第四章 配位化合物 习题
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第四章 配位化合物 1、举例说明什么叫配合物,什么叫中心离子(或原子)。 答:配合物得定义就是:由一个中心离子(或原子)与几个配位体(阴离子或原子)以配位键相结合形成一个复杂离子(或分子)通常称这种复杂离子为结构单元,凡就是由结构单元组成得化合物叫配合物,例如中心离子Co3+与6个NH3分子以配位键相结合形成[Co(NH3)6]3+复杂离子,由[Co(NH3)6]3+配离子组成得相应化合物[Co(NH3)6]Cl3就是配合物。同理,K2[HgI4]、 [Cu(NH3)4]SO4等都就是配合物。 每一个配位离子或配位分子中都有一个处于中心位置得离子,这个离子称为中心离子或称配合物得形成体。 2、 什么叫中心离子得配位数,它同哪些因素有关。 答:直接同中心离子(或原子)结合得配位原子数,称为中心离子(或原子)得配位数。影响中心离子配位数得因素比较复杂,但主要就是由中心离子与配位体得性质(半径、电荷)来决定。 (1) 中心离子得电荷越高,吸引配位体得能力越强,因此配位数就越大,如Pt4+形成 PtCl62-,而Pt2+易形成PtCl42-,就是因为Pt4+电荷高于后者Pt2+。 (2) 中心离子半径越大,其周围可容纳得配位体就越多,配位数就越大,例如Al3+得半径大于B3+得半径。它们得氟配合物分别就是AlF63-与BF4-。但就是中心离子半径太大又削弱了它对配位体得吸引力,反而配位数减少。 (3) 配位体得负电荷增加时,配位体之间得斥力增大,使配位数降低。例如:[Co(H2O)6]2+与CoCl42-。 (4) 配位体得半径越大,则中心离子周围容纳得配位体就越小,配位数也越小。例如 AlF63-与AlCl4-因为F-半径小于Cl-半径。 2、命名下述配合物,并指出配离子得电荷数与中心离子得氧化数? 根据配合物分子为电中性得原则,由配合物外界离子得电荷总数确定配离子得电荷数、中心离子氧化数。 解:配合物 命名 配离子电荷数 中心离子氧化数 [Co(NH3)6]Cl3 三氯化六氨合钴(Ⅲ) +3 +3 K2[Co(NCS)4] 四异硫氰合钴(Ⅱ)酸钾 -2 +2 Na2[SiF6] 六氟合硅(Ⅳ)酸钠 -2 +4 [Co(NH3)5Cl]Cl2 二氯化一氯·五氨合钴(Ⅲ) +2 +3 K2[Zn(OH)4] 四羟基合锌(Ⅱ)酸钾 -2 +2 [Co(N3)(NH3)5]SO4 硫酸一叠氮·五氨合钴(Ⅲ) +2 +3 [Co(ONO)(NH3)3(H2O)2]Cl2 二氯化亚硝酸根·三氨·二水合钴(Ⅲ) +2 +3 3、指出下列配离子中中心离子得氧化数与配位数: 配离子 中心离子氧化数 配位数 (1) [Zn(NH3)4]2+ +2 4 (2) [Cr(en)3]3+ +3 6 (3) [Fe(CN)6]3- +3 6 (4) [Pt(CN)4(NO2)I]2- +4 6 (5) [Fe(CN)5(CO)]3- +2 6 (6) [Pt(NH3)4(NO2)Cl]2+ +4 6 4、指出下列化合物中得配离子、中心离子及其配位数。 化合物 配离子 中心离子 配位数 (1)3KNO2·Co(NO2)3 [Co(NO2)6]3- Co3+ 6 (2)Co(CN)3·3KCN [Co(CN)6]3- Co3+ 6 (3)2Ca(CN)2·Fe(CN)2 [Fe(CN)6]4- Fe2+ 6 (4)2KCl·PtCl2 [PtCl4]2- Pt2+ 4 (5)KCl·AuCl3 [AuCl4]- Au3+ 4 (6)CrCl3·4H2O [Cr(H2O)4Cl2]+ Cr3+ 6 5、命名下列配合物与配离子。 (1) (NH4)3[SbCl6] 六氯合锑(Ⅲ)酸铵 (2)Li[AlH4] 四氢合铝(Ⅲ)酸锂 (3)[Co(en)3]Cl3 三氯化三乙二胺合钴(Ⅲ) (4)[Co(H2O)4Cl2]Cl 氯化二氯四水合钴(Ⅲ) (5)[Co(NO2)6]3- 六硝基合钴(Ⅲ)配离子 (6)[Co(NH3)4(NO2)Cl]+ 一氯一硝基·四氨合钴(Ⅲ)配离子 6、写出下列配合物得化学式。 (1)硫酸四氨合铜(Ⅱ) [Cu(NH3)4]SO4 (2)氯化二氯一水三氨合钴(Ⅲ) [Co(NH3)3(H2O)Cl2]Cl (3)六氯合铂(Ⅳ)酸钾 K2[PtCl6] (4)二氯·四硫氰合铬(Ⅱ)酸铵 (NH4)3[Cr(SCN)4·Cl2] 7、有两种配合物A与B,她们得组成为21、95%Co,39、64%Cl,26、08%N,6、38%H,5、95%O,并根据下面得实验结果,确定它们得配离子,中心离子与配位数。 (1) A与B得水溶液却呈微酸性,加入强碱并加热至沸时,有氨放出,同时析出Co2O3沉淀 (2) 向A与B得溶液中加入硝酸银溶液时却生成AgCl得沉淀 (3) 过滤除去两种溶液得沉淀后,再加硝酸银均无变化,但加热至沸时,在B得溶液中又有AgCl沉淀生成,其质量为原来析出沉淀得一半。 解:首先求化学式,根据各元素在配合物中所占得百分比来求原子个数比。 Co∶Cl∶N∶H∶O = = 0、37∶1、12∶1、86∶6、38∶0、37 = 1∶3∶5∶17∶1 化学式为CoCl3N5H17O或CoCl3(NH3)5·H2O (1)水溶液呈酸性,说明NH3在内界,均与Co3+配位,当加入碱并加热至沸时,配离子被破坏而放出氨气,同时析出Co2O3沉淀。 (2)说明在外界含有Cl-,所以加入AgNO3都生成AgCl沉淀。 (3)说明B配合物中内界得Cl-仅为外界得一半,即两个Cl-在外界,一个Cl-在内界。 ∴ 中心离子 配位数 A:[Co(NH3)5·(H2O)]3+ Co3+ 6 B:[Co(NH3)5·Cl]2+ Co3+ 6 10 根据价键理论,指出下列配离子得成键情况与空间构型。 解:配合物得价键理论要点 (1) 要点:配合物得中心离子与配位体之间通过配位键相结合:①配位体必须具有孤对电 子,而中心离子(或原子)必须具有空得能量相近得价电子轨道。以容纳配位体得孤电子对。这就是形成配合物得必要条件。②在配位体得作用下,中心离子(或原子)得空轨道首先进行 杂化,形成数目相同得,能量相等得具有一定方向性得杂化轨道。杂化轨道接受配位原子 上得孤对电子形成σ配键。③杂化轨道得类型不同,其配离子得空间构型也不同,可以根据 中心离子(或原子)提供得杂化轨道中d轨道能量不同,分为低自旋(内轨型)配合物与高 自旋(外轨型)配合物。低自旋配合物比高自旋配合物稳定。 (2) 配离子得空间构型,配位数等,主要决定于中心离子(或原子)杂化轨道得数目与类 型。如sp3d2或d2sp3杂化,为八面体。 (3) 价键理论在解释配离子空间构型,中心离子(或原子)得配位数、磁性、稳定性等问题上取得一定成就。但存在着局限性。 ①[Fe(CN)6]3- :Fe3+得价电子层结构为3d5 3d 4s 4p Fe3+ 在配位体CN-得作用下,Fe3+得5个3d电子发生了重排,重配对,腾出2个空得3d轨道,此时Fe3+形成了d2sp3杂化轨道,6个CN-中配位原子碳得孤对电子对填入到杂化轨道成键,形成正八面体配离子 [Fe(CN)6]3- d2sp3杂化 ③[Cr(H2O)5Cl]2+:Cr3+得价电子层结构为3d3: 3d 4s 4p Cr3+ Cr3+得3d中有两个空轨道,Cr3+采取了d2sp3杂化,形成了6个能量相等得d2sp3杂化轨道。5个H2O分子氧原子上得孤电子对与Cl-上得孤电子对分别填入杂化轨道中,形成八面体配离子。 [Cr(H2O)5Cl]2+ d2sp3杂化 ⑤Ag+得价电子层结构为4d10: 4d 5s 5p Ag+ [Ag(CN)2]- sp杂化 由于Ag+得4d价轨道已全充满,所以只采取sp杂化与2个CN-形成直线型配离。 ⑥Fe原子得价电子层结构为3d64s2 3d 4s 4p Fe [Fe(CO)5] dsp3杂化(三角双锥) Fe原子在CO得影响下,4s得2个电子合并到3d轨道中,而3d轨道中另二个单电子合并到一个轨道里,此时3d腾出一个空轨道,形成dsp3杂化轨道与5个CO得分子形成了三角双锥得配合物,而且Fe原子得3d轨道中有4对孤电子对,CO分子中C有空轨道,又形成了反馈键,使它们键间结合力更强些。 11、写出下列八面体构型或平面正方形构型得配合物得可能几何异构体。 (1)[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O 二水合一溴化二溴四水合铬(Ⅲ)
顺式 反式 (2)[Co(NH3)3(NO2)3] 三硝基三氨合钴(Ⅲ)
(3)[PtPyNH3ClBr] 一溴一氯一氨吡啶合铂(Ⅱ) 补充题:根据实验测得得磁矩数据判断下列各配离子得未成对电子数,成键轨道,哪些属于内轨型,哪些属于外轨型。 (1)[Fe(H2O)6]2+ μ= 5、3 B·M (2)[Fe(CN)6]4- μ= 0 B·M (3)[Ni(NH3)4]2+ μ= 3、2 B·M (4)[Co(NH3)6]2+ μ= 4、26 B·M (5)[CuCl4]2- μ= 2、0 B·M 解:配合物中含有由(n-1)d ns np组成得杂化轨道,这种配合物称为低自旋配合物或称内轨型配合物。中心离子仍保持其自由离子状态得电子结构。配位体得孤电子对仅进入外层空轨道而形成sp、sp3或sp3d2等外层杂化轨道得配合物,称为高自旋配合物或称外轨型配合物,用磁矩得降低来判断内轨型配合物得生成。 配合物磁性得大小以磁矩μ来表示,μ与成单电子数n得关系:μ= (1)[Fe(H2O)6]2+ μ= 5、3 B·M μ= n = 4 有4个未成成对电子,可见Fe2+3d轨道没有参加杂化,它得杂化轨道就是sp3d2,就是外轨型。 (2)[Fe(CN)6]4- μ= 0 B·M n = 0 可见Fe2+以d2sp3杂化,为内轨型 (3)[Ni(NH3)4]2+ μ= 3、2 B·M μ= n = 2 Ni2+杂化轨道就是sp3,就是外轨型 (4)[Co(NH3)6]2+ μ= 4、26 B·M μ= n = 3 Co2+杂化轨道就是sp3d2,就是外轨型 3d 4s 4p 4d Co2+ [Co(NH3)6] 2+ sp3d2杂化 如[Co(NH3)6] 3+ u = 0 n = 0 Co2+以d2sp3杂化,为内轨型 (5)[CuCl4]2- u = 2、0 B·M n = 1 Cu2+以dsp2杂化,为内轨型 12、试用配合物化学知识来解释下列事实 (1)为何大多数过渡元素得配离子就是有色得,而大多数Zn(II)得配离子为无色得? 解:由于大多数过渡金属离子得d轨道未充满,当吸收一定光能后,就可产生从低能级得d轨道向高能级得电子跃迁,从而使配离子显颜色;而Zn(II)离子得d轨道就是全充满得,不能发生dd跃迁,因而无色。 (2)为什么多数得Cu(Ⅱ)得配离子得空间构型为平面正方形? 答:大多数Cu(Ⅱ)得配离子为平面正方形就是因为Cu2+得价电子层结构就是3d9,在形成配离子过程中,由于配位体得影响,使3d轨道被激发到4p轨道上,空出一个3d轨道,形成dsp2杂化,即: 3d 4s 4p Cu2+