《2025年教材帮高中化学选择性必修第二册鲁科版》

例3[教材溯源题·来源于教材P67“化学与生命”血红蛋白中的配位键]血红素是吡咯($\mathrm{C_4H_5N}$)的重要衍生物，血红素(含$\mathrm{Fe^{2+}}$)可用于治疗缺铁性贫血。吡咯和血红素的结构如图所示：

(1)已知吡咯中的各原子均在同一平面内，则吡咯分子中N原子的杂化类型为。
(2)1mol吡咯分子中所含的$\sigma$键总数为(设$N_\mathrm{A}$为阿伏加德罗常数的值)。分子中的大$\pi$键可用$\Pi_m^n$表示，其中m代表参与形成大$\pi$键的原子数，n代表参与形成大$\pi$键的电子数，则吡咯环中的大$\pi$键应表示为。
(3)血液中的$\mathrm{O_2}$是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的，则血红蛋白中的$\mathrm{Fe^{2+}}$与$\mathrm{O_2}$是通过键相结合的。

答案：
(1) $\mathrm{sp^2}$
(2) $10N_\mathrm{A}$ ，$\Pi_5^6$
(3) 配位
解析
(1)由吡咯分子中各原子均在同一平面内，可知N原子的杂化类型为$\mathrm{sp^2}$。
(2)由吡咯分子结构可知，1个吡咯分子中有8个单键、2个双键，1个双键中含有1个$\sigma$键和1个$\pi$键，所以1mol吡咯分子中所含的$\sigma$键总数为$10N_\mathrm{A}$。吡咯分子中形成大$\pi$键的原子数为5，氮原子中2个未参与成键的电子和4个碳原子分别提供的1个电子形成大$\pi$键，共有6个电子参与形成大$\pi$键，所以吡咯中的大$\pi$键应表示为$\Pi_5^6$。
(3)血红蛋白中的$\mathrm{Fe^{2+}}$提供空轨道，$\mathrm{O_2}$提供孤电子对，$\mathrm{Fe^{2+}}$与$\mathrm{O_2}$通过配位键结合。
答案
(1)$\mathrm{sp^2}$ 
(2)$10N_\mathrm{A}$ $\Pi_5^6$ 
(3)配位