位个体中与一个中心离子(原子)成键的配位原子的总数称为该形成体的配位数。
例如[Cu(NH 3)4]2+中,Cu 2+的配位数为4; [CoCl 3(NH 3)3]中Co 3+的配位数为6。
第10章氧化还原反应一选择题1.将反应K2Cr2O7+HCl → KCl+CrCl3+Cl2+H2O 完全配平后,方程式中Cl2 的系数是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. 1lB.2C.3D.42.下列化合物中,氧呈现+2 价氧化态的是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. Cl2 O5B.Br O7C.H Cl O2D.F2O3.将反应KMnO4+ HCl → Cl2+ Mn Cl2+ KCl+H2O 配平后方程式中HCl 的系数是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A.8B.16C.18D.324.某氧化剂YO(OH)2+中元素Y 的价态为+5,如果还原7.16×10-4mol YO(OH)2+溶液使Y 至较低价态,则需要用0.066 mol/L 的Na2SO3 溶液26.98ml。
还原产物中Y 元素的氧化态为()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. -2B.-1C.0D.+15.已知电极反应ClO3-+6H+6e═Cl-839.6 kJ/ mol,则E0 ClO3-/ Cl-值为()《无(机化学例题与习题》吉大版)A. 1.45VB.0.73VC.2.90VD.-1.45V6.使下列电极反应中有关离子浓度减小一半,而E 值增加的是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. Cu2+ + 2e- ═ CuB. I2 + 2e- ═ 2I-C.2H+ + 2e- ═H2 D.Fe3+ + e- ═ Fe2+7.将有关离子浓度增大5 倍,E 值保持不变的电极反应是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. Zn2+ + 2e- ═ ZnB. MnO4- + 8 H+ + 5e- ═ Mn2+ + 4H2OC. Cl2 + 2e- ═ 2Cl-D. Cr3+ + e- ═ Cr2+8.将下列反应设计成原电池时,不用惰性电极的是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. H2 + Cl2 ═ 2HClB. 2Fe3+ + Cu ═ 2Fe2+ + Cu2+C. Ag+ + Cl- ═ AgClD.2Hg2+ + Sn2+ ═ Hg22+ + Sn4+9.下列氧化还原电对中,E0 值最小的是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. Ag+/ AgB. AgCl/ AgC. AgBr/ AgD. AgI/ Ag10.将标准氢电极与另一氢电极组成原电池,若使电池的电动势最大,另一电极所采用的酸性溶液应是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. 0.1 mol/L HClB.0.1 mol/L HAc+0.1 mol/L NaAcC.0.1 mol/L HAcD.0.1 mol/L H2SO411.以惰性电极电解一段时间后,pH 增大的溶液是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. HClB. H2SO4C. Na2SO4D. NaHSO412.某氧化还原反应的标准吉布斯自由能变为rG m,平衡常数为K0,标准电动势为E0,则下列对rG m,K0,E0 的值判断合理的一组是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. rG m >0, E0<0, K0<1B. rG m >0, E0<0, K0>1C. rG m <0, E0<0, K0>1D. rG m <0, E0>0, K0<113.某电池(-)A│A2+(0.1mol/L)‖B2+(1.0×10-2mol/L)│B(+)的电动势E 为0.27V,则该电池的标准电动势E0 为()(《无机化学例题与习题》吉大版)A.0.24VB.0.27VC.0.30VD.0.33V14.电极电势与pH 无关的电对是()(《无机化学例题与习题》吉大版)A. H2O2╱H2OB.IO3╱I-C. MnO2╱Mn2+D. MnO4-╱MnO42-15.关于原电池的下列叙述中错误的是()(《无机化学释疑与习题解析》高教第二版)A.盐桥中的电解质可以保持两电池中的电荷平衡B.盐桥用于维持电池反应的进行C.盐桥中的电解质不参与电池反应D.电子通过盐桥流动16.FeCl3(aq)可用来刻蚀铜板,下列叙述中错误的是()(《无机化学释疑与习题解析》高教第二版)A.生成了Fe 和Cu2+B.生成了Fe2+和Cu2+C. E○-( Fe 3+/Fe2+)>E○-(Cu2+/Cu)D. E○-( Fe 3+/Fe)>E○-(Cu2+/Cu)17.H2O2 既可做氧化剂又可做还原剂,下列叙述中错误的是()(《无机化学释疑与习题解析》高教第二版)A.H2O2 可被氧化生成O2B.H2O2 可被还原生成H2OC.pH 变小,H2O2 的氧化能力增强D.pH 变小,H2O2 的还原性也增强18.将氢电极(p(H2)=100kPa)插入纯水中,与标准氢电极组成一个原电池,则E MF=()V。
第十一章后习题解答1. 区别下列名词:(1) 内层与外层(2) 单齿配体与多齿配体(3) d2sp3杂化和sp3d2杂化(4) 内轨配合物和外轨配合物(5) 强场配体和弱场配体(6) 低自旋配合物和高自旋配合物解(1)配合物的内层是由中心原子提供杂化轨道,配体中配位原子提供孤对电子,通过配位键形成的配离子。
与配离子带相反电荷的离子称为配合物的外层。
(2)只含有一个配位原子的配体称为单齿配体,如NH3,H2O,OH-,F -等。
含有两个或两个以上配位原子的配体称为多齿配体,如:乙二胺,EDTA等。
(3)以2个(n-1)d轨道、1个n s轨道和3个n p轨道杂化形成6个杂化轨道,称为d2sp3杂化。
以1个n s轨道、3个n p轨道和2个n d轨道杂化形成6个杂化轨道,称为sp3d2杂化。
(4)中心原子全部用最外层轨道杂化所形成的配合物称为外轨配合物;用次外层(n-1)d轨道和最外层n s,n p轨道杂化所形成的配合物称为内轨配合物。
(5)依据配体使中心原子d轨道能级的分裂程度不同,配体有强场、弱场之分。
使d轨道能级分裂能力强的配体称为强场配体,如CN-,CO;使d轨道能级分裂能力弱的配体称为弱场配体,如H2O、F -、Cl-、Br-、I-。
(6)中心原子电子组态为d4~d7的配合物中,单电子数多的称为高自旋配合物,单电子数少的称为低自旋配合物。
强场配体形成低自旋配合物,弱场配体形成高自旋配合物。
2. 命名下列配离子和配合物,指出中心原子、配体、配位原子和配位数,写出K s的表达式(1) Na3[Ag(S2O3)2] (2) [Co(en)3]2(SO4)3(3) H[Al(OH)4] (4) Na2[SiF6](5) [PtCl5(NH3)]-(6) [Pt(NH3)4(NO2)Cl](7) [CoCl2(NH3)3H2O]Cl (8) NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]解名称中心原子配体配位原子配位数K s表达式(1) 二(硫代硫酸根)合银(I)酸钠Ag+S2O32-S2O32-中的S2 32322223[Ag(S O)][Ag][S O]-+-(2) 硫酸三(乙二胺)合钴(Ⅲ)Co3+en en中的N6 333+3[Co(en)][Co][en]+(3) 四羟基合铝(Ⅲ)酸Al3+OH-OH-中的O4434[Al(OH)][Al][OH]-+-(4) 六氟合硅(Ⅳ)酸钠Si(Ⅳ) F-F-中的F 62646[SiF][Si][F]-+-(5) 五氯•氨合铂(Ⅳ)酸根Pt4+Cl-,NH3Cl,N 653453[Pt(Cl)(NH)][Pt][Cl][NH]-+-(6) 氯•硝基•四氨合铂(Ⅱ)Pt2+NO2-,Cl-,NH3N,Cl、N 6 2342423[PtCl(NO)(NH)][Pt][Cl][NO][NH]+--(7) 氯化二氯•三氨•水合钴(Ⅲ)Co3+Cl-,NH3,H2OCl,N,O 623323233[Co(Cl)(NH)(H O)][Co][Cl][NH]++-(8) 四(异硫氰酸根)•二氨合铬(Ⅲ)酸铵Cr3+NCS-,NH3N,N 64323423[Cr(NCS)(NH)][Cr][NCS][NH]-+-3. 什么是螯合物?螯合物有何特点?它的稳定性与什么因素有关?形成五员环和六员环的螯合物,要求配体应具备什么条件?解由中心原子与多齿配体形成有环状结构的配合物称为螯合物。
配位化学基础配位化学是在无机化学基础上发展起来的一门具有很强交叉性的学科,配位化学旧称络合物化学,其研究对象是配合物的合成、结构、性质和应用。
配位化学的研究范围,除最初的简单无机加和物外,已包括含有金属碳键的有机金属配位化合物,含有金属-金属键的多核簇状配位化合物即金属簇合物,还包括有机配体与金属形成的大环配位化合物,以及生物体内的金属酶等生物大分子配位化合物。
一、配合物的基本概念1. 配合物的定义及构成依据1980年中国化学会无机化学命名原则,配合物可以定义为:由可以给出孤对电子或多个不定域电子的一定数目的离子或分子(统称为配体)和具有接受孤对电子或多个不定域电子的空位的原子或离子(统称为中心原子),按一定的组成和空间构型所形成的化合物。
结合以上规定,可以将定义简化为:由中心原子或离子和几个配体分子或离子以配位键相结合而形成的复杂分子或离子,统称为配体单元。
含配体单元(又称配位个体)的化合物称为配位化合物。
配体单元可以是配阳离子,配阴离子和中性配分子,配位阳离子和阴离子统称配离子。
配离子与与之平衡电荷的抗衡阳离子或阴离子结合形成配位化合物,而中性的配位单元即时配位化合物。
但水分子做配体的水合离子也经常不看成配离子。
配位化合物一般分为内界和外界两部分,配体单元为内界,抗衡阳离子或阴离子为外界,而含中性配位单元的配位化合物则无外界。
配合物的内界由中心和配体构成,中心又称为配位化合物的形成体,多为金属,也可以是原子或离子,配体可以是分子、阴离子、阳离子。
2•配位原子和配位数配位原子:配体中给出孤对电子与中心直接形成配位键的原子配位数:配位单元中与中心直接成键的配位原子的个数配位数一般为偶数,以4、6居多,奇数较少配位数的多少和中心的电荷、半径及配体的电荷、半径有关:一般来说,中心的电荷高、半径大有利于形成高配位数的配位单元,如氧化数为+1的中心易形成2配位,氧化数为+2的中心易形成4配位或6配位,氧化数为+3的易形成6 配位。