高中化学中配合物的教学与研究

2022-05-30刘利锋

数理化解题研究·综合版 2022年7期

刘利锋

摘要：化学作为三大基础学科的中心学科，与生命、能源、材料及环境领域息息相关，承载着人类的文明与希望.每时每刻都在创造着新的物质，探索着自然界的奥秘，为人类命运共同体的美好未来发挥着巨大的引领作用.而配合物的研究作为无机化学的重要分支，广泛应用于物质的分析、分离、提纯，并应用到电镀、医药、照相、印刷等方面，打破了无机化学与有机化学的界限，极大的丰富了化学的内涵与外延，也是高中教学的一个难点，更是近年来高考命题的一个热点与趋势，据此对高中化学配合物知识进行了探究.

关键词：教学合一;知行合一;配合物、螯合物;高中化学

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2022）21-0118-03

1配合物、螯合物的联系与区别

配合物的定义：中心离子（或原子）和一定数目的配位体（中心分子或阴离子）以配位共价键结合而形成的复杂结构单元称配合单元，凡是由配合单元组成的化合物称为配位化合物，简称配合物.例如：

CuSO4+4NH3[Cu（NH3）4]SO4

硫酸化四氨合铜（Ⅱ）

AgCl+2NH3[Ag（NH3）2]Cl氯化二氨合银（Ⅰ）

PtCl4+2KClK2[PtCl6]六氯合铂（Ⅳ）酸钾

3NaF+AlF3Na3[AlF6]六氟合铝（Ⅲ）酸钠

中心原子或中心离子：配合物形成体，它位于配离子（或分子）的中心.绝大多数配合物的形成体是带正电荷的金属离子.过渡金属的离子，由于具有空轨道，是较强的配合物形成体.当然，中性的原子也可以作为形成体，如：Ni（CO）4、Fe（CO）5中的Fe与Ni等.

配位体：指与中心离子结合的分子或离子.在配位体中直接与中心原子相连的原子叫配位原子，具有孤对电子对，一般包含N、O、S、C和卤素等，分为单齿与双齿配位体.

配位数：是指中心离子（或原子）所接受的配位原子的数目，若配位数是单齿的就是该中心离子或原子的配位数，Cu（H2O）2+4、Co（NH3）3+6的配位数分别是4和6;Pt（en）2+2中的乙二胺（en）是双齿配位体，每个en中有两个氮原子与中心离子Pt2+配位，所以配位数不是2而是4.常见的单齿配位体有H2O、CO、NO、CH3、NH2、F-

、Cl-、Br-、I-、OH-、CN-，双齿有乙二胺四乙酸根（EDTA）等.那么螯合物与配合物的有什么关系呢？其实螯合物属于配合物，是一种特殊的配合物，两者沒本质的区别.主要的区别在于形成配合物时配位体是否为双齿，若为双齿，形成配合物时的形状如同螃蟹的双螯钳住中心离子，而使中心离子与配位体结合成环状结构，从而形象地称之为螯合物.

纵观近几年的高考题不难发现，多数情况下是考查学生对于配合物的概念、配位数的计算层面，相对来说还是比较简单，但是对于学生今后在大学的学习具有重要的意义.

2高中阶段涉及的三个配合物实例教学研究

（1）银氨溶液的配制

AgNO3+NH3·H2OAgOH↓+NH4NO3

2AgOHAg2O+H2O

Ag2O+4NH3+H2O2[Ag（NH3）2]OH

（2）人教版选修3课全P42页[Cu（NH3）4]SO4和Fe3+的检验

Cu2++2NH3·H2OCu（OH）2↓+2NH+4

Cu（OH）2+4NH3[Cu（NH3）4]2++2OH-

（3）Fe3++3SCN-Fe（SCN）3

在高中阶段这三个有限的实例教学中，在教学时尽可能地让学生自已动手去探究，并认真思考为什么已经形成沉淀，最终沉淀会溶解？沉淀溶解生成的物质与以前熟知的物质有什么不同？你能结合课本知识解释它们形成的原因吗？尤其是结合化学第二课堂，让学生通过网络了解配合物形成的基本理论和在实践中的应用，既增加学生的学习兴趣，又开阔学生的视野，形成良好的探究氛围，教学效果非常理想.

3高中阶段配合物研究的价值和意义

（1）熟知配合物成因，了解配合物的价键理论，培养学生宏观识与微观探析方面的核心素养.自从Sidgwick和Pauling提出配位共价键模型后，逐渐产生中心离子（原子）提供轨道而配位体提供孤电子对的配合物价键理论.例如：Fe3+形成FeF63-，

进入大学学习后，这些知识将作为专业来进行学习，但高中阶段的学生由于认识的局限性，未对价键知识和杂化轨道理论进行系统的学习，但通过外轨形和内轨形配合物的简单介绍，学生能更好的理解全满半满全空的意义，从而对分子是否具有磁性有一个初步的了理，利用轨道图（如图1所示）来讲授对学生的理性思维、发散思维的培养事半功倍.

（2）引导学生能从结构的角度解释物质的性质，培养学生的科学探究与创新意识素养.配合物价键理论的部分大学内容空降到了高中，对学生的综合素质要求相当高，但是有好多老师，对这一部分知识本身就是盲区，对外轨形和内轨形的配合物分不清，更不要说从磁学理论来解释.例如：在刚刚进行的本市第三次检测中，关于Fe（CN）3-6的考查，题目中问到，为什么CN-的配体以C配位，而不是以N配位？同时为什么-NO-2配体以N配位，而不是以O配位？这就考查到了内轨形低自旋配合物的知识，但是站在高中阶段，能给出的答案只能是电负性低的容易给出孤对电而已，但对于一些基础好的学生要问到FeF3-6和Fe（CN）3-6的杂化轨道有什么不同？为什么前者具有磁性而后者磁性降低，甚至为反磁性时老师则很难解释清楚，对教学效果造成影响.陶行知先生曾说过：“先生的责任不在教，而在教学，而在教学生学;教的法子必须在于学的法子;先生不但要拿他教的法子和学生学的法子联络，并须和他自己的学问联络起来”.所以必须践行教与学的辩证关系，在教书的过程中树立终身学习的理念，不断提升自已的教育理念，提高教学的水平.

（3）培养学生的科学态度及社会责任，提高学生学习化学的兴趣，帮助学生树立正确的人生观及价值观.例如：在笔者研究的配合物中，钌配合物具有较好的抗肿瘤活性，其给药方式不同于临床应用的铂类药物，提供了代替铂类药物用于治疗癌症的可能性.目前正在进行二期临床试验的钌配合物为：NAMI-A，KP1019和NKP-1339.此外，具有钢琴凳几何形状的有机金属芳烃钌半三明治配合物，如Dyson课题组开发的RAPTA-C;Sadler课题组开发的RM175，因其具有较好的抗癌活性而引起越来越多的关注.对于笔者研究的双核芳烃钌配合物[（η6-arene）Ru（TSC）Cl]2Cl2，（TSC=氨基硫脲）是一类具有特殊结构的钌配合物，其往往具有良好的康复肿瘤活性（如图2所示）.

作为一名化学老师，无论你在高中段还是大学段，树立终身学习的意识是必备的素质.高中的学生正值青春期，对新生的事物非常的感兴趣，只要引导好会使学生终身受益，也会使社会受益.当笔者介绍完自已研究的配合物时，教室里非常安静，孩子们的眼睛亮晶晶的，对未来的大学生活充满期待，一颗探索未来世界的种子已深深的埋入他们的内心，学好化学造福社会的责任感由然而生，连一直以来不怎么学生学生，下课后都主动来找笔者谈心，那一刻的教学真美，笔者和学生都收获到知识带来的幸福.

（4）助力学生在高考中取得优异成绩，同时也为高等教育输送优质的生源，为化学人才的培养奠定基础.十年磨一剑，霜刃未曾试，对于距高考只有一个多月的学生来说，教师对高考的引导与纠错至关重要，关系到学生的未来与发展，也是体现高中化学教学价值的关键所在，下面就高考原题和大家共享一下.

例1（1）在配合物[Fe（SCN）]2+中，提供空轨道接受孤电子对的微粒是，画出配合物

[Ag（NH3）2]+中的配位键：.

（2）H3O+的空间构型为，BCl3的空间构型为.

（3）FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸气状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为，其中Fe的配位数为.

（4）五羰基合铁Fe（CO）5的配体是，已知配原子是C而不是O，其可能的原因是.

（5）已知

Fe3++K++[Fe（CN）6]4-KFe[Fe（CN）6]

利用该离子方程式可以检验溶液中的Fe3+，

[Fe（CN）6]4-中σ和π数目之比.

通过以上例题的展示与配合物基本知识的分析，不难看出，配合物的重心展现在成键特征、空间构型、杂化类型、等电子体方面，但是由于所有的题型均是以配合物做為骨架，给人一种难以逾越的感觉，但是只要在授课过程中理清线索，注重基础，使学生对配合物有一个不正确了解，一定会对孩子的今后发展起到积极的作用.

参考文献：