3.4 配合物与超分子 第2课时（教学设计）化学人教版选择性必修2

第四节 配合物与超分子 第2课时 配合物的应用 超分子 一、知识目标 1.了解配位化合物在促进沉淀溶解、离子检验等方面的应用。 2.掌握配合物相关实验的现象、结论及解释，能正确书写相关反应的化学方程式和离子方程式。 3.理解超分子的概念、结构特征及应用，了解超分子化学的含义、研究领域及应用前景。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：能从宏观现象出发，分析配合物和超分子的微观结构与性质，理解其在不同应用中的作用原理。 2.证据推理与模型认知：通过对实验现象和数据的分析，建立配合物和超分子的结构模型，推理其性质和应用。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究配合物的性质和超分子的应用，培养科学探究能力和创新思维。 一、教学重点 配合物的应用、超分子的概念与应用。 二、教学难点 配合物促进沉淀溶解的原理、超分子的结构与功能关系。 本节教学内容源于人教版选择性必修2《物质结构与性质》第三章《晶体的结构与性质》第四节《配合物与超分子》的第2课时。这部分内容是在学生学习了配位键和配位化合物的基础上展开的，是对化学键知识的进一步拓展和深化，对于学生全面理解物质的结构与性质具有重要意义。 按照教材编排，本课时聚焦于配合物的应用和超分子两部分内容。配合物的应用通过多个实验进行呈现，如硫酸铜与氨水的反应、氯化银与氨水的反应、Fe³⁺的检验等，让学生直观地认识到配合物在促进沉淀溶解和离子检验等方面的作用，加深对配合物性质的理解。超分子部分则介绍了超分子的概念、结构特征、大小以及应用，如分子识别和自组装等，拓宽了学生的化学视野，使学生了解到化学在生命科学、尖端技术等领域的前沿应用。 教学对象是高二学生，他们已经具备了一定的化学知识基础和实验操作技能。在之前的学习中，学生已经掌握了化学键、分子结构等相关知识，为学习配合物和超分子奠定了基础。然而，配合物和超分子的概念较为抽象，对于学生来说理解起来可能存在一定的难度。 在思维能力方面，高二学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们需要更多的实例和实验来帮助理解抽象的化学概念。在学习过程中，学生可能对配合物的形成过程和超分子的分子间相互作用等微观层面的知识理解不够深入，需要教师通过生动的讲解和直观的演示来引导。 此外，学生在学习兴趣上可能存在差异，部分学生对化学实验和前沿科学知识比较感兴趣，而另一部分学生可能更关注知识的记忆和应试。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的个体差异，采用多样化的教学方法和手段，激发学生的学习兴趣，帮助学生更好地掌握本课时的内容。同时，要引导学生将所学知识与实际生活和科学研究相结合，培养学生的化学学科核心素养。 教学环节一 课堂导入 【引导学生回顾】同学们，上节课我们一起学习了配位键和配位化合物的相关知识。现在请大家回忆一下，什么是配位键呢？（给学生一些思考和回答时间，引导学生回顾配位键是一方提供孤电子对，另一方提供空轨道而形成的化学键） 【展示生活实例】大家回答得很好。其实，配合物在我们的生活中无处不在。比如说，我们常用的热水瓶胆，它的内壁镀银就利用了银镜反应，这里面就涉及到配合物[Ag(NH₃)₂]OH ；还有我们人体中的血红蛋白、维生素 B₁₂以及植物中的叶绿素，它们也都含有配合物的结构。这些配合物在生命活动和日常生活中都有着至关重要的作用。 【提出问题】既然配合物这么重要，那大家想不想知道配合物在其他方面还有哪些神奇的应用呢？另外，除了配合物，还有一种对生命活动、尖端技术等有着广泛应用前景的物质——超分子，大家听说过超分子吗？它又有着怎样的奥秘呢？带着这些疑问，让我们一起走进今天的课堂，深入探究配合物的应用和超分子的世界。 【设计意图】 1.巩固旧知：通过引导学生回顾配位键的概念，帮助学生巩固上节课所学内容，为新知识的学习搭建基础，使学生能够更好地理解配合物应用和超分子相关知识与之前内容的联系。 2.激发兴趣：展示热水瓶胆镀银、血红蛋白等生活中常见的配合物实例，将抽象的化学知识与实际生活紧密结合，让学生切实感受到化学就在身边，从而激发学生对配合物应用的好奇心和探索欲望，提高学生的课堂参与度。 3.引发思考，导入新课：提出关于配合物其他应用和超分子的问题，引发学生的思考，自然地过渡到本节课的主题——配合物的应用和超分子，使学生明确学习目标，带着问题去学习新知识，增强学习的主动性和积极性。 教学任务一 配合物的应用 活动一 配合物促进沉淀的溶解 【引入】上节课我们学习了配位键和配位化合物，那同学们知道配合物在生活中都有哪些应用吗？其实配合物在很多方面都有重要作用，比如它可以促进某些沉淀的溶解。下面我们通过实验来探究一下。 【问题】展示硫酸铜溶液和氨水，提出问题：如果将氨水逐滴加入硫酸铜溶液中，会发生什么现象呢？ 【学生思考】学生进行思考和猜测，可能会有不同的答案，如产生沉淀、溶液变色等。 【教师演示实验】 【实验3 - 3】硫酸铜与氨水的反应。先向硫酸铜溶液中滴加氨水，观察到产生蓝色难溶物，继续滴加氨水，难溶物溶解，得到深蓝色透明溶液。 【教师讲解】解释实验现象，写出反应方程式： CuSO4 + 2NH3·H2O = Cu(OH)2+ (NH4)2SO4，产生蓝色的Cu(OH)2沉淀。 继续滴加氨水后，Cu(OH)2(s)与NH3·H2O结合形成更稳定的[Cu(NH3)4]2+，Cu2+ + 4NH3·H2O = [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O，所以沉淀溶解。 【学生提问】思考并提出问题：为什么继续滴加氨水后氢氧化铜会溶解？ 【教师解答】配位键的强度有大有小，有的配合物较稳定，有的配合物较不稳定。通常情况，较稳定的配合物可以转化为稳定性更强的配合物，[Cu(H2O)4]2+转化为[Cu(NH3)4]2+ 。 【教师继续演示】在得到的深蓝色溶液中加入(95%)乙醇，观察到析出深蓝色的晶体。 【教师讲解】解释原因：溶剂极性：乙醇<水，[Cu(NH3)4]SO4在乙醇中的溶解度小。 【学生提问】如果加入乙醇后，晶体未能立刻析出，可以用玻璃棒摩擦试管壁，使晶体迅速析出，这是为什么？ 【教师解答】通过摩擦，可在试管内壁产生微小的玻璃微晶来充当晶核，容易诱导结晶，这与加入晶种来加速结晶的原理是一样的。 【教师演示】 【实验3 - 5】氯化银与氨水的反应。向NaCl溶液中滴加少量AgNO3溶液，产生AgCl沉淀，再滴加氨水，沉淀溶解得到澄清溶液。 【教师讲解】写出反应方程式：AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl，AgCl(s)与NH3·H2O 结合形成 [Ag(NH3)2]+。 【设计意图】通过实验直观展示配合物促进沉淀溶解的现象，激发学生的学习兴趣，培养学生的观察能力和思考能力，让学生理解配合物在沉淀溶解过程中的作用原理。 【对应训练1】向盛有少量CuCl2溶液的试管中滴入少量NaOH溶液，再滴入适量浓氨水，下列叙述不正确的是(　　) A．开始生成蓝色沉淀，加入过量氨水时，形成无色溶液 B．开始生成Cu(OH)2，它不溶于水，但溶于浓氨水，生成深蓝色溶液 C．开始生成蓝色沉淀，加入氨水后，沉淀溶解生成深蓝色溶液 D．开始生成Cu(OH)2，之后生成更稳定的配合物 【答案】A 【解析】向CuCl2溶液中滴入NaOH溶液，会生成蓝色的Cu(OH)2沉淀，再加入浓氨水，Cu(OH)2与NH3·H2O反应生成[Cu(NH3)4]2+ ，溶液变为深蓝色，A选项错误，B、C、D选项正确。 【对应训练2】已知某紫色配合物的组成为(CoCl35NH3·H2O)，其水溶液显弱酸性，加入强碱并加热至沸腾有NH3放出，同时产生Co2O3沉淀；向一定量该配合物溶液中加过量AgNO3溶液，有AgCl沉淀生成，待沉淀完全后过滤，再加过量AgNO3溶液于滤液中，无明显变化，但加热至沸腾又有AgCl沉淀生成，且第二次沉淀量为第一次沉淀量的二分之一，则该配合物的化学式最可能为(　　) A．[CoCl(NH3)5]Cl·2H2O B．[Co(NH3)·5(H2O)]Cl3 C．[CoCl2(NH3)·3H2O]Cl2 D．[CoCl2(NH3)4]ClNH3·H2O 【答案】A 【解析】加入强碱并加热至沸腾有NH3放出，说明NH3在配合物内界；向该配合物溶液中加过量AgNO3溶液，有AgCl沉淀生成，说明外界有Cl-，随意内界有1个Cl-，所以该配合物的化学式最可能[CoCl(NH3)5]Cl·2H2O，A选项正确。 活动二 配合物应用于离子检验 【引入】配合物除了能促进沉淀的溶解，还可以应用于某些离子的检验。下面我们通过实验来看看如何用配合物检验Fe3+ 。 【问题】提出问题：如何检验溶液中是否含有Fe3+呢？ 【教师演示实验】 【实验3 - 4】Fe3+的检验。向FeCl3溶液中滴加KSCN溶液，观察到溶液变为红色。 【教师讲解】写出反应方程式：FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KCl，实际上 Fe3+ + nSCN- = [Fe(SCN)n]3 - n（(n = 1～6)，随c(SCN-)大小而异。 【学生练习】请写出Fe3+与SCN-反应时配位数为4的离子方程式： Fe3+ + 4SCN- = [Fe(SCN)4]-。 【设计意图】通过实验让学生掌握用配合物检验Fe3+的方法，加深对配合物应用的理解，培养学生的实验操作和化学方程式书写能力。 【对应训练3】Fe3+的配合物呈现不同的颜色。如[Fe(H2O)6]3+为浅紫色，[Fe(SCN)6]3- 为红色，[FeF6]3 -为无色。某同学为探究Fe3+配合物的性质进行如下实验。下列有关说法不正确的是（　　） A．Fe3+的价层电子轨道处于半满状态，较稳定 B．SCN-中存在π键，和Fe3+配位的是C原子 C．与Fe3+形成配位键的稳定性强弱：SCN- < F- D．向溶液(I)中加入适量硝酸有利于观察到[Fe(H2O)6]3+紫色 【答案】B 【解析】Fe3+的价层电子排布式为3d5，处于半满状态，较稳定，A选项正确；SCN-中C与N之间存在π键，和Fe3+配位的是S原子，B选项错误；由实验现象可知，[FeF6]3 -为无色，说明F-与Fe3+形成的配合物更稳定，即与Fe3+形成配位键的稳定性强弱：SCN- < F-，C选项正确；向溶液(I)中加入适量硝酸，可使[Fe(SCN)6]3- 转化为[Fe(H2O)6]3+，有利于观察到[Fe(H2O)6]3+的紫色，D选项正确。 教学任务二 超分子 活动一 超分子的概念和结构特征 【引入】配合物在生命体中大量存在，对生命活动具有重要意义，在尖端技术、医药科学等方面也有广泛应用。除此之外，对生命活动、尖端技术等有着广泛应用前景的还有超分子等物质。那什么是超分子呢？ 【问题】提出问题：请同学们阅读教材相关内容，思考超分子的概念是什么？ 【学生阅读思考】学生阅读教材后回答：两种或两种以上的分子（包括离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体。 【教师讲解】强调超分子的特点： 超分子内部分子之间通过非共价键结合，主要是静电作用、范德华力和氢键以及一些分子与金属离子之间形成的弱配位键。 超分子的大小有的是有限的，有的是无限伸展的。 【举例说明】展示生命体中超分子体系：叶绿体中的光系统I蛋白，说明超分子在生命活动中的存在。 【设计意图】通过引入配合物的应用引出超分子的概念，让学生阅读教材培养自主学习能力，教师讲解和举例加深学生对超分子概念和结构特征的理解。 【对应训练1】下列有关超分子的说法正确的是（　　） A．超分子是如蛋白质一样的大分子 B．超分子是由小分子通过聚合得到的高分子 C．超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体 D．超分子是由两个或两个以上分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体 【答案】D 【解析】超分子是由两个或两个以上分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体，不是如蛋白质一样的大分子，也不是由小分子聚合得到的高分子，A、B选项错误，D选项正确；超分子不一定是由高分子形成的，C选项错误。 【对应训练2】下列不能看作超分子的是（　　） A．两个DNA分子链通过氢键结合在一起 B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构 C．冠醚与金属离子的聚集体 D．所有以氢键结合在一起的分子 【答案】D 【解析】两个DNA分子链通过氢键结合在一起、细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构、冠醚与金属离子的聚集体都符合超分子的概念，可以看作超分子；而所有以氢键结合在一起的分子，没有强调是通过分子间相互作用形成的分子聚集体，不一定能看作超分子，D选项符合题意。 活动二 超分子的应用 【引入】超分子具有独特的性质，在很多领域都有重要的应用。下面我们来了解一下超分子在分子识别和自组装方面的应用。 【问题】展示杯酚分离C60和C70的图片，提出问题：杯酚是如何分离C60和C70的呢？ 【教师讲解】解释杯酚分离C60和C70的原理：过程①中C60进入“杯酚”是因为C60的“个头”比C70的“个头”小，该过程体现了超分子的“分子识别”功能，并且“杯酚”可循环使用。 【展示图片】展示冠醚识别碱金属离子的图片，提出问题：冠醚靠什么原子吸引阳离子？ 【学生思考回答】学生回答：冠醚中的O原子吸引阳离子。 【教师讲解】冠醚环的大小与金属离子匹配，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。 【举例说明】介绍超分子自组装，如细胞膜的两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜的两性分子的头基是极性基团而尾基是非极性基团。头基为亲水基团，头部会朝向水溶液一侧，从而实现自组装。 【设计意图】通过展示图片和实例，让学生了解超分子在分子识别和自组装方面的应用，培养学生的观察和分析能力，拓宽学生的知识面。 【对应训练3】“杯酚”能够分离提纯C60和C70，其原理如图所示。下列说法错误的是（　　） A．过程①中C60进入“杯酚”是因为C60的“个头”比C70的“个头”小 B．过程②中操作1是蒸馏，过程③中操作2是过滤 C．该过程体现了超分子的“分子识别”功能 D．该过程中“杯酚”可循环使用 【答案】B 【解析】过程①中C60进入“杯酚”是因为C60的“个头”比C70的“个头”小，A选项正确；过程②中操作1是过滤，过程③中操作2是蒸馏，B选项错误；该过程中“杯酚”能识别C60和C70，体现了超分子的“分子识别”功能，C选项正确；“杯酚”在分离过程中可以循环使用，D选项正确。 第四节 配合物与超分子 第2课时 配合物的应用 超分子 一、配合物的应用 （一）促进沉淀溶解 1.硫酸铜与氨水反应 oCuSO₄ + 2NH₃·H₂O = Cu(OH)₂↓ + (NH₄)₂SO₄ oCu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH⁻ 2.氯化银与氨水反应 oAgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂]Cl （二）应用于离子检验 1.Fe³⁺的检验 oFeCl₃ + 3KSCN = Fe(SCN)₃ + 3KCl oFe³⁺ + nSCN⁻ = [Fe(SCN)ₙ]³⁻ⁿ （n = 1～6） 二、超分子 （一）概念 两种或两种以上的分子（包括离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体。 （二）结构与特征 1.超分子内部分子之间通过非共价键结合（静电作用、范德华力、氢键、弱配位键） 2.大小：有限或无限伸展 （三）应用 1.分子识别 o杯酚分离C₆₀和C₇₀ o冠醚识别碱金属离子 2.自组装 o细胞膜的形成 1.工业上常用CuSO₄溶液、氨水和Na₂S₂O₃溶液为原料配制浸金液，浸取金原理如图所示。下列说法错误的是（ ） A．[Au(S₂O₃)₂]³⁻中与Au³⁺配位的原子为S₂O₃²⁻中的O原子 B．S₂O₃²⁻增强了Au的还原性 C．[Cu(NH₃)₄]²⁺起催化作用 D．浸取金的总反应为4Au + O₂ + 2H₂O + 8S₂O₃²⁻ = 4[Au(S₂O₃)₂]³⁻ + 4OH⁻ 【答案】A 【解析】A．在[Au(S₂O₃)₂]³⁻中，S₂O₃²⁻中S原子具有孤电子对，能与Au³⁺形成配位键，所以与Au³⁺配位的原子为S₂O₃²⁻中的S原子，A选项错误；B．S₂O₃²⁻与Au³⁺形成配合物，使Au更容易失去电子，增强了Au的还原性，B选项正确；C．[Cu(NH₃)₄]²⁺在反应前后没有发生变化，起催化作用，C选项正确；D．根据图示可知，浸取金的总反应为4Au + O₂ + 2H₂O + 8S₂O₃²⁻ = 4[Au(S₂O₃)₂]³⁻ + 4OH⁻，D选项正确。答案选A。 2.M(III) 的八面体配合物为MAₓ · nH₂O，1 mol 该配合物与AgNO₃溶液反应生成 1 mol AgCl 沉淀，则 x、n 的值是（ ） A．x＝1，n＝5 B．x＝3，n＝3 C．x＝5，n＝1 D．x＝6，n＝0 【答案】B 【解析】1 mol 该配合物与AgNO₃溶液反应生成 1 mol AgCl 沉淀，说明配合物外界有 1 个 Cl⁻，而 M(III) 的八面体配合物，中心离子的配位数为 6，则内界有 3 个 Cl⁻，即 x = 3，又因为配合物的组成是MAₓ · nH₂O，所以 n = 3。答案选B。 3.下列过程与超分子的分子识别无关的是（ ） A．两种特定类型的 DNA 分子才会结合 B．淀粉与碘结合变蓝 C．用 12 - 冠 - 4 分离 Na⁺中的 Li⁺ D．杯酚和 C₆₀ 形成的超分子在氯仿中解体 【答案】D 【解析】A．两种特定类型的 DNA 分子才会结合，是因为它们之间存在特定的分子识别作用，A选项与分子识别有关；B．淀粉与碘结合变蓝，是因为淀粉螺旋结构的空穴恰好能容纳碘分子，形成超分子，体现了分子识别，B选项与分子识别有关；C．用 12 - 冠 - 4 分离 Na⁺中的 Li⁺，是因为 12 - 冠 - 4 对 Li⁺有特定的识别能力，C选项与分子识别有关；D．杯酚和 C₆₀ 形成的超分子在氯仿中解体，是因为溶剂的影响导致超分子结构被破坏，与分子识别无关，D选项符合题意。答案选D。 4.偶氮大环在光照下会发生顺反异构，可用作光开关，其相互转化如图所示。当偶氮大环呈反式结构时，光开关处于关闭态，不能键合碱金属离子；呈顺式结构时，偶氮参与配位，碱金属离子被键合到穴中。下列说法错误的是( ) A．第一电离能：C＜O＜N B．偶氮大环中所有碳、氮原子均采用sp³杂化 C．该偶氮大环处于状态a时，不能键合碱金属离子 D．该偶氮大环键合碱金属离子的过程体现了分子识别的特征 【答案】B 【解析】A．同一周期元素，第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能：C＜O＜N，A选项正确；B．偶氮大环中存在碳碳双键、氮氮双键，双键碳原子和氮原子采用sp²杂化，不是所有碳、氮原子均采用sp³杂化，B选项错误；C．由题可知，当偶氮大环呈反式结构时，光开关处于关闭态，不能键合碱金属离子，状态a为反式结构，所以不能键合碱金属离子，C选项正确；D．该偶氮大环在顺式结构时能键合碱金属离子，反式结构时不能键合，体现了对碱金属离子的识别作用，D选项正确。答案选B。 在本次教学中，通过实验展示和实例分析，学生较好地理解了配合物的应用和超分子的概念。在讲解配合物促进沉淀溶解和离子检验的实验时，学生表现出较高的兴趣，课堂互动良好。但在超分子部分，由于概念较为抽象，部分学生理解存在困难。在今后的教学中，可以增加更多生活实例和直观模型，帮助学生更好地理解抽象概念。同时，在习题讲解环节，应更加注重引导学生分析问题的思路和方法，提高学生解决问题的能力。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $