3.4 配合物与超分子 教学设计 -2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

3.4配合物与超分子 教学设计 一、教学目标 （一）知识与技能目标 1. 学生能够准确阐述配合物的概念、组成及形成条件，举例说明常见配合物的结构与性质。 2. 理解超分子的含义、特征以及常见的超分子体系，掌握其与传统分子的区别。 3. 学会分析配合物在日常生活、工业生产、科研领域中的应用原理，能运用相关知识解释简单现象。 4. 熟练掌握配合物的命名规则，正确书写常见配合物的化学式和名称。 （二）过程与方法目标 1. 通过实验探究、观察分析配合物的形成过程，培养学生的实验操作技能、观察能力和逻辑推理能力。 2. 借助对配合物和超分子结构与性质的讨论，引导学生从微观角度理解化学现象，提升学生的微观探析与模型认知素养。 3. 在分析配合物和超分子应用案例中，锻炼学生运用所学知识解决实际问题的能力，培养知识迁移和综合运用能力。 （三）情感态度与价值观目标 1. 让学生感受配合物和超分子领域的奇妙，激发学生对化学学科的好奇心和探索欲，培养学习化学的兴趣。 2. 通过了解配合物和超分子在科技前沿的应用，使学生认识化学学科对推动社会发展的重要作用，增强学生的社会责任感。 3. 在小组合作探究中，培养学生的团队协作精神和交流表达能力，营造积极向上的学习氛围。 二、教学重难点 （一）教学重点 1. 配合物的概念、组成（中心原子、配位体、配位数等）和结构特点。 2. 配合物的形成过程及性质，如颜色变化、稳定性等。 3. 超分子的概念、特征（分子识别、自组装）及常见类型。 4. 配合物和超分子在不同领域的应用实例及原理。 （二）教学难点 1. 理解配合物中化学键（配位键）的形成本质及对配合物性质的影响。 2. 超分子自组装原理及在实际应用中的微观机制。 3. 配合物命名规则的理解与运用，尤其是复杂配合物的命名。 三、教学方法 讲授法、实验探究法、讨论法、多媒体辅助教学法、类比法 四、教学过程 （一）导入新课（5分钟） 1. 【实验导入】向盛有少量硫酸铜溶液的试管中逐滴加入氨水，让学生观察溶液颜色的变化。起初溶液出现蓝色沉淀，继续滴加氨水后，沉淀逐渐溶解，溶液变为深蓝色。 2. 【设疑提问】引导学生思考：为什么会出现这样奇特的现象？蓝色沉淀是什么物质？而深蓝色溶液又含有什么成分？这种颜色变化背后隐藏着怎样的化学奥秘？通过这些问题激发学生的好奇心和求知欲，自然导入本节课“配合物与超分子”的主题。 （二）新课讲授 1. 配合物的概念与组成（15分钟） 【讲解概念】结合刚才的实验现象，详细讲解配合物的概念：由提供孤电子对的配位体与接受孤电子对的中心原子（或离子）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物 。以刚才实验中生成的深蓝色物质[Cu(NH₃)₄]SO₄为例，说明它就是一种配合物。 【剖析组成】利用PPT展示[Cu(NH₃)₄]SO₄的结构示意图，指出其中Cu²⁺是中心原子，它具有空轨道，能接受孤电子对；NH₃是配位体，氮原子上有孤电子对，可以提供给中心原子；4是配位数，表示与中心原子直接相连的配位体的数目；SO₄²⁻是外界离子，与内界离子通过离子键结合。通过表格对比，让学生清晰掌握不同配合物的中心原子、配位体、配位数和外界离子。 【类比理解】为了帮助学生更好地理解，将中心原子比作“空房子”，配位体比作“租客”，孤电子对就是“租客的行李”，租客带着行李住进空房子，形成了稳定的“居住组合”，就如同配位体通过孤电子对与中心原子结合形成配合物。 2. 配合物的形成过程与化学键（20分钟） 【动画演示】利用动画展示氨分子中的氮原子将孤电子对提供给铜离子的空轨道，形成配位键的过程，让学生直观地看到配位键的形成实质是电子对的给予 - 接受关系。 【原理讲解】讲解配位键与共价键的联系与区别。配位键是一种特殊的共价键，其共用电子对由一方单独提供。在[Cu(NH₃)₄]²⁺中，Cu²⁺与NH₃之间的配位键一旦形成，就与普通共价键没有本质区别。同时强调，正是配位键的形成，使得配合物具有独特的稳定性。 【实验拓展】再进行一个实验，向盛有氯化铁溶液的试管中滴加硫氰化钾溶液，溶液立即变为血红色，生成了配合物[Fe(SCN)₃]。引导学生分析该配合物的中心原子、配位体和配位数，巩固配合物形成过程的知识。 3. 配合物的性质与应用（20分钟） 【性质探究】结合之前的实验，总结配合物的性质特点。如颜色方面，许多配合物具有特征颜色，像刚才实验中的[Cu(NH₃)₄]²⁺呈深蓝色，[Fe(SCN)₃]呈血红色，这一性质可用于离子的检验。稳定性上，配合物具有一定的稳定性，其稳定性与中心原子、配位体的性质以及配位数等因素有关。 【应用实例】展示配合物在生活、生产和科研中的广泛应用。在日常生活中，如用含氟牙膏预防龋齿，是因为F⁻与牙齿表面的Ca²⁺形成了更难溶且更稳定的配合物[CaF₆]⁴⁻ ，增强了牙齿的抗腐蚀能力。在工业上，金属的提取和分离常利用配合物的性质，如用氰化钠溶液提取金矿中的金，Au与CN⁻形成[Au(CN)₂]⁻配合物而溶解，再通过后续反应得到单质金。在医学领域，一些抗癌药物是配合物，如顺铂[Pt(NH₃)₂Cl₂]，它能与癌细胞中的DNA结合，抑制癌细胞的生长和分裂。 4. 配合物的命名（15分钟） 【规则讲解】讲解配合物命名的一般规则：先阴离子后阳离子，先简单后复杂；配体的命名顺序是先无机配体后有机配体，先阴离子配体后中性分子配体；不同配体之间用“·”隔开，配体个数用数字表示写在配体名称前；中心原子的氧化数用罗马数字表示写在中心原子名称后，并用括号括起来。 【实例练习】以[Cu(NH₃)₄]SO₄为例，按照命名规则，命名为硫酸四氨合铜（Ⅱ）。让学生练习命名[Ag(NH₃)₂]OH（氢氧化二氨合银（Ⅰ））、K₃[Fe(CN)₆]（六氰合铁（Ⅲ）酸钾 ）等配合物，教师巡视指导，及时纠正错误。 5. 超分子的概念与特征（15分钟） 【引入概念】展示冠醚与碱金属离子形成超分子的图片，引出超分子的概念：超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体 。强调超分子与传统分子的区别，传统分子是由原子通过共价键结合而成，而超分子中分子之间通过较弱的分子间作用力，如氢键、范德华力等结合。 【特征讲解】讲解超分子的两大重要特征：分子识别和自组装。以冠醚为例，冠醚具有特定大小的空腔，能够选择性地识别并容纳特定大小的碱金属离子，这就是分子识别。而自组装是指分子在一定条件下自发地形成有序结构的过程。比如表面活性剂分子在水溶液中会自组装形成胶束，这是因为表面活性剂分子的亲水性头部和疏水性尾部在水溶液中的相互作用，使得它们自发地排列成特定的结构。 6. 常见的超分子体系及应用（15分钟） 【列举类型】介绍常见的超分子体系，如环糊精包合物。环糊精是一种环状分子，内部有疏水空腔，能将一些有机分子包合在其中。例如，环糊精可以包合香料分子，延长香料的挥发时间，提高其稳定性。还有杯芳烃，它具有独特的杯状结构，在分子识别、催化等领域有潜在应用。 【应用拓展】展示超分子在药物输送、传感器、纳米材料制备等领域的应用。在药物输送方面，超分子可以作为载体，将药物包裹其中，实现药物的靶向输送，提高药物疗效并减少副作用。在传感器领域，利用超分子的分子识别特性，可以检测特定的离子或分子，如基于冠醚的离子传感器能灵敏地检测钾离子浓度。在纳米材料制备中，超分子自组装可以控制纳米材料的形状和尺寸，制备出具有特殊性能的纳米材料。 （三）课堂小结（5分钟） 1. 引导学生回顾本节课的主要内容：配合物的概念、组成、形成过程、性质、命名以及超分子的概念、特征和常见体系。重点强调配合物中配位键的形成、超分子的分子识别和自组装特征。 2. 提问学生：“通过本节课的学习，你对配合物和超分子有了哪些新的认识？它们在生活和科技中的应用对你有什么启发？”让学生积极思考，巩固所学知识，培养学生将化学知识与实际应用相联系的意识。 （四）课堂练习（10分钟） 1. 通过PPT展示8 10道与本节课知识点紧密相关的练习题，包括配合物组成的判断、命名的正误判断、超分子特征的理解以及配合物和超分子应用原理的分析等题目。 2. 要求学生独立完成，教师巡视指导，及时发现学生存在的问题并进行个别辅导。练习结束后，邀请学生回答问题，进行详细讲解，确保学生掌握解题方法和知识点。例如：判断[Zn(NH₃)₄]Cl₂中中心原子、配位体、配位数；命名[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂；解释冠醚能识别特定离子的原理等。 （五）布置作业 1. 基础作业 完成教材课后习题，通过书面作业巩固配合物和超分子的相关知识，加深对配合物组成、命名以及超分子特征的理解和掌握。 写出常见配合物[Fe(CO)₅]、[PtCl₄(NH₃)₂]的名称，并分析其中心原子、配位体和配位数。 2. 拓展作业 查阅资料，了解一种新型配合物或超分子在前沿科技领域的应用进展，如超分子聚合物在智能材料中的应用，撰写一篇500 - 800字的科普短文，下节课分享交流。要求短文内容包含该配合物或超分子的结构特点、应用原理以及发展前景，拓宽学生的科学视野，激发学生对化学学科前沿的探索兴趣。 五、教学反思 在本节课的教学过程中，通过实验探究、动画演示、类比等多种教学方法，将抽象的配合物和超分子知识形象化，有助于学生理解。实验环节充分调动了学生的积极性，培养了学生的观察和分析能力。小组讨论和课堂练习让学生有更多机会参与，提高了学生的学习效果。但在讲解超分子自组装原理时，部分学生理解困难，后续教学中可增加更多微观层面的模拟动画，帮助学生突破难点。同时，在课堂练习中，应更加注重对学生解题思路的引导，强化学生运用知识解决复杂问题的能力，进一步提升教学质量。 学科网（北京）股份有限公司 $$