人类对配合物结构的认识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,人类对配合物结构的认识,缘起：1994年12月至1995年3月，清华大学92级化学系物理化学和仪器分析专业2班学生朱令中了铊毒，病情严重。,1995年4月10日开场，为救治清华女生朱令铊中毒，各国医生为,她“网上会诊，曾引起国内外舆论界的轰动 。,1995年4月底，经北京市职业病卫生防治所的陈震阳教授化验确,诊后，在协和医院，用某药救治。,在服用该药后不到24小时内，朱令体内的铊量开场下降，10天,之后，她的血液、脑脊液中铊离子的含量就降至为零。,天价元代鬼谷子下山青花瓷,该药是一种,配合物叫,普鲁士蓝,普鲁士蓝,是一种深蓝色的颜料，在画图和青花瓷器中应用。,是 1704 年普鲁士人狄斯巴赫在染料作坊中为寻找蓝色染,料，而将兽皮、兽血同草木灰在铁锅中强烈地煮沸而得到的。,直到20年以后，一些化学家才了解普鲁士蓝是什么物质，,也掌握了它的生产方法。,后经研究确定其化学式为,KFeFe(CN),6,(六氰合亚铁钾),。,德国的前身普鲁士军队的制服颜色就是使用该种颜色，,直至第一次世界大战前夕才更换成土灰色。,在医疗上铊可取代普鲁士蓝上的钾后，形成不溶性物质随粪便排出，对治疗经急慢性铊中毒有一定疗效。,【问题1】向Fe2(SO4)3溶液中分别参加过量的NaOH溶液和氨水溶液现象是否一样？请分别写出相应的化学反响的化学方程式和离子反响方程式。,新课开场先面向学生现有开展水平，向学生提出问题：,问题1： 让全班学生思考答复。学习新知识前，首先,通过问题驱动进展诊断学生原有知识与技能的理解情况，探明学生已经知道了什么。新课这样导入目的，是为了唤醒学生已有的观念性知识，以便学生在原有的认知根底上构建新的化学知识，为学生认识已有知识经历与下面学习的新知识的联系与差异做好学习准,备，埋下伏笔。面向前概念,1 创设认知冲突 激发探究欲望,【问题2】CuSO4 溶液分别与2mol/L的NaOH溶液和氨水溶液现象是否一样？,让学生思考猜测答复，全班学生对问题的答复很容易产生相异设想因为问题1问题2的情况相似，认为现象都是一样的，都生成蓝色沉淀且不溶解。,4 溶液,再分别滴入2mol/L的NaOH溶液和2mol/L的氨水溶液，观察现象是否一样？,实验操作中，学生观察到：,1.向CuSO4 溶液参加NaOH溶液，蓝色溶液中产生蓝色沉淀，逐渐增多，碱液过量，沉淀也不减少。,2.向CuSO4 溶液滴加氨水时，开场就产生蓝色沉淀，逐渐增多，当参加氨水1mL时，生成沉淀最多，再继续滴加氨水时，沉淀溶解减少，当氨水滴加到2mL时，沉淀正好消失，形成了绛蓝色的溶液。,实验过程中，学生全神贯注实验现象，当看到加氨水蓝色沉淀消失时，全班学生情绪立即高涨，甚至欣喜异常，在活泼的气氛中，大家都感觉到奇怪，实验现象怎么与我们想象的不同呢？是什么原因呢？,对眼前的事实与已有的观念性认识的冲突 ，感到困惑，学生自然提出了这样的问题：该反响终究生成了什么物质呢？通过实验观察，全班同学发现了新问题，提出了费解的问题，自然产生了强烈的探究欲望。,所以在学习新概念、新知识时，首先要厘清学生的前概念，从学生已有的观念性知识入手，以学生已有的知识经历作为切入点，这既稳固了学生原有的知识，又使学生在下面的学习中产生和发现新问题。因为学生学习新知识前，头脑中并不是一片空白，都有一些前概念，学生头脑中已有的知识、概念、观念，对新学习的内容都会产生种种影响，学生对新知识意义的自主构建必须建立在原有知识根底上。,从这一层面上讲，新概念建构的本质更多地是联系与转化，即教师应当通过真实的问题情景促成学生将原有的前概念转化转变为科学概念。,学生在初中已形成了这样的一个化学观念：“盐溶液与碱溶液反响都生成氢氧化物沉淀，但实验1就使学生产生了认知冲突，学生通过实验1的新发现，暴露出了新知识、新现象原有认知构造中的前概念的矛盾，从而产生了疑心，这就使学生觉察到了自己原来的知识构造有缺陷，不完整，急需调整、丰富、完善、开展。这就是化学观念的变化与开展。,实验1使学生产生了强烈的认知冲突和探究欲望，我们要善于从矛盾、反例、差异入手，从知识的联系与差异入手，这就是有效学习。也是我们追求的教学目标和所关注的学习内容，,另一方面，我们在引导学生学习配合物知识时，先提供学生熟悉的问题1，唤醒学生旧观念，再提出问题2，使学生产生认知错误，之后，师生共同观察实验1，通过实验1表征化学问题，使学生发现新问题，产生认知冲突和探究欲望，对学生来说，在学习新内容之前，先配合问题，之后再安排实验1提供实验事实引领学生探究，那么这个实验本身就具有了很强的探究性，学生从中可以获得真实可信的知识。,2.,假设、联想、探究，提高预测能力,在学习新知识的过程中，不仅要重视学生发现问题，提出问题，而且更要重视引导学生分析问题、解决问题。,通过观察实验1，学生很想知道CuSO4溶液与氨水反响变成绛蓝色溶液生成物是什么？生成物是什么组成和构造？,这种新情况对学生来说，真是一个难以捉摸的“黑箱问题，只知道问题的起点，问题解决的目标和方法都不知道，没有现成的解决问题的途径和方法，所以实验1的问题是一个典型的构造不良问题。,而解决此类的问题，不是简单地将已有的知识直接提取就能奏效，除了要依据具体情景，以原有的知识为根底，进展分析推演，而且还应该通过多个概念原理以及大量的经历背景材料的共同作用来实现。 该如何引导学生进展探究？,首先引导学生拓宽问题空间，从事物的外部联系入手，观察实验：,实验2：,2溶液，0.5mol/L Cu(NO3)2溶液各2mL分别逐滴参加浓氨水。,学生观察到的实验现象与实验1现象一样，蓝色溶液最终都转变为绛蓝色的溶液。 对此我们引导学生对实验1、实验2的事实信息，进展初步分析归纳加工，使学生体会到CuSO4 、CuCl2 、Cu(NO3)2溶液具有共同的属性，与氨水反响具有一样的变化规律。,以上仅是学生的感性认识，即事物的外部联系和外表特征。而事物的本质只有靠理性思维才能把握。,我们要引导学生，提醒事物的内、外在联系，提醒现象背后深藏的本质的东西。,探究学习，既不能脱离现象，凭空去想象事物的本质，也不能使认识停留在现象上，要尽可能把研究宏观性质及变化和研究物质微观上的组成、构造和作用结合起来，建立对微观化学世界的想象力，,从而对物质的宏观认识开展到微观认识，形成化学学科的思维方式，启发学生用联系的观点看问题，从事物及其事物内部诸要素之间的相互联系和相互作用入手认识新物质。,例如，学生通过实验1、实验2的考察，认识到CuSO4 、CuCl2 、Cu(NO3)2 3种溶液分别与氨水反响现象一样，具有一样的变化规律，这说明这三种反响的微粒之间相互作用一样，物质之间的本质联系一样，基于这种理解，可以进一步引导学生从总体的联系去假设、联想，可引导探究以下问题：,1. NH3与CuSO4 、CuCl2 、Cu(NO3)2溶液反响是与,Cu2+离子反响还是与阴离子反响？,2.在实验1中，完全反响时n (CuSO4):n (NH3)=1:4，,能否预测生成物是什么？能否写出实验1反响的,离子方程式和化学方程式？,3.在水溶液中Cu2+与NH3是如何结合成Cu(NH3)42+的,呢？,请你提出Cu2+与NH3分子结合成Cu(NH3)42+的设想，并将你的想法与同学交流讨论。,对于问题1，学生通过非逻辑性联系，进展联想、归纳，能提醒出所有铜盐溶液与氨水溶液反响的本质联系，认为是阳离子Cu2+与NH3分子相互作用，不可能是阴离子与NH3分子的作用，认识到反响最终观察到的绛蓝色溶液的现象，本质原因是Cu2+与NH3相互作用，结果生成了一种新的化学微粒。,对于问题2，反响生成的新的化学微粒其化学成分是什么？能否预测？,引导根据实验数据n (Cu2+):n (NH3)=1：4进展整体分析、推测，要求用综合的思维方式来认识事物，既着眼于事物的整体，又要把事物和系统的各个局部，各个要素联系起来进展考察，优化组合，引导学生直接建立问题的始态和终态的关系，使学生根据事实合理地预测生成物，并正确地写出相应的离子方程式和化学方程式：,Cu2+4 NH3=Cu(NH3)42+,CuSO4+4NH3=Cu(NH3)SO4,所以，对于解决复杂问题，我们要引导学生学会运用系统整体的方法。问题越复杂，系统整体方法越有越简洁。,对于问题3，Cu(NH3)42+很难用化合价进展解释？那么对于Cu2+与NH3是如何形成Cu(NH3)42+的？对预测结果如何进展理论解释？,我们引导学生对形成的的Cu(NH3)42+进展因果关系的分析，首先，引导学生联想没有逻辑联系的,NH3+H+=NH4+的反响，使学生发现和意识到,Cu2+和H+具有许多相似之处，离子电子层外围都,有空轨道，Cu2+和H+应该都能与NH3发生相似的,相互作用，形成配位键。,学生通过联系把Cu2+与H+、Cu(NH3)42+与 NH4+进展联系、比照、推理，把通常看来似乎没有联系的事物联系起来考察，发现了其中真实的本质联系，通过分析比较法，异中求同，进展想象综合，从而使学生的思维产生了创造性的突破和发现.,学生通过对系统内部相关性的要素的构造分析，功能分析，认识到Cu2+和NH3通过配位键形成了新的稳定的复杂的铜氨配离子：,Cu,2+,+4NH,3,= Cu(NH,3,),4,2+,CuSO,4,+4NH,3,= Cu(NH,3,),4,SO,4,联想：NH,3,+H,+,=NH,4,+,绛蓝色溶液现象产生的原因，,是Cu,2+,与NH,3,相互作用的结果,。,铜氨配合物比氢氧化铜更稳定，,沉淀溶解平衡与配合平衡是相互竞争的。,在铜氨配离子中，Cu,2+,提供4个dsp2杂化轨道与4个NH,3,分子,形成4个配位键，生成复杂的铜氨配离子Cu(NH,3,),4,2+,通过以上分析、探究活动，师生共同归纳：,1.配位键的形成与本质,1孤对电子2配位键,3形成配位键的条件,2.配合物,1概念2配合物的形成以Cu(NH3)42+为例,3配合物的组成以Cu(NH3)42+为例,中心原子 配位体 配位数,配离子的电荷 内界与外界,所以，在探究认识新物质Cu(NH3)42+形成的时候，引导学生通过联想拓宽思维空间，突破现有思维框架的限制，由一事物联想到另一事物，抑制两个事物在意义上的差距，并在另一个意义上把它们联系起来，从而产生了一些新的设想和思想，及解决问题的新思路、新途径、新方法。使学生从事物的特征看到了未知事物的特征，通过相似联想，比照联系，分析事实，使学生从中获得了新的知识，认识了新事物，创造性地解决了新问题，,这不仅揭开了人类认识配合物构造的奥秘，帮助学生进一步丰富了物质构造的知识，还使学生进一步形成了物质构造的新观念。,所以在追求目标的过程中，我们不仅要引导学生由此及彼由近及远地思考问题，而且还要引导学生由表及里，由浅入深地思考问题。,。,例如实验1，蓝色CuSO4溶液与氨水完全反响时变成绛蓝色溶液，生成物是什么？先从宏观上使学生意识到该现象就是相互联系的Cu2+和NH3的相互作用，不是阴离子与NH3的相互作用。然后从微观上引导学生分析因果关系：,一切现象都有其产生的原因，任何原因都必然引起一定的结果，因为Cu2+和NH3相互作用生成新的稳定的复杂Cu(NH3)42+配离子，结果使溶液变成绛蓝色，为什么Cu2+和NH3能够发生相互作用，因为Cu2+具有承受孤对电子的空轨道，NH3分子具有孤对电子，能够提供孤对电子进入到Cu2+离子的空轨道形成配离子.,生成的Cu(NH3)42+既是绛蓝色溶液现象产生的原因，又是Cu2+与NH3相互作用的结果。因此对于一个具表达象来说，往往原因之前还有原因，结果之后还有结果。,3,。质疑、反思、验证 提高自主探究能力,人们对客观事物的认识，既要有形成科学认识之前超前的预测，又要有形成认识、结论之后的反思论证。不仅要认识作为客观事物的外部世界，同时也要对自身的认识过程和结果进展反思再认识。例如学生通过对实验1、实验2现象事实的科学归纳，因果分析和类比推理，形成了对未知新物质配合物的认识。这种对新事物的认识与推测是否真实正确地反映了客观事物，我们该如何引导学生进展质疑与反思，该如何引导学生检验进展证实与证伪呢？,设计实验方案 深刻质疑与反思,实验3： 将实验1 的CuSO4溶液与氨水恰好完全反响的溶液分成两等份，其中一份参加浓NaOH溶液没有沉淀生成，加热，闻不到刺激性气味，用湿润的酚酞试纸放在管口也不变红。检验不出Cu2+和NH3。,实验4： 另一份铜氨溶液中参加BaCl2溶液产生白色沉淀，检验出铜氨溶液中有大量的SO42-离子。,结论：,4溶液与氨水反响是Cu2+与NH3分子作用形成,了稳定的难电离的复杂的铜氨配离子。,2. Cu(NH3)42+和SO42-离子是相对独立的存在于,铜氨溶液中两种粒子，事实证明理论预测是正确的。,Cu(NH3)4 SO4= Cu(NH3)42+ SO42-,根据以上实验现象，师生共同讨论、分析、归纳形成结论：,CuSO4溶液与氨水反响是Cu2+与NH3分子作用形成了稳定的复杂的铜氨配离子Cu(NH3)42+，铜氨配离子和SO42-离子是相对独立的两种粒子存在于铜氨溶液中，事实证明理论预测是正确的。,所以让学生对铜氨配合物的认识结果进展质疑、反思、实验验证的过程，既是一个使学生再实践的过程，也是一个对配合物进展再认识的过程，既是从认识向实践转化的过程，又是认识过程的继续，不但是认识正确与否得到检验的过程，而且是学生对取得的认识进展修正、补充、丰富、开展、提升和深化的过程。,再引导学生进展反思：,(1)为什么先产生沉淀，以后沉淀又逐渐溶解变成绛蓝色的溶液？,(2)如何解释沉淀的生成和消失？整个过程如何用离子方程式和化学方程式表示？,(3)如继续再加氢氧化钠溶液，让学生观察思考为什么不再产生沉淀？,(4)如果硫酸铜溶液先加氢氧化钠再加氨水，有何现象？为什么先出现沉淀？氢氧化钠过量沉淀也不消失？而继续加氨水后，最终沉淀消失？如何解释？写出相应的化学方程式和离子方程式。,(5)硫酸铁溶液分别和氨水、氢氧化钠溶液反响，现象是否有差异？,(6)硫酸铝溶液分别与氨水、氢氧化钠溶液反响，现象和过程为什么不完全一样？并与硫酸铜比照，你有什么体会？,通过引导学生实践与反思学生有所知有所不知的问题，使学生对已有知识形成新的理解，认识了新旧知识间的联系和区别，理解了知识的变化和开展，使学生体会过去已获得的对客观事物的规律性的正确认识，只是对物质世界及其属性的一局部内容的认识，还有很多事物没有认识或没有认识清楚，我们的认识还有待扩展与深化。,针对硫酸铜溶液分别和氨水、氢氧化钠溶液反响学生产生相异设想问题，引导学生注意和把握事物存在和开展的各种条件和具体情况。引导学生理解一切事物的存在和开展都是具体的、有条件的，都有自己适用的条件和范围，都是相对于特定的过程来说的。如果超出了这个条件和范围，不顾具体过程的推移，不考虑条件，只是照搬过去的认识，不切实际运用于另一种情况之中，都会产生错误认识。,让学生体会，在学习中我们必须对具体问题、具体情况，要具体分析、具体对待。,让学生自己通过多方面的实践探究和思考，在体验和感悟中构建知识，学生的知识积累经历了一个由不知到知，由知之不多到知之较多的过程，学生对事物的认识经历了一个由片面到较全面和一个由浅入深的过程。,学生实践的创新推动了知识的创新。,4.,应用、整合、归纳 构建知识体系,认识新物质的时候，不仅要判断对象是什么？为什么？还要解决有用无用，有哪些应用；学习的意义不仅在于探索尚未知道的东西，实现知识构造量的扩展，而且还在于能够应用习得的新知识解释新现象，解决新问题。,根据认知规律，学生刚建立一个新的知识点以后，还缺乏以使新的概念知识稳固下来，还不知道新知识与已有知识的广泛联系与区别，此时的新知识是孤立的，支离破碎、零散的，具有随机性，难以掌握。所以，在实际教学中，我们必须注重应用性教学，要能够前有伏笔，中有突破，后有开展。要借助实例、特例、反例帮助学生建立新旧知识的联系，使所学的知识网络化、系统化、整体化。在应用过程中进一步地深化理解。,让学生再思考下例问题：,1.明矾是否是配合物？为什么？让学生通过实例进展知识的横向联系与比照，理解配合物与复盐的区别，学会知识的区分,2.硝酸银溶液参加氨水产生沉淀后形成无色溶液，再参加葡萄糖溶液，水浴加热，试管内壁产生银镜，整个过程如何解释,3. 在棕黄色的 Fe3+溶液中参加kSCN溶液,立即变为深红色，然后将溶液调至中性，再参加足量的碘化钾溶液，红色立即退去。写出反响的离子方程式方程式。,4.氯化铁与氯化铜混合溶液如何别离？如何设计实验方案？实验过程中观察到那些现象？如何解释？如何用化学用语来表达？,1.,为什么说明矾是复盐而不是配合物？,为什么说,Cu(NH,3,),4,SO,4,是配合物而不是复盐？,解析：,KAl(SO,4,),2,12H,2,O=K,+,+Al,3+,+2SO,4,2-,+12H,2,O,Cu(NH,3,),4,SO,4,=,Cu(NH,3,),4,2,+,+SO,4,2-,分析与结论,2.向硝酸银溶液中逐滴参加氨水，先产生沉淀后形成无色溶,液，再参加葡萄糖溶液，水浴加热，试管内壁产生银镜，,整个过程如何解释？,解析： AgNO3+NH3H2O=AgOH+NH4NO3,AgOH+2NH3H2O= Ag(NH3)2OH+2H2O,CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OH(水浴加热,CH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag+3NH3+H2O,NH,3,NH,3,Ag(NH,3,),2,+,的空间构型为直线形,5p,4d,5s,4d,5s,5p,Ag,+,sp,杂化,分析：在AgCl沉淀中加氨水，可使白色沉淀溶解，生成无色,透明的 Ag(NH3)2+配离子；假设再向该溶液中参加NaBr溶液，,立即出现淡黄色AgBr沉淀。前者因配位剂的参加，而使沉淀平衡转化为配位平衡；后者因较强的沉淀剂参加，而使配位平衡转化为沉淀平衡。反响如下：,答案：,Ag,+,+ Cl,-,=AgCl,AgCl +2NH,3,H,2,O=Ag(NH,3,),2,+,+ Cl,-,+2H,2,O,Ag(NH,3,),2,+,+ Br,-,= AgBr +,2,NH,3,AgCl,Ag(NH,3,),2,2,+,AgBr,AgI,Ag,2,S,3.在棕黄色的 Fe3+溶液中参加kSCN溶液,立即变为深红色，然后将溶液调至中性，再参加足量的碘化钾溶液，红色立即退去。写出反响的离子方程式方程式。,解析：,Fe,3,6H,2,O ,Fe(H,2,O),6,3+,棕黄色,Fe,3,3SCN, ,Fe(SCN),3,血红色,或Fe,3,6SCN, ,Fe(SCN),6,3-,血红色,Fe(SCN),3,6F, 3SCN, ,FeF,6,3-,无色,这是一个由配位能力,弱,向配位能力,强,的转化过程,通过应用整合，学习陈述性知识、程序性知识和策略性知识，使学生所学的新知识同化融合到已有的认知构造中，与原有的知识构造进展整合重组，形成新的认知构造，到达对新知识意义的真正理解，形成科学的价值观。,知识的应用和整合，总结与整理，对所学的知识产生了系统整体性认识，对所学的内容所反映的事物规律以及它们之间的内在联系，到达了整体性的理解，而不是只见树木，不见森林，新知识有效地融合到了原有的认知构造，学生知识构造的完善和丰富，促进了认知构造的开展。引导学生从把握知识体系入手学习知识，把学习的内容放到整体中去，掌握规律，而不是孤立地去背诵，更有益于学生对知识的理解，记忆，消化和吸收。,黄血盐,K,4,Fe(CN),6,赤血盐,K,3,Fe(CN),6,六氰合铁 (,) 酸钾,或称,亚,铁氰化钾，俗称黄血盐。,六氰合铁（,）酸钾,或称铁氰酸钾，俗称赤血盐。,黄血盐溶液遇到 Fe,3+,离子，立即生成名为,普鲁士蓝。,KFeFe(CN),6,(,六氰合亚铁钾,)的,深蓝色,沉淀。,赤血盐溶液遇到 Fe,2+,离子，立即生成名为,滕氏蓝。,KFeFe(CN),6,(,六氰合亚铁酸铁钾,),沉淀。,K,+,+ Fe,3+,+ Fe(CN),6,4-,=,KFeFe(CN),6, ,利用这一反应，可用黄血盐,溶液来,检验 Fe,3+,离子的存在。,普鲁士蓝,俗称铁蓝，在工业上用作染料和颜料。,K,+,+,Fe,2+,+Fe(CN),6,3-,=,K,FeFe(CN),6,利用这一反应，可用赤血盐溶液来,检验 Fe,2+,离子的存在。,经结构研究证明，,腾氏蓝,的组成与结构和,普鲁士蓝,一样,。,普鲁士蓝,与,藤氏蓝,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,