3.4.2 超分子 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第四节 配合物与超分子 课时2 超分子 2026/3/25 2 2024级化学组江福胜 素养目标 宏观辨识与微观探析：认识超分子的宏观特性，理解分子间作用力、分子识别与自组装的微观本质。 变化观念与平衡思想：知道超分子的形成是动态可逆过程，能从作用力变化角度理解其结构与稳定性。 证据推理与模型认知：基于实验事实推理超分子结构，建立 “识别 — 组装 — 功能” 的认知模型。 科学探究与创新意识：能观察、分析简单超分子实验，体会超分子在材料、分离等方面的创新应用。 2026/3/25 3 2024级化学组江福胜 课堂引入 氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。 核酸的双螺旋结构是靠 氢键来保持的 神奇的超分子，借助 分子间作用力形成复杂的组织结构 2026/3/25 4 2024级化学组江福胜 一、超分子 1. 相关概念 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。 (1) 概念 (2) 微粒间作用力——非共价键 静电作用 范德华力 氢键 2026/3/25 5 2024级化学组江福胜 一、超分子 1. 相关概念 (3) 超分子的大小 有的是有限的 有的无限伸展的 2026/3/25 6 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 1. 分子识别——杯酚分离C60和C70 (1) 杯酚 “杯酚”像个碗似的 1942年奥地利人金克（Zinke）在研究酚醛树脂的过程中，由对叔丁基酚与甲醛溶液反应，意外合成了“杯酚”。 2026/3/25 7 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 超分子 (2) “杯酚”分离 C60 和 C70 1. 分子识别——杯酚分离C60和C70 2026/3/25 8 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 1. 分子识别——杯酚分离C60和C70 C60 C70 C70 C70 C60 C60 超分子 循环使用 溶于氯仿 甲苯，过滤 不溶于氯仿 超分子不溶于甲苯 溶于甲苯 氯仿 相似相溶，C70易溶于甲苯，杯酚不溶于甲苯，杯酚易溶于氯仿，C60不溶于氯仿，再用蒸馏的方式分离C70和甲苯，杯酚和氯仿 2026/3/25 9 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 1. 分子识别——冠醚识别碱金属离子 冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子 (1) 冠醚 (2) 常见的冠醚及命名 15－冠－5 12－冠－4 18－冠－6 把环上所含C、O原子的总数标注在“冠”字之前，把其中所含氧原子数标注在“冠”之后。 2026/3/25 10 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 1. 分子识别——冠醚识别碱金属离子 不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配(配位作用)，从而实现选择性结合(识别不同大小的碱金属离子)。 (3) 冠醚的空穴结构对离子的选择作用 冠醚 冠醚空腔直径/pm 合适的粒子(直径/pm) 12－冠－4 120～150 Li+(152) 15－冠－5 170～220 Na+(204) 18－冠－6 260～320 K+(276)Rb+(304) 21－冠－7 340～430 Cs+(334) 2026/3/25 11 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 1. 分子识别——冠醚识别碱金属离子 (4) 冠醚与金属阳离子的作用机制 高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，从而褪色。但是高锰酸钾溶解在水中，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触，实验时需要不断振荡，二者才能充分反应，溶液褪色 示例实验：甲苯与高锰酸钾溶液的反应 2026/3/25 12 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 1. 分子识别——冠醚识别碱金属离子 (4) 冠醚与金属阳离子的作用机制 ① 冠醚靠什么原子吸引阳离子？ ② 冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？ ③ 冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子，这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？ C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚；O 原子吸引阳离子 共价键 阴离子、离子晶体 2026/3/25 13 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 2. 自组装——表面活性剂去污时胶束的形成 (1) 表面活性剂 P53 从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，分子的一端有极性，称为亲水基团，分子的另一端没有或者几乎没有极性，称为疏水基团。 2026/3/25 14 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 2. 自组装——表面活性剂去污时胶束的形成 (1) 表面活性剂 P53 表面活性剂在水中会形成亲水基团向外、疏水基团向内的胶束。由于油渍等污垢是疏水的，会被包裹在胶束内腔，这就是肥皂和洗涤剂的去污原理。 烷基磺 酸根离子 胶束 表面活性剂在水的 表面形成单分子层 2026/3/25 15 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 2. 自组装——表面活性剂去污时胶束的形成 (1) 表面活性剂 P53 这些分子之所以称为表面活性剂，是由于它们会分散在水的液体表面形成一层疏水基团朝向空气的单分子层，又称单分子膜，从而大大降低水的表面张力。高浓度时，剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束。 2026/3/25 16 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 2. 自组装——表面活性剂去污时胶束的形成 (2) 相似相溶 P53 亲水端倾向于与水相接触 疏水端倾向于不与水接触，彼此聚集 2026/3/25 17 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 2. 自组装——表面活性剂去污时胶束的形成 (3) 自组装 P53 超分子组装的过程称为分子自组装(Molecular self-assembly)，自组装过程(Self-organization)是使超分子产生高度有序的过程。 纯水 胶束 洗洁精 丁达尔效应 自发 过程 2026/3/25 18 2024级化学组江福胜 二、超分子的重要特征及应用 2. 自组装——2025年诺贝尔化学奖 2025 年诺贝尔化学奖授予了在金属有机框架（MOF）领域做出开创性贡献的三位科学家，并未颁发给自组装钼簇分子相关研究。 $