3.4.2 超分子 教案- -2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

优秀教案系列 第四节　配合物与超分子 第2课时　超分子 教学分析 · 教学目标 课标要求 素养要求 1.理解配合物的性质与结构的关系。 2.了解从原子、分子、超分子等不同角度认识物质结构的意义。 3.能举例说明超分子的特征。 宏观辨识与微观探析:从结构上了解超分子的应用。 · 评价目标 通过课堂评价反馈的训练,检测学生对配位键和超分子的掌握情况。 · 教学重点、难点 重点:配合物的性质与结构的关系、超分子的概念。 难点:超分子的结构特点。 · 教学方法 学案导学、问题引导。 · 课时安排 1课时。 · 教学准备 教师查阅资料制作多媒体课件,学生提前预习完成学案。 教学设计 【复习提问】 1.配合物的定义; 2.配位键的定义。 学生回答,教师点评。 【学生活动】 1.填写下表: 配离子 [Cu(H2O)4]2+ [Cu(NH3)4]2+ [Fe(SCN)]2+ [Ag(NH3)2]+ 颜色 溶解性 生成方法 中心离子 配体 配位数 【投影】展示答案。 配离子 [Cu(H2O)4]2+ [Cu(NH3)4]2+ [Fe(SCN)]2+ [Ag(NH3)2]+ 颜色 天蓝色 深蓝色 红色 无色 溶解性 溶 溶 溶 溶 生成方法 铜盐溶于水 硫酸铜溶液 中加氨水 铁盐和 KSCN溶液 硝酸银溶液 中加氨水 中心离子 Cu2+ Cu2+ Fe3+ Ag+ 配体 H2O NH3 SCN- NH3 配位数 4 4 1 2 【讲解】中心离子与配体之间是怎样结合的?尝试用结构式表示[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+。 【学生展示答案】 ,。 【设问】提供孤电子对的原子是哪些? 【学生回答】分别是O、N、S、N。 【问】它们在结构上有什么共同点? 【生答】最外层电子数较多,一般多于4个。 【问】结合铵根离子的空间结构思考,配位键形成后和普通共价键是否相同? 【讲解】铵根离子中有四个N—H,其中有三个N—H是普通共价键,一个是配位键,结合空间结构是正四面体形可知,这四个共价键的键长、键角是完全相同的,故配位键形成后和普通共价键相同。 【学生活动】例1、大环配位体可用于金属蛋白质化学模拟,合成离子载体等;如图为冠醚(大环配位体)和某金属离子(M)形成的一种大环配合物。回答下列问题: (1)该大环配合物中含有的化学键为　　　　　　(填字母)。  　　　　　　　　　　　　　　　　 a.极性键 b.非极性键 c.配位键 d.金属键 (2)该物质中非金属元素的电负性由小到大的顺序为　　　　　　。  (3)在冠醚中,C原子的杂化类型为　　　　,O原子的杂化类型为　　　　。  (4)冠醚中的O原子能和M离子形成配位键的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　。  例2、(1)配位化学创始人维尔纳发现,取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1 mol,分别溶于水,加入足量硝酸银溶液,立即产生氯化银,沉淀的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol和1 mol。 ①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。 CoCl3·6NH3:　　　　　,  CoCl3·5NH3:　　　　　,  CoCl3·4NH3(绿色和紫色):　　　　　。  ②后两种物质组成相同而颜色不同的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ③上述配合物中,中心离子的配位数都是　　　　　。  (2)向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液,溶液变成红色。该反应在有的教材中用化学方程式FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl表示。经研究表明,Fe(SCN)3是配合物,Fe3+与SCN-不仅能以1∶3的个数比配合,还能以其他个数比配合。请按要求填空: ①Fe3+与SCN-反应时,Fe3+提供　　　　　,SCN-提供　　　　　,二者通过配位键结合。  ②所得Fe3+与SCN-的配合物中,主要是Fe3+与SCN-以个数比1∶1配合所得离子显红色,含该离子的配合物的化学式是　　　　　。  ③若Fe3+与SCN-以个数比1∶5配合,则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  【小组交流展示答案】例1、答案:(1)abc　(2)H<C<O　(3)sp3杂化　sp3杂化　(4)O原子成键后,含2个孤电子对,金属离子M有空轨道,所以两者能形成配位键 例2、答案:(1)①[Co(NH3)6]Cl3　[Co(NH3)5Cl]Cl2 [Co(NH3)4Cl2]Cl　②它们互为同分异构体　③6 (2)①空轨道　孤电子对　②[Fe(SCN)]Cl2　③FeCl3+5KSCNK2[Fe(SCN)5]+3KCl 【学生讲解后教师总结】例1、(1)该化合物的C—C为非极性键,C—H、C—O为极性键,O—M为配位键;(2)非金属元素有C、H、O,根据电负性规律,电负性由小到大的顺序为H<C<O;(3)由该物质的键线式可知,C元素原子均形成4个单键,采用sp3杂化,每个O原子连接2个C原子,其价层电子对数为2+×(6-2×1)=4,采用sp3杂化;(4)O原子成键后,含2个孤电子对,金属离子M有空轨道,所以两者能形成配位键。 例2、(1)由题意知,四种配合物中每一种配合物所含自由氯离子的数目分别为3、2、1、1,则它们的化学式分别为[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl,最后两种应互为同分异构体。 (2)Fe3+和SCN-形成配合物时,Fe3+提供空轨道,SCN-提供孤电子对,Fe3+和SCN-以1∶1和1∶5形成络离子时,写化学式要用Cl-和K+分别平衡络离子的电荷,使络合物呈电中性。 【讲解】配合物的组成: 在溶液中,外界离子可以电离,内界离子不能继续电离。 【学生活动】例3、配位数为6的Co3+的配合物CoClm·nNH3,若1 mol配合物与足量AgNO3溶液反应只生成 1 mol AgCl沉淀,则m、n的值是(　　) A.m=1,n=5 B.m=3,n=4 C.m=5,n=1 D.m=4,n=5 【小组交流展示答案】例3、答案:B。 【教师总结】与AgNO3溶液反应的Cl-(1 mol)不是来自配体,而是来自配合物外界。因此,根据电荷守恒,中心离子为Co3+,1 mol配合物中共有3 mol Cl-,其中作为外界的Cl-为1 mol,作为配体的Cl-为2 mol;根据Co3+配位数为6,可知作为配体的NH3为4 mol。 【思考】1.从形成过程、实质和存在角度看,配位键与共价键有何区别? 2.配合物的结构与性质的关系。 【学生思考讨论】展示答案。 【讲解并归纳】 1.(1)形成过程不同:配位键实质上是一种特殊的共价键,在配位键中一方提供孤电子对,另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。 (2)配位键与普通共价键实质是相同的。它们都被成键原子双方共用,如在N中有三个普通共价键、一个配位键,但四者是完全相同的。 (3)同普通共价键一样,配位键可以存在于分子之中[如Ni(CO)4],也可以存在于离子之中(如N)。 2.配合物外界离子可以电离出来,内界离子不可以电离。 【过渡】配合物由于结构的特殊性,决定了它们在性质上也有很多特别的地方。还有一种粒子因有特殊结构决定了其特殊的性质,那就是超分子。超分子大家可能第一次听说,它是一种怎样的粒子呢?同学们阅读教材P98第二自然段了解并填空: 1.超分子 (1)定义:超分子是由　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　通过　　　　　　　　　　　　形成的　　　　　　　　　　　　。  (2)分子形成超分子的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)分子聚集体大小:分子聚集体有的是有限的,有的是　　　　　　　　。  【学生活动】阅读填空并展示答案。 【讲解】 其实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。超分子定义中的分子是广义的,包括离子。超分子这种分子聚集体,有的是有限的,有的是无限伸展的。它们通过非共价键结合,包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。 超分子的应用实例就是分子识别,例如分离C60和C70及冠醚识别碱金属离子。 【阅读教材】P98~100内容。 2.应用实例——分子识别 (1)分离C60和C70,如图所示。 “杯酚” (2)冠醚识别碱金属离子。不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子。 研究超分子的化学叫超分子化学,是一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新兴学科。它的研究领域包括环状配体组成的主客体体系;有序的分子聚集体;由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。应用也很广,在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景。超分子化学的发展不仅与大环化学(冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C60等)的发展密切相连,而且与分子自组装(双分子膜、胶束、DNA双螺旋等)、分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。 【学生练习】判断下列说法正误: (1)含有多种分子的混合物就是超分子。(　　) (2)超分子不仅能与分子结合也可结合某些离子。(　　) 【展示答案】(1)×　(2)√ 【学生活动】例4、我国科学家制得了SiO2超分子纳米管,其微观结构如图所示,下列叙述正确的是(　　) A.SiO2是两性氧化物,既可与NaOH反应又可与HF反应 B.SiO2超分子纳米管可能选择性结合某些分子或离子 C.SiO2是光导纤维的成分,具有导电性 D.水晶和玛瑙的主要成分均为SiO2,均属于共价晶体 【小组交流展示答案】例4、答案:B 解析:SiO2是酸性氧化物,可以与NaOH反应,也有与HF反应的特性,A项错。SiO2是光导纤维的成分,它不导电,C项错。水晶和玛瑙的主要成分均为SiO2,水晶是共价晶体,玛瑙不是,D项错。 【总结】 1.超分子的定义 2.超分子的特征 3.应用实例——分子识别 4.超分子化学 评价反馈 1.下列关于配合物[Zn(NH3)4]Cl2的说法正确的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.配位数为6 B.配体为NH3和Cl- C.[Zn(NH3)4]2+为内界 D.Zn2+和NH3以离子键结合 答案:C 2.下列关于超分子的说法不正确的是(　　) A.超分子是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 B.超分子都是无限伸展的 C.冠醚是一种超分子,可以识别碱金属离子 D.细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质 答案:B 解析:超分子有的是有限的,有的是无限伸展的,B项错误。 3.丁二酮肟镍是丁二酮肟在氨性溶液(pH为8~9)中与Ni2+发生反应生成的沉淀,该反应常在实验室中用来检验镍离子。丁二酮肟镍的结构如图所示,下列关于该物质的说法正确的是(　　) A.该物质中Ni(Ⅱ)提供接受孤电子对的空轨道,是配合物的配体 B.该物质中C、N、O原子上均存在孤电子对 C.该物质中含有共价键和配位键 D.该物质中碳原子均采取sp2杂化 答案:C 解析:该物质中Ni(Ⅱ)提供接受孤电子对的空轨道,不是配合物的配体,A项错误;该物质中C原子上不存在孤电子对,B项错误;由丁二酮肟镍的结构可知,该物质中含有共价键、配位键,C项正确;该物质中甲基上的碳原子采取sp3杂化,与甲基相连的碳原子采取sp2杂化,D项错误。 4.下列关于超分子和配合物的叙述不正确的是(　　) A.利用超分子的分子识别特征,可以分离C60和C70 B.配合物中只含配位键 C.[Cu(H2O)6]2+中Cu2+提供空轨道,H2O中氧原子提供孤电子对,从而形成配位键 D.配合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有广泛应用 答案:B 课堂小结 教学反思 超分子是首次引入中学教材的新增内容,但要求不高。这种分子聚集体以什么样的作用形成超分子,教材没有给出一个肯定的说法,只是列举两种说法。教材运用图片的呈现方式,结合两个具体例子介绍了超分子及其性质。在课堂教学中以阅读为主,可结合多媒体手段加以辅助。难度上以学生了解为目的,通过信息搜索可以帮助学生进行学习。 布置作业巩固练习教学反思 查阅资料,了解超分子在生产、生活中的重要作用。 板书设计 第四节　配合物与超分子 第2课时　超分子 1.超分子的定义 2.超分子的特征 3.应用实例——分子识别 4.超分子化学 巩固练习 1.下列说法正确的是(　　) A.“超分子”是相对分子质量比高分子更大的分子 B.“液晶”是将普通晶体转化形成的液体 C.“等离子体”是指阴、阳离子数相等的晶体 D.石墨烯、碳纳米管虽然性能各异,本质上都是碳单质 答案:D 2.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法错误的是(　　) A.第一电离能:C<O B.杯酚分子中存在大π键 C.杯酚与C60形成氢键 D.C60与金刚石晶体类型不同 答案:C 3.Fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道能与一些分子或离子形成配合物。 ①与Fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是　　　　　　　　。  ②六氰合亚铁离子[Fe(CN)6]4-中不存在　　　　(填字母)。  A.共价键　B.非极性键　C.配位键　D.σ键　E.π键 答案:①具有孤电子对　②B 4.M与Ga位于同周期,M3+的一种配合物组成为[M(NH3)5(H2O)]Cl3。 ①下列有关NH3、H2O的说法正确的是　　(填字母)。  a.分子空间结构相同　b.中心原子杂化类型相同 c.键角大小相同 ②1 mol[M(NH3)5(H2O)]3+含　　　　个σ键(设NA为阿伏加德罗常数的值)。  ③配合物T与[M(NH3)5(H2O)]Cl3组成元素的种类和数目相同,中心离子的配位数相同。1 mol T溶于水,加入足量AgNO3溶液可生成2 mol AgCl。则T的化学式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案:①b　②23NA　③[M(NH3)5Cl]Cl2·H2O 备课资源 人们熟知的化学主要是研究以共价键相结合的分子的合成、结构、性质和变换规律。以J.M.Lehn为代表的学者所倡导的超分子化学已成为今后化学发展的另一个全新的领域。 超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起,组成复杂的、有组织的聚集体,并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。 已报道的超分子大环主体有DNA,冠醚,环糊精,杯芳烃,杯吡咯,杯咔唑,瓜环葫芦脲,柱芳烃等。 1.历史 超分子这一术语早在20世纪30年代中期就被提出,超分子化学的概念和术语则是在1973年提出。1987年诺贝尔化学奖获得者,法国科学家J.M.Lehn首次提出了“超分子化学”这一概念,他指出:“基于共价键存在着分子化学领域,基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”。超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学,换句话说分子间的相互作用是超分子化学的核心。在超分子化学中,不同类型的分子间相互作用是可以区分的,根据它们不同的强弱程度、取向以及对距离和角度的依赖程度,可以分为:金属离子的配位键、氢键、π-π 堆积作用、静电作用和疏水作用等。它们的强度分布由π-π堆积作用及氢键的弱到中等,到金属离子配位键的强或非常强,这些作用力成为驱动超分子自组装的基本方法。人们可以根据超分子自组装原则,以分子间的相互作用力作为工具,把具有特定结构和功能的组分或建筑模块按照一定的方式组装成新的超分子化合物。这些新的化合物不仅仅能表现出单个分子所不具备的特有性质,还能大大增加化合物的种类和数目。如果人们能够很好地控制超分子自组装过程,就可以按照预期目标更简单、更可靠的得到具有特定结构和功能的化合物。 2.分类 超分子化学的研究范围大致可分为三类:(1)环状配体组成的主客体体系;(2)有序的分子聚集体;(3)由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物(Supermolecule)。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$