2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——無(wú)機(jī)合成中的配位多樣性研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)，每題2分，共20分）1.下列哪種配體屬于六齒配體？（）A.Cl?B.H?OC.NH?D.ethylenediamine(en)2.根據(jù)晶體場(chǎng)理論，當(dāng)中心離子為d?電子構(gòu)型時(shí)，若配位數(shù)為4（高自旋），其幾何構(gòu)型最可能是？（）A.正四面體B.平面四邊形C.八面體D.三角雙錐3.在硬軟酸堿（HSAB）理論中，下列哪個(gè)物種通常被認(rèn)為是硬酸？（）A.Cu?B.I?C.H?D.Fe3?4.[Ni(H?O)?]2?和[Ni(NH?)?]2?相比，后者顏色更深且磁矩更小，這主要是因?yàn)椋浚ǎ〢.NH?是硬堿，H?O是軟堿B.NH?是π給體配體，H?O不是C.[Ni(NH?)?]2?中的Ni2?d電子數(shù)減少D.[Ni(NH?)?]2?是低自旋狀態(tài)，[Ni(H?O)?]2?是高自旋狀態(tài)5.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是？（）A.順?lè)串悩?gòu)體屬于幾何異構(gòu)B.具有相同化學(xué)式和配位數(shù)的配合物一定互為同分異構(gòu)體C.螯合物通常比其組成簡(jiǎn)單配合物的穩(wěn)定性更高D.配位數(shù)為6的配合物一定具有八面體幾何構(gòu)型6.溶劑熱合成通常在哪些條件下進(jìn)行？（）A.高溫高壓B.低溫低壓C.常溫常壓D.低溫低壓或常溫常壓7.配位化合物在光致發(fā)光材料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其發(fā)光性能主要與哪些因素有關(guān)？（）A.中心離子的電子躍遷類型B.配體的性質(zhì)C.配位環(huán)境（晶體場(chǎng)分裂能）D.以上所有8.主客體化學(xué)中，主體分子通常具有什么特點(diǎn)？（）A.空間上的孔道或空腔結(jié)構(gòu)B.能夠與客體分子發(fā)生化學(xué)鍵合C.通常具有較低的分子量D.對(duì)客體分子具有絕對(duì)的專一性9.下列哪種分析技術(shù)最適合用于確定配合物的晶體結(jié)構(gòu)？（）A.核磁共振（NMR）B.紅外光譜（IR）C.紫外-可見(jiàn)光譜（UV-Vis）D.X射線單晶衍射（XRD）10.在設(shè)計(jì)合成具有特定配位數(shù)的配合物時(shí)，通常需要考慮的主要因素是？（）A.中心離子的價(jià)電子數(shù)B.配體的配位能力C.反應(yīng)溶劑的性質(zhì)D.以上所有二、填空題（請(qǐng)將答案填在橫線上，每空2分，共20分）1.配合物[Co(NH?)?(NO?)]Cl?中，中心離子Co的配位數(shù)是________，NO??配體是________(填“單齒”或“多齒”)配體。2.晶體場(chǎng)理論認(rèn)為，中心離子接受配體提供的________而形成配位鍵，配體場(chǎng)使中心離子原子的________能級(jí)發(fā)生分裂。3.根據(jù)VSEPR理論，AB?型分子中，如果中心原子A沒(méi)有孤對(duì)電子，其幾何構(gòu)型為_(kāi)_______。4.影響配合物穩(wěn)定性的主要因素包括配位鍵的強(qiáng)度、溶劑效應(yīng)、_______效應(yīng)和溫度等。5.在配位化合物命名中，[PtCl?]2?稱為_(kāi)_______酸根離子。6.水熱合成法是利用高壓水溶液環(huán)境，可以在較高溫度下合成________和________。7.能夠同時(shí)與中心離子形成五個(gè)配位鍵的常見(jiàn)配體是________。8.配合物[Fe(H?O)?]3?中的中心離子Fe3?是________價(jià)態(tài)，其基態(tài)電子排布式為_(kāi)_______。9.能導(dǎo)致順?lè)串悩?gòu)現(xiàn)象產(chǎn)生的配位環(huán)境要求中心離子必須是________配位，且配體中至少有________對(duì)是不同種類的。10.MOFs（金屬有機(jī)框架）材料通常由金屬離子/簇與有機(jī)配體自組裝形成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之一是具有________。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題，每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述影響配合物幾何構(gòu)型的因素。2.簡(jiǎn)單比較硬酸軟酸堿理論（HSAB）與晶體場(chǎng)理論在解釋配合物穩(wěn)定性方面的異同。3.簡(jiǎn)述螯合效應(yīng)對(duì)配合物穩(wěn)定性的影響。4.簡(jiǎn)述溶劑熱/水熱合成方法在制備功能配合物材料中的優(yōu)勢(shì)。四、論述題（請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，詳細(xì)論述下列問(wèn)題，每題10分，共30分）1.論述如何通過(guò)選擇不同的中心離子、配體和合成條件來(lái)調(diào)控配合物的配位異構(gòu)現(xiàn)象。2.論述配位多樣性在設(shè)計(jì)和合成新型磁性材料或發(fā)光材料中的應(yīng)用原理及面臨的挑戰(zhàn)。3.選擇一種你感興趣的資源元素（如稀土元素、過(guò)渡金屬元素等），簡(jiǎn)要闡述如何利用配位化學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行有效利用（合成配合物，并說(shuō)明其潛在應(yīng)用方向），并說(shuō)明在設(shè)計(jì)合成過(guò)程中需要考慮的關(guān)鍵因素。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.D5.B6.A7.D8.A9.D10.D二、填空題1.6,多齒2.空軌道,d3.正四面體4.螯合5.六氯鉑6.微孔晶體,多孔材料7.乙二胺(en)或1,2-二氨基乙烷8.三,[Ar]3d?9.六,兩個(gè)10.空間孔道結(jié)構(gòu)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路:影響配合物幾何構(gòu)型的因素主要包括：中心離子的電荷和半徑（決定所需的配位數(shù)）、中心離子的電子構(gòu)型（影響電子排布和空間張力）、配體的種類和數(shù)日（提供配位位點(diǎn)，不同配體傾向于形成特定構(gòu)型）、以及晶體場(chǎng)/配體場(chǎng)效應(yīng)（影響軌道能級(jí)分裂和成鍵方向）。其中，中心離子性質(zhì)和配體種類是最主要的決定因素。2.解析思路:相同點(diǎn)：兩者都試圖解釋配合物的穩(wěn)定性差異。不同點(diǎn)：晶體場(chǎng)理論從物理模型出發(fā)，認(rèn)為配體場(chǎng)導(dǎo)致中心離子d軌道能級(jí)分裂，分裂能越大，高自旋態(tài)越不穩(wěn)定（或低自旋態(tài)越穩(wěn)定），從而影響穩(wěn)定性。HSAB理論從化學(xué)鍵的角度出發(fā)，基于酸堿的軟硬性匹配原則，認(rèn)為硬酸傾向于與硬堿結(jié)合形成穩(wěn)定配合物，軟酸傾向于與軟堿結(jié)合形成穩(wěn)定配合物，半硬半軟酸堿結(jié)合的穩(wěn)定性則取決于其軟硬程度差異。HSAB理論更側(cè)重于化學(xué)性質(zhì)的宏觀預(yù)測(cè)，而晶體場(chǎng)理論更側(cè)重于微觀的電子結(jié)構(gòu)和成鍵解釋。3.解析思路:螯合效應(yīng)是指多齒配體通過(guò)其多個(gè)配位原子同時(shí)與一個(gè)中心離子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。與具有相同總配位原子數(shù)目的單齒配體相比，螯合物形成環(huán)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了額外的環(huán)張力穩(wěn)定性和熵效應(yīng)（反應(yīng)生成環(huán)結(jié)構(gòu)伴隨熵增加）。這使得螯合物通常比其組成簡(jiǎn)單配合物具有顯著更高的穩(wěn)定性。這是設(shè)計(jì)合成穩(wěn)定配合物時(shí)利用螯合效應(yīng)的主要原因。4.解析思路:溶劑熱/水熱合成的優(yōu)勢(shì)在于：①高溫高壓環(huán)境有利于溶解度差的反應(yīng)物溶解，提高了反應(yīng)物濃度和反應(yīng)速率，促進(jìn)了新相的形成。②高壓有利于抑制氣相副產(chǎn)物的生成，提高產(chǎn)物純度。③可以在相對(duì)溫和的條件下穩(wěn)定一些在常溫常壓下不穩(wěn)定的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)（如某些金屬有機(jī)框架）。④特別適合合成具有微孔或納米結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)材料、雜化材料等。這些特點(diǎn)使得溶劑熱/水熱法在合成功能配合物和材料領(lǐng)域非常有效。四、論述題1.解析思路:調(diào)控配位異構(gòu)現(xiàn)象主要從以下幾方面入手：①中心離子選擇:選擇具有不同配位數(shù)偏好或能形成不同幾何構(gòu)型的中心離子。例如，Co(III)易形成八面體，而Cr(III)則易形成六面體。②配體選擇:選擇不同配位數(shù)的配體。例如，用四齒配體取代部分二齒配體可以改變配合物的配位數(shù)和幾何構(gòu)型。引入具有不同空間位阻的配體可以影響順?lè)串悩?gòu)的生成比例。選擇螯合配體或非螯合配體可以產(chǎn)生不同的異構(gòu)現(xiàn)象。③合成條件調(diào)控:改變反應(yīng)溫度、pH值、溶劑體系、反應(yīng)時(shí)間等，可以影響競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的進(jìn)程，從而控制目標(biāo)異構(gòu)體的產(chǎn)率。例如，某些異構(gòu)體可能在低溫下易于生成，而另一些則可能在高溫下更容易形成。通過(guò)精確控制這些因素，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配合物配位異構(gòu)現(xiàn)象的有效調(diào)控。2.解析思路:配位多樣性在功能材料中的應(yīng)用原理：配合物的配位環(huán)境（中心離子、配體種類、配位數(shù)、幾何構(gòu)型）直接決定了其電子結(jié)構(gòu)、磁矩、光學(xué)性質(zhì)、催化活性等。通過(guò)精心設(shè)計(jì)合成路線，選擇合適的中心離子和配體，可以調(diào)控配合物的配位多樣性，從而獲得具有特定功能的材料。例如：a)磁性材料:通過(guò)選擇具有d?-d1?電子構(gòu)型的中心離子（如Gd3?,Tb3?,Dy3?）并調(diào)控配位環(huán)境（如配體場(chǎng)強(qiáng)度）來(lái)調(diào)控磁矩、磁化率、居里溫度等磁學(xué)性質(zhì)。b)發(fā)光材料:選擇合適的發(fā)光中心離子（如Eu2?/3?,Tb3?,Ce3?,Ir3?,Pt(II)等）和配體（調(diào)控晶體場(chǎng)分裂能ΔE，影響發(fā)光波長(zhǎng)和效率），可以合成出具有特定顏色、高量子產(chǎn)率和良好熱穩(wěn)定性的發(fā)光材料。面臨的挑戰(zhàn)包括：如何精確調(diào)控配位環(huán)境以獲得期望的功能；如何提高材料的實(shí)際應(yīng)用性能（如發(fā)光材料的穩(wěn)定性、磁材料的矯頑力）；如何實(shí)現(xiàn)材料的可控制備和規(guī)?；a(chǎn)；如何深入理解結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系等。3.解析思路:(示例：選擇稀土元素Eu3?)*有效利用方式:合成具有發(fā)光性質(zhì)的稀土配合物。稀土元素具有豐富的4f電子，其電子躍遷主要發(fā)生在4f-5d之間，具有發(fā)射光譜線窄、發(fā)光強(qiáng)度高、色純度好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使其在顯示、照明、生物標(biāo)記、傳感器等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。*潛在應(yīng)用方向:例如，合成具有上轉(zhuǎn)換或下轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的配合物用于生物成像或發(fā)光二極管（LED）中的熒光轉(zhuǎn)換；合成具有磁致發(fā)光特性的配合物用于磁光信息存儲(chǔ)；合成具有光致變色或電致變色特性的配合物用于智能窗戶或顯示器。*設(shè)計(jì)合成關(guān)鍵因素:*發(fā)光中心離子:選擇合適的稀土離子（如Eu3?，其^6S?/?基態(tài)較穩(wěn)定，發(fā)光效率高）。*配體設(shè)計(jì):選擇合適的配體來(lái)調(diào)控配位環(huán)境。需要考慮：①保護(hù)稀土離子，防止其水解或氧化；②調(diào)節(jié)晶體場(chǎng)分裂能ΔE，匹配所需激發(fā)波長(zhǎng)，并增強(qiáng)特定發(fā)射峰；③引入發(fā)光團(tuán)或