了得網自然科學_無機化學(周祖新)(第二版)

內容簡介

《無機化學》第2版是按照應用技術型高校無機化學教學基本要求編寫的。理論部分以“必須”、“通俗易理解”、“夠用”、“應用”為原則，講解原理較多應用通俗的課堂語言和生產素部分突出典型素及化合物知識的介紹以及部分產品的生產工藝，有助於提高學生的生產意識、經濟意識、生產安全意識、合理利用資源及環境保護意識。
《無機化學》第2版共分13章，基本原理和重要規律有：物質及其變化、化學熱力學及化學反應速率和化學平衡，這些原理具體應用的酸堿平衡和溶解沉澱平衡、氧化還原反應、配位化合物等；物質結構部分分為原子素周期律、分子結構和晶體素部分有非金屬兩章和金屬各三章。
《無機化學》第2版可作為應用技術型高校化工、材料、輕工、醫藥、生物類無機化學或基礎化學教材，也可作為其他高校非化學專業教材，並可供相關工廠、企業技術人員及自學者參考。

作者簡介

周祖新，上海應用技術學院化學與環境學院，副教授，1991年-2008年教授無機化學，無機與分析化學，普通化學，現代生活與化學，工程化學
主要教學、科學研究、實踐經歷
1．生物傳感器的研究（過氧化氫酶傳感器，乙酰膽堿酯酶生物傳感器，葡萄糖生物傳感器）
2．催化劑的研究（合成嗎啉的催化劑研究）
3．有機中間體，農藥的合成（β-紫羅蘭酮的合成，高純氨丙醇的合成，並進行了中試生產，多肽的合成研究，新型農藥苯氧威的合成，並進行了中試生產）
4．在工廠主持生產維生素A的中間體β-紫羅蘭酮5年。

緒論1
0.1化學的研究對像1
0.2化學發展簡史1
0.3化學在國民經濟中的作用5
0.4化學學科的體繫6
0.5學習無機化學的方法6
【閱讀資料】我國早的化學研究機構7
第１章物質及其變化8
1.1一些化學的基本概念8
1.1.1物質的組成8
1.1.2物質的量及其單位8
1.2氣體及其分壓定律9
1.2.1理想氣體狀態方程9
1.2.2氣體分壓定律10緒論1
0.1化學的研究對像1
0.2化學發展簡史1
0.3化學在國民經濟中的作用5
0.4化學學科的體繫6
0.5學習無機化學的方法6
【閱讀資料】我國早的化學研究機構7
第１章物質及其變化8
1.1一些化學的基本概念8
1.1.1物質的組成8
1.1.2物質的量及其單位8
1.2氣體及其分壓定律9
1.2.1理想氣體狀態方程9
1.2.2氣體分壓定律10
1.2.3氣體的擴散定律12
1.3化學反應中的質量關繫13
1.3.1應用化學反應方程式的計算13
1.3.2化學計量數與反應進度14
【閱讀資料】生物芯片和生物計算機15
思考題16
習題17
第２章化學熱力學初步19
2.1基本概念19
2.1.1繫統與環境、組分與相19
2.1.2狀態與狀態函數20
2.1.3熱力學能21
2.1.4熱和功21
2.1.5過程與途徑21
2.1.6熱力學定律22
2.2熱化學23
2.2.1化學反應熱與焓變23
2.2.2化學反應熱的計算25
2.3化學反應進行的方向29
2.3.1化學反應自發性的判斷29
2.3.2吉布斯自由能變與化學反應的方向30
2.3.3吉布斯自由能變在無機化學中的應用35
【閱讀資料】新世紀的綠色能源40
思考題41
習題42
第３章化學反應速率和化學平衡45
3.1化學反應速率45
3.1.1反應速率的表示方法45
3.1.2反應速率理論46
3.1.3反應物濃度與反應速率的關繫48
3.1.4反應速率與溫度的關繫51
3.1.5催化劑與反應速率的關繫53
3.1.6其他因素對化學反應速率的影響56
3.2化學平衡56
3.2.1可逆反應和化學平衡56
3.2.2化學平衡的特點57
3.2.3經驗平衡常數57
3.2.4標準平衡常數57
3.2.5平衡常數的推導58
3.2.6平衡常數的意義59
3.2.7K與ΔrGm的關繫59
3.2.8多重平衡規則60
3.3化學平衡的移動60
3.3.1濃度對平衡的影響60
3.3.2壓力改變對平衡的影響61
3.3.3溫度改變對平衡的影響62
3.3.4催化劑對化學平衡的影響63
3.3.5平衡移動原理——呂·查德裡原理63
3.4有關化學平衡及其移動的計算64
3.4.1平衡常數的求得64
3.4.2平衡轉化率64
3.5反應速率與化學平衡的綜合應用66
【閱讀資料】光合作用及其應用68
思考題69
習題71
第4章酸堿平衡和溶解沉澱平衡74
4.1電解質的分類及其解離74
4.1.1電解質的分類74
4.1.2酸堿的分類75
4.1.3復分解反應的實質75
4.1.4強電解質溶液簡述76
4.2弱酸、弱堿的解離平衡76
4.2弱酸、弱堿的解離平衡76
4.2弱電解質的解離79
4.2.3水的解離和溶液的pH值81
4.3同離子效應和緩衝溶液83
4.3.1同離子效應83
4.3.2緩衝溶液84
4.4鹽類的水解89
4.4.1各類鹽的水解90
4.4.2影響水解平衡的因素93
4.4.3鹽類水解的應用93
4.5酸堿質子理論94
4.5.1酸堿的定義94
4.5.2酸堿共軛關繫94
4.5.3酸堿的強弱95
4.5.4酸堿反應95
4.6沉澱溶解平衡96
4.6.1沉澱溶解平衡與溶度積96
4.6.2溶度積規律及其應用98
4.6.3沉澱的溶解和轉化104
【閱讀資料】室溫離子液體——綠色替代溶劑107
思考題108
習題109
第5章氧化還原反應112
5.1氧化還原反應的基本概念112
5.1.1氧化數112
5.1.2氧化還原反應方程式的配平113
5.2原電池與電極電勢115
5.2.1原電池115
5.2.2原電池的組成116
5.2.3原電池的符號117
5.3電極電勢118
5.3.1電極電勢的產生118
5.3.2標準電極電勢118
5.4影響電極電勢的因素121
5.4.1Nernst方程式121
5.4.2濃度對電極電勢的影響122
5.4.3實際電對物質不為標準態時的標準電極電勢124
5.5電極電勢的應用125
5.5.1計算原電池的電動勢125
5.5.2判斷氧化還原反應能否進行或方向126
5.5.3比較氧化劑和還原劑的相對強弱127
5.5.4氧化劑或還原劑的選擇128
5.5.5確定氧化還原反應進行的程度128
5.5.6計算一繫列平衡常數129
素電勢圖130
5.素標準電勢圖130
5.素電勢圖的應用130
5.7化學電源與電解132
5.7.1化學電源132
5.7.2電解過程簡介135
【閱讀資料】電化學電容器——新型儲能裝置137
思考題138
習題139
第6章原子素周期律142
6.1玻爾理論與微觀粒子特性142
6.1.1光譜及氫原子光譜142
6.1.2玻爾理論143
6.1.3玻爾理論的成功和缺陷144
6.1.4微觀粒子的特性144
6.2核外電子運動狀態描述146
6.2.1薛定諤方程146
6.2.2波函數、原子軌道和電子雲146
6.2.3四個量子數的物理意義150
6.3核外電子排布153
6.3.1多電子原子的能級153
6.3.2核外電子排布原則與基態原子的電子構型154
6.3.3原子素周期的關繫157
6.4原子素某些性質的周期性變化158
6.4.1有效核電荷159
6.4.2原子半徑159
6.4.3電離能(I)160
6.4.4電子親和能(Y)161
6.4.5電負性(Ｘ)162
6.4.6金屬性和非金屬性163
【閱讀資料】微觀物質的深層次剖示163
思考題164
習題165
第7章分子結構和晶體167
7.1離子鍵167
7.1.1離子鍵的形成167
7.1.2離子鍵的特點167
7.1.3離子的特征168
7.2共價鍵169
7.2.1路易斯理論169
7.2.2現代價鍵理論169
7.2.3共價鍵的形成169
7.2.4共價鍵理論要點170
7.2.5共價鍵的特征170
7.2.6共價鍵的類型171
7.2.7幾個重要的鍵參數172
7.3價層電子對互斥理論簡介174
7.3.1價層電子對互斥理論要點175
7.3.2推斷分子或離子空間構型的步驟175
7.4雜化軌道理論176
7.4.1價鍵理論的局限性176
7.4.2雜化軌道理論的基本要點177
7.4.3雜化類型與分子幾何構型177
7.5分子軌道理論179
7.5.1分子軌道理論基本要點179
7.5.2形成分子軌道的原則179
7.5.3分子軌道的能級181
7.5.4分子軌道中電子填充的原理181
7.5.5分子軌道理論的應用實例182
7.6金屬鍵和鍵性過渡183
7.6.1金屬鍵理論183
7.6.2鍵型過渡184
7.7分子間作用力和氫鍵184
7.7.1分子的極性和變形性185
7.7.2分子間作用力186
7.7.3範德華力與物理性質的關繫187
7.7.4氫鍵188
7.8晶體結構190
7.8.1晶體的概念190
7.8.2晶體的基本類型190
7.8.3離子晶體191
7.8.4原子晶體192
7.8.5分子晶體192
7.8.6金屬晶體192
7.8.7混合型晶體193
7.8.8離子極化對物質性質的影響193
7.8.9其他一些固體物質195
【閱讀資料】軟物質196
思考題198
習題199
第8章配位化合物201
8.1配位化合物的基本概念201
8.1.1配位化合物的定義201
8.1.2配合物的組成201
8.1.3配位化合物的命名203
8.2配位化合物的化學鍵理論204
8.2.1配合物的價鍵理論204
8.2.2外軌型配位化合物和內軌型配位化合物206
8.2.3價鍵理論的應用207
8.2.4晶體場理論207
8.2.5螯合物213
8.3配位平衡213
8.3.1配合物的不穩定常數與穩定常數213
8.3.2穩定常數的應用214
8.4配位化學的制備和應用217
8.4.1配合物的制備217
8.4.2配位化合物的應用218
【閱讀資料】我國配位化學進展220
思考題221
習題223
第9章素(一)氫稀有氣體鹵素225
9.1氫225
9.1.1氫的性質225
9.1.2氫氣的制備226
9.1.3氫的用途226
9.2稀有氣體226
9.2.1稀有氣體的存在與制備227
9.2.2稀有氣體的性質和用途227
9.2.3重要稀有氣體化合物228
9.素228
9.3.1在自然界中的存在228
9.3.2鹵素的通性229
9.3.3鹵素單質230
9.3.4鹵素的氫化物234
9.3.5鹵化物236
9.3.6鹵素的含氧酸及其鹽238
9.4擬鹵素240
9.4.1擬鹵素與鹵素性質的對比240
9.4.2含氰廢水的處理241
9.5分子型氫化物的結構及其性質變化的規律性242
9.5.1分子結構242
9.5.2熱穩定性242
9.5.3還原性242
9.5.4水溶液性質242
【閱讀資料】碘在人體中的作用244
思考題245
習題245
第10章素(二)氧硫氮磷碳硅硼247
10.1氧247
10.1.素的通性247
10.1.2氧及其化合物247
10.2硫及其化合物251
10.2.1單質硫251
10.2.2硫化氫和硫化物252
10.2.3硫的含氧化合物和含氧酸255
10.2.4硫的含氧酸鹽257
10.素及其化合物261
10.3.素通性261
10.3.2氮氣261
10.3.3氨和銨鹽262
10.3.4氮的含氧化合物264
10.3.5含氮氧化物廢氣的處理269
10.3.6磷及其化合物269
10.4碳、硅、硼及其化合物273
10.4.1碳及其化合物274
10.4.2硅的化合物278
10.4.3硼的化合物280
【閱讀資料】一氧化氮——一種重要的生物活性分子282
思考題283
習題284
第11章主素（一）堿金屬和堿土金屬286
11.1堿金屬和堿土金屬的通性286
11.素的單質287
11.2.1物理性質287
11.2.2化學性質287
11.2.3單質的制備288
11.3堿金屬和堿土金屬的氧化物288
11.4氫氧化物289
11.5堿金屬和堿土金屬的鹽類291
11.6硬水軟化和純水制備294
11.7R—O—H規則295
【閱讀資料】膜分離技術297
思考題298
習題299
第12章主素（二）鋁錫鉛砷銻鉍300
12.1鋁及其重要化合物300
12.1.1單質鋁300
12.1.2氧化鋁和氫氧化鋁301
12.1.3鋁鹽302
12.2錫、鉛及其重要化合物303
12.2.1錫、鉛的單質303
12.2.2錫、鉛的氧化物及其水化物304
12.2.3錫、鉛的鹽類及其水解305
12.2.4含鉛廢水的處理306
12.3砷、銻、鉍及其化合物306
12.3.1砷、銻、鉍的單質306
12.3.2氫化物306
12.3.3氧化物及其水合物307
12.3.4含砷廢水的處理308
【閱讀資料】鉛對人體健康的影響308
思考題310
習題311
第13章過素313
13.素的通性313
13.1.素原子結構特征313
13.1.2氧化態313
13.1.3單質的物理性質314
13.1.4單質的化學性質314
13.1.5配位性314
13.1.6離子的顏色314
13.1.7磁性及催化性315
13.2鈦和鈦的重要化合物315
13.2.1單質鈦315
13.2.2鈦的化合物316
13.3鉻和鉻的重要化合物317
13.3.1鉻單質317
13.3.2鉻(Ⅲ)的化合物317
13.3.3鉻(Ⅵ)的化合物319
13.3.4含鉻廢水的處理320
13.4錳及其化合物321
13.4.1金屬錳321
13.4.2Mn(Ⅱ)的化合物322
13.4.3Mn(Ⅳ)的化合物323
13.4.4Mn(Ⅶ)的化合物323
13.素的重要化合物324
13.5.素的單質324
13.5.素的氧化物和氫氧化物325
13.5.3鐵、鈷、鎳的鹽類326
13.5.素的配位化合物328
13.6素329
13.6.1素的單質329
13.6.2銅的重要化合物330
13.6.3銀的重要化合物333
13.7素334
13.7.1素的單質334
13.7.2鋅、鎘的重要化合物335
13.7.3汞的重要化合物336
13.7.4素的配合物337
13.7.5含鎘和含汞廢水的處理337
13.素素簡介338
13.8.素的通性339
13.8.素的應用339
【閱讀資料】銅、鋅的生物化學340
思考題341
習題342
附錄344
附錄1一些基本物理量344
附錄2一些物質的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成自由能和標準摩爾熵的數據(298.15K，100kPa)344
附錄3常見弱酸或弱堿的解離常數(298.15K)346
附錄4常見難溶電解質的溶度積(298.15K)346
附錄5常見配離子的穩定常數(298.15K)347
附錄6常見氧化還原電對的標準電極電勢(298.15K)347
附錄7某些物質的商品名或俗名349
附錄8主要的化學礦物350
附錄9有害物質的排放標準353
參考文獻354

前言

前言
2014年國務院發文加強職業教育，要培養培訓大批中高級技能型人纔，提高勞動者素質、推動社會經濟發展和促進就業，使我國由制造大國變為“智造大國”。按文件的要求，實施力度非常大，高等教育中的約一半要轉為職業教育。特別強調產教融合、特色辦學，推動教育教學改革與產業轉型升級銜接配套。本書版是在“卓越工程師教育培養計劃”精神指導下編寫的，與職業教育思想已有不少共同之處。為了進一步符合國務院加強職業教育的要求，第2版修訂時作了改進，為探索適應職業教育的教材做一些嘗試。
1.對概念、原理的描述和解釋進一步形像化，圖表化，減少抽像的、難理解的術語描述和理論推導。用常見的例子來描述、簡單的圖形來詮釋概念和原理，使學生容易看懂，深刻理解。如用較高能量分子能否衝破閥門圖來理解吉布斯自由能變和反應活化能的關繫，對應於反應的可能性和現實性；電解質概念運用溶液是否導電及導電能力強弱的實驗引入；對緩衝溶液概念的引入是分別在水中和弱酸弱酸鹽混合液中滴加少量酸堿引起溶液的pH變化等等。前言
2014年國務院發文加強職業教育，要培養培訓大批中高級技能型人纔，提高勞動者素質、推動社會經濟發展和促進就業，使我國由制造大國變為“智造大國”。按文件的要求，實施力度非常大，高等教育中的約一半要轉為職業教育。特別強調產教融合、特色辦學，推動教育教學改革與產業轉型升級銜接配套。本書版是在“卓越工程師教育培養計劃”精神指導下編寫的，與職業教育思想已有不少共同之處。為了進一步符合國務院加強職業教育的要求，第2版修訂時作了改進，為探索適應職業教育的教材做一些嘗試。
1.對概念、原理的描述和解釋進一步形像化，圖表化，減少抽像的、難理解的術語描述和理論推導。用常見的例子來描述、簡單的圖形來詮釋概念和原理，使學生容易看懂，深刻理解。如用較高能量分子能否衝破閥門圖來理解吉布斯自由能變和反應活化能的關繫，對應於反應的可能性和現實性；電解質概念運用溶液是否導電及導電能力強弱的實驗引入；對緩衝溶液概念的引入是分別在水中和弱酸弱酸鹽混合液中滴加少量酸堿引起溶液的pH變化等等。
3.減小習題難度，增加應用性。對一些純粹的理論性習題，如從速率常數單位求反應級數、復雜的氧化還原方程式配平等給予刪除，增加一些溶液配制計算、物質合成、分離等應用性題目。
本教材內容對應的教學時數範圍可以在48～80(不包括實驗)，可根據具體學時數作適當增減。“閱讀資料”及有“﹡”的部分可根據不同的教學要求作適當取舍，也可作為學生開闊視野、增長知識、激發學習興趣之用。思考題和作業題也可根據學時數作適當增減。
本書由王愛民（第11章）、周祖新（其餘各章）編寫，後由周祖新、郭曉明、黃莎華統稿。教研室瀋紹典教授、李向清教授、李憶平副教授、程利平副教授、王根禮老師、周義鋒副教授、肖秀珍老師、李亮老師在本書編寫過程中提出了很多寶貴意見，並參加了校對，在此表示衷心的感謝！化學工業出版社的編輯對本書的出版工作給予很大幫助，在此表示衷心的感謝！
由於編者水平所限，書中不當之處在所難免，誠望廣大讀者指正。

編者
2016年5月於上海應用技術大學

版前言
隨著20世紀末高校的大規模擴招，大學教育由精英教育變為大眾教育以來，高校學生劇增，畢業生、尤其是應用技術型高校畢業生的定位也發生了很大的變化，由科研人員變為科研及生產型人員，畢業生將在線直接參加操作與管理。因此，要求學習的知識有更鮮明的學以致用的特色。
無機化學是高等學校化學、化工及相關專業本科生的門化學必修基礎課，它對本科生後續課程的學習和綜合素質的培養起著非常重要的作用。由於歷史原因，高校教材一般由重點高校教師編寫。由於他們對應用技術型高校學生的學習基礎、能力、畢業後工作情況了解不夠，故這些教材對應用技術型高校學生有些不適應。近期，*提出了 “卓越工程師教育培養計劃”，我們在此精神指導下嘗試編寫了《無機化學》教材，以期教材很好地符合“卓越一線工程師”要求，適應應用技術型高校學生的學習要求，本書有以下特色。
1.起點低，對相關的中學化學知識有簡單回顧，與大學化學知識進行了較好的銜接。對於中學化學成績不太突出的同學比較容易著手學習，不至於一開始就感到無所適從，以致嚴重影響到後續課程的學習。
2.語言課堂化，易於自學、易於理解。理論敘述簡單明了，對理論或公式的不同情況應用做較多討論，以利於培養學生分析問題和解決問題的能力。有些公式做了一些證明，這並非要學生會證明這些公式，而是使學生在本質上理解這些公式，更好地記憶、應用這些理論。
3.加強聯繫實際，注意與人纔培養目標的一致性。本書的主要編者曾長期在化工生產一線工作，具有較豐富的化工生產經驗。在基礎素部分都編進了不少生產實例，包括生產流程、生產工藝甚至某些生產細節。力圖使學生在較好地掌握無機化學基礎理論和基本知識的基礎上，多注入生產意識，同時提高學生的經濟意識、安全生產意識、合理利用資源及環境保護意識。
本教材教學時數範圍可由48至80(不包括實驗)，可根據具體學時數做適當增減。“閱讀資料”部分不做教學要求，隻是作為學生開闊視野、增長知識、激發學習興趣之用。思考題和作業題也可根據學時數做適當增減。
本書由王愛民副教授(第１１章)、周祖新副教授(其餘各章)編寫，由周祖新副教授統稿。教研室康詩釗教授、郭曉明副教授、李向清教授、李憶平副教授、程利平副教授、王根禮老師、黃莎華老師、瀋紹典副教授、周義鋒副教授在本書編寫過程中對本書提出了很多寶貴意見，並校核了書稿，在此表示衷心的感謝！化學工業出版社的編輯對本書的編寫和出版給予很大幫助，在此作者表示衷心的感謝！
由於編者水平所限，書中不當之處在所難免，誠望廣大讀者指正。

編者
2011年4月

在線試讀

第八章配位化合物
前面我們學習的化合物，如酸、堿、鹽等都是符合經典化學鍵理論的物質。如CoCl3、NH3等，在這些化合物中，不管是離子鍵還是共價鍵，每個原子的鍵都已經飽和，能穩定存在。但把氨水滴入無水CoCl3時，得到了組成為CoCl3?6NH3的新物質。性質和結構均證明CoCl3?6NH3不是CoCl3的簡單氨合物，而是一種新物質，那麼這種新物質的價鍵是怎樣的哪？1893年，瑞士化學家維爾納提出了配位理論，把這類化合物歸為配位化合物，簡稱配合物。
迄今為止，配位化合物已大量進入了人們的生產、生活。就其數量而言，已遠遠過一般的無機化合物，研究配位化合物已成為化學領域中一門獨立的學科。隨著科學的發展，對配位化學的研究已深入到生命科學的領域，如高等動物輸送氧氣的血液是二價鐵的配合物；綠色植物光合作用的葉綠素是鎂的配合物；對豆科植物根瘤菌所做的研究表明，生物固氮是依靠鐵和鉬的配合物進行的；催化生命體新陳代謝的許多酶，都是由金屬離子組成的配合物。
8．1 配位化合物的基本概念
我們先講一個實驗。向硫酸銅溶液中滴加氨水，開始有藍色沉澱，通過分析可知沉澱是堿式硫酸銅Cu2(OH)2SO4。當氨水過量時，藍色沉澱消失，變成深藍色的溶液。往該深藍色溶液中加入乙醇，立即有深藍色晶體析出。通過化學分析確定其組成為CuSO4·4NH3·H2O。把該深藍色晶體再溶於水，加入NaOH溶液，無藍色沉澱析出，加入BaCl2溶液，則有白色沉澱生成。溶液幾乎無氨味。
從加入NaOH溶液，無藍色沉澱析出，可知溶液中無較高濃度的Cu2 ；而加入BaCl2溶液，則有白色BaSO4沉澱生成，說明溶液中SO42-濃度較高。從化學式看Cu2 和SO42-的摩爾濃度應該是一樣的，固體和溶液又無氨味，那麼Cu2 和NH3到哪兒去了呢？原來Cu2 和NH3以配位鍵結合生成了較復雜又較穩定的離子----銅氨配離子[Cu(NH3)4]2 。
8．1．1 配位化合物的定義
有一些化合物，如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]Cl、[Co(NH3)6]Cl2等，它們在水溶液中能解離出復雜的離子，如[Cu(NH3)4]2 、[Ag(NH3)2] 、[Co(NH3)6]2 ，這些離子在水中具有足夠的穩定性。像這些中心原子與一定數目的分子或陰離子以配位鍵相結合成的復雜離子稱為配離子，所帶電荷為零時稱為配位分子，含有配離子及配位分子的化合物統稱為配位化合物(coordination compound)，簡稱配合物。
8．1．2配合物的組成
下面以[Cu(NH3)4]SO4為例，討論配位化合物組成特點。第八章配位化合物
前面我們學習的化合物，如酸、堿、鹽等都是符合經典化學鍵理論的物質。如CoCl3、NH3等，在這些化合物中，不管是離子鍵還是共價鍵，每個原子的鍵都已經飽和，能穩定存在。但把氨水滴入無水CoCl3時，得到了組成為CoCl3?6NH3的新物質。性質和結構均證明CoCl3?6NH3不是CoCl3的簡單氨合物，而是一種新物質，那麼這種新物質的價鍵是怎樣的哪？1893年，瑞士化學家維爾納提出了配位理論，把這類化合物歸為配位化合物，簡稱配合物。
迄今為止，配位化合物已大量進入了人們的生產、生活。就其數量而言，已遠遠過一般的無機化合物，研究配位化合物已成為化學領域中一門獨立的學科。隨著科學的發展，對配位化學的研究已深入到生命科學的領域，如高等動物輸送氧氣的血液是二價鐵的配合物；綠色植物光合作用的葉綠素是鎂的配合物；對豆科植物根瘤菌所做的研究表明，生物固氮是依靠鐵和鉬的配合物進行的；催化生命體新陳代謝的許多酶，都是由金屬離子組成的配合物。
8．1 配位化合物的基本概念
我們先講一個實驗。向硫酸銅溶液中滴加氨水，開始有藍色沉澱，通過分析可知沉澱是堿式硫酸銅Cu2(OH)2SO4。當氨水過量時，藍色沉澱消失，變成深藍色的溶液。往該深藍色溶液中加入乙醇，立即有深藍色晶體析出。通過化學分析確定其組成為CuSO4·4NH3·H2O。把該深藍色晶體再溶於水，加入NaOH溶液，無藍色沉澱析出，加入BaCl2溶液，則有白色沉澱生成。溶液幾乎無氨味。
從加入NaOH溶液，無藍色沉澱析出，可知溶液中無較高濃度的Cu2 ；而加入BaCl2溶液，則有白色BaSO4沉澱生成，說明溶液中SO42-濃度較高。從化學式看Cu2 和SO42-的摩爾濃度應該是一樣的，固體和溶液又無氨味，那麼Cu2 和NH3到哪兒去了呢？原來Cu2 和NH3以配位鍵結合生成了較復雜又較穩定的離子----銅氨配離子[Cu(NH3)4]2 。
8．1．1 配位化合物的定義
有一些化合物，如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]Cl、[Co(NH3)6]Cl2等，它們在水溶液中能解離出復雜的離子，如[Cu(NH3)4]2 、[Ag(NH3)2] 、[Co(NH3)6]2 ，這些離子在水中具有足夠的穩定性。像這些中心原子與一定數目的分子或陰離子以配位鍵相結合成的復雜離子稱為配離子，所帶電荷為零時稱為配位分子，含有配離子及配位分子的化合物統稱為配位化合物(coordination compound)，簡稱配合物。
8．1．2配合物的組成
下面以[Cu(NH3)4]SO4為例，討論配位化合物組成特點。
一、內界與外界
中心離子（或原子）與配體以配位鍵緊密結合部分稱為內界，用方括號括上。內界多為帶電荷的配離子，也有不帶電荷的配位分子。配合物的內界也稱配位個體或，配合物的性質主要是內界的性質。配離子電荷數等於中心原子與配體電荷數的代數和，配合物分子也應是電中性的，故配離子會結合等量異號電荷的離子以中和其電性，這些等量異號電荷的離子稱為配合物的外界。內界與外界之間是以離子鍵結合的，在水溶液中的行為類似於強電解質。如的電荷數為零，則不需要外界來中和其電性，故沒有外界，稱為配分子，如Ni(CO)4。有些配合物的陰陽離子均是配離子，兩部分為各自的內界，如[Cu(NH3)4][PtCl4]。
二、中心離子（或原子）
中心離子（或原子）是配合物的核心部分，位於的幾何中心，又稱為配合物的形成體。中心離子（或原子）的共同特點是半徑較小，具有易接受孤對電子的空軌道，與配位原子形成配位鍵。形成體可以是①金屬離子（尤其是過渡金屬離子），如[Cu(NH3)4]2 中的Cu2 ；[Fe(CN)6]3-中的Fe3 ，[HgI4]2-中的Hg2 ；②中性原子，如Ni(CO)4，Fe(CO)5，Cr(CO)6中的Ni，Fe和Cr；③少數高氧化態的素，如[BF4]-，[SiF6]2-，[PF6]-中的B(Ⅲ)、Si(Ⅳ) 、P(Ⅴ)等。
三、配位原子與配位體
能提供孤對電子，並與中心原子形成配位鍵的原子稱為配位原子。常見配位原子多為：C、O、S、N、F、Cl、Br、I 等。含有配位原子的中性分子或陰離子稱為配位體，簡稱配體。配體分為兩大類：含有單個配位原子的配體為單齒配體；含有兩個或兩個以上配位原子且每個都和中心原子以配位鍵相結合的配體為多齒配體。多齒配體與中心原子形成的具有環狀結構的配合物稱為螯合物(chelate)。
中心離子（或原子）的空軌道接受配體的孤對電子時，為減少孤對電子間的斥力，配位原子將盡可能彼此遠離。中心離子（或原子）接受孤對電子的已雜化的空軌道也相互遠離且對稱，因此，一個配位原子即使有多對孤對電子，也隻有一對電子能與中心離子（或原子）形成配位鍵；配體中有多個含孤對電子可作為配位原子，若這兩原子連接或間隔太小，如CO、，SCN-(S或N可作配位原子)，由於上述空間效應，也隻能有一個原子作為配位原子。由於電負性較小的原子給電子能力強，常常為配位原子，如CO中C為配位原子，CN-中C作配位原子（但H2NCH2CH2NH2、C2O42-中配位原子分別為N、O原子，因為其中的C原子沒有孤對電子）。常見的配體列於表8-1。
表8-1 常見的配體
單齒配體多齒配體
F-、Cl-、Br-、I-、NH3、H2O、CO(羰基)、
CN-(氰根)、SCN-(硫氰酸根)、NCS-(異硫氰酸根)、
NO2-(硝基)、ONO-(亞硝酸根)、
S2O32-(硫代硫酸根)、C5H5N (吡啶)H2NCH2CH2NH2（乙二胺）、-OOC-COO-(草酸根)、H2NCH2COO-(甘氨酸根)、
EDTA(乙二胺四乙酸，
(HOOC H2C)2NCH2CH2N(CH2COOH)2
四、配體數與配位數
配合物中配體的總數稱為配體數。而與中心原子結合成鍵的配位原子的數目稱為配位數，或者說中心原子與配體間的配位鍵數為配位數。由單齒配體形成的配合物中，配體數等於配位數；由多齒配體形成的配合物中配體數小於配位數，為配離子中配體與配體齒數乘積的總加和。決定配位數的因素：中心離子的半徑、電荷數及其與配體的半徑比。一般規律為：
1．中心離子電荷數大，對配位體的孤對電子的吸引力也越大，能吸引較多的配位體。如[Cu(CN)2]-中Cu 的配位數為2，[Cu(CN)4]2-中Cu2 的配位數為4。
2．相同電荷的中心離子的半徑越大，其周圍能容納的配位體就越多，配位數就越大。如Al3 和F-離子可以形成配位數為6的[AlF6]3-離子，而半徑較小的B3 隻能形成配位數為4的[BF4]-。但這也是相對的，中心離子半徑大，則電荷密度會降低，從而減弱了配體與中心離子的結合力。
3．對於同一種中心離子來說，隨著配體半徑的增加，中心離子周圍能容納的配位體數目減少，因而配位數減少，例如，半徑較大的Cl-離子與Al3 離子配位時，隻能形成配位數為4的[AlCl4]-離子，如圖8-1。

圖8-1 配體與配位數的關繫
中心離子的電荷數增加和配體半徑的減小，對於形成配位數較大的配位化合物都是有利的。一般來說中心離子的配位數常常是它所帶電荷的2倍。
4．配位體濃度大，反應溫度低，有利於高配位的配離子生成，如Fe3 與SCN-離子所生成的配離子，隨SCN-離子濃度的增大配位數可以從1增大到6。溫度升高，分子熱運動加劇，不利於高配位離子生成。
影響配位數的因素很多，且影響因素彼此間相互制約、相互聯繫、相互影響。為了討論方便，常以穩定、常見---即特征配位數的配離子作為研究對像。
例8-1指出配合物K[Fe(en)Cl2Br2]的中心原子、中心原子氧化值、配體、配位原子、配體數、配位數、配離子電荷、外界離子。
解：中心原子：Fe3 中心原子氧化值 3
配體：en、Cl-、Br- 配位原子：N、Cl、Br
配體數：5 配位數：6
配離子電荷：-1 外界離子：K
有些非金屬原子作中心原子時，中心原子與其他原子形成一般共價鍵的數目通常也作配位鍵來計數，如[SiF6]2-、[BF4]-中Si、B的配位數分別為6、4。
8．1．3配位化合物的命名
配位化合物的命名服從一般無機化合物的命名原則。從右到左，為“某化某”（陰離子為簡單離子）或“某酸某”（陰離子為復雜離子），具體方法如下：
如果配位化合物由內界配位離子和外界離子組成，當配位離子為陽離子，先命名外界陰離子。某化（或某酸）配位離子名稱；當配位離子為陰離子時，先命名配位離子，配位化合物名稱為：配位離子名稱酸外界陽離子名稱。關鍵是配離子的命名。
1．命名順序：配體數（漢字）配體名稱(不同的配體間用“? ” 隔開) 合中心離子(原子)及其氧化態(括號內以羅馬數字注明，若氧化數為零可以不寫)。例如，
[CoCl(NH3)5]Cl2 二氯化一氯?五氨合鈷(Ⅲ)
[Cu(NH3)4]SO4 硫酸四氨合銅(Ⅱ)
[Co(NH3)2 (en)2](NO3)3 硝酸?二氨?二(乙二胺)合鈷(Ⅲ)
H2[PtCl6] 六氯合鉑(Ⅳ)酸
K3[Fe(CN)6] 六氰合鐵(Ⅲ)酸鉀
Na3[Ag(S2O3)2] 二(硫代硫酸根)合銀(Ⅰ)酸鈉
K[Co(NO2)4(NH3)2] 四硝基?二氨合鈷(Ⅲ)酸鉀
2．沒有外界的配位化合物命名同配位離子的命名方法相同。
[Ni(CO)4] 四羰基合鎳
[Pt Cl2(NH3)2] 二氯?二氨合鉑(Ⅱ)
[Co(NO2)3(NH3)3] 三硝基?三氨合鈷(Ⅲ)
若配體不止一種，在命名時要遵從以下原則：
⑴配體中如果既有無機配體又有有機配體，則先命名無機配體（簡單離子－復雜離子－中性分子），而後有機配體（有機酸根－簡單有機分子－復雜有機分子）。
K[SbCl5(C6H5)] 五氯?苯基合銻(Ⅴ)酸鉀
K[ PtCl2(NO2)(NH3) ] 二氯?一硝基?一氨合鉑(Ⅱ)酸鉀。
[Pt(NO2)(NH3)(NH2OH)Py)]Cl 氯化一硝基?一氨?一羥氨?吡啶合鉑(Ⅱ)。
⑵同類配體的名稱，按配素符號的英文字母順序排列。
[Co(NH3)5 H2O]Cl3 三氯化五氨?一水合鈷(Ⅲ)。
⑶配體化學式相同，但配位原子不同時，命名則不同。如：NO2-（配位原子是N）稱為硝基，ONO-（配位原子是O）稱為亞硝酸根；SCN-(配位原子是S)稱為硫氰酸根，NCS-（配位原子是N）稱為異硫氰酸根。書寫時一般配位原子靠近中心原子。
⑷帶倍數詞頭的無機含氧酸根陰離子配體，命名時要用括號括起來，例如，（三磷酸根）。有的無機含氧酸陰離子，即使不含倍數詞頭，但含有一個以上代酸原子，也要用括號，例如，[Ag(NH3)(S2O3)]-，命名為一氨?(硫代硫酸根)合銀離子。
除繫統命名外，有些常見配合物還有習慣名稱：如[Cu(NH3)4]2 稱為銅氨配位離子；[Ag(NH3)2 ] 銀氨配位離子。K3[Fe(CN)6]叫鐵氰化鉀（赤血鹽），K4[Fe(CN)6]為亞鐵氰化鉀（黃血鹽）；H2[SiF6]稱氟硅酸、K2[PtCl6]稱氯鉑酸鉀等。
8．2 配位化合物的化學鍵理論
配位鍵中的化學鍵，指配位個體中配體與中心原子之間的化學鍵。闡明這種鍵的理論有價鍵理論、晶體場理論、配位場理論和分子軌道理論等，這裡主要闡述對價鍵理論，對晶體場理論作一些介紹。
8．2．1配合物的價鍵理論
1931年，美國化學家Pauling L.把雜化軌道理論應用到配合物上，提出了配合物的價鍵理論。
一、其基本要點如下：
1．配體的配位原子都含有未成鍵的孤對電子；
2．中心離子（或原子）的價電子層必須有空軌道，而且在形成配位化合物時發生雜化，雜化的類型有d2sp3、sp3d2、dsp2、sp3、sp等；
3．配位原子的含有孤對電子的軌道與中心離子(原子)的空雜化軌道重疊，形成配位鍵。中心離子(或原子)中的配位鍵一般為σ配位鍵。
二、配位鍵的形成
價鍵理論認為：在形成配離子時，中心離子(或原子)提供的空軌道必須雜化，形成一組等價的雜化軌道，以接受配體的孤對電子。這些軌道當然具有一定的方向性和飽和性。
以[Ag(NH3)2] 離子配位鍵的形成（圖 8-2）來看，兩個配位氮原子的兩對孤對電子，隻能進入Ag 的5s和5p軌道。由於s軌道與p軌道的成鍵情況不同，在[Ag(NH3)2] 離子中兩個NH3應有不同的配位性質，但實際上兩個氨並無差別。
Ag 離子與NH3生成配位化合物時，發生sp等性雜化，形成兩個能量相同的sp雜化軌道(軌道間夾角為180°)，因此[Ag(NH3)2] 配位離子的幾何構型是直線型的(這裡的構型指中心原子的核位置與配位原子的核位置的連接線圖形)。由此可見，配位離子的幾何構型主要取決於中心離子的雜化軌道的空間分布形狀。
[Zn(NH3)4]2 的形成（圖8-3）：Zn2 與NH3形成配位化合物時，發生等性的sp3雜化，形成4個能量完全相等的sp3雜化軌道，方向為指向正四面體的四個頂角，與4個NH3分子形成4個配位鍵，所以配位離子的空間構型為正四面體。
[Ni(CN)4]2-的形成（圖8-4）：Ni2 與CN-離子形成配位化合物時，發生dsp2雜化，形成4個能量完全等同的dsp2雜化軌道，方向為指向平面正方形的四個頂角，分別與4個CN-離子形成4個配位鍵，所以配位離子的空間構型為平面四方形。
[Co(CN)6]4-的形成：Co2 與CN-離子形成配位化合物時，中心離子Co2 發生等性 d2sp3雜化，配位離子的空間構型為八面體。
[FeF6]3-配位離子形成時，中心離子Fe3 采取等性 sp3d2雜化，與F-形成配位化合物，配位離子的空間構型也為正八面體。

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