3.4.2 超分子 教学设计-2025-2026学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

教学设计 3.4.2 超分子 基本课程信息 年级 高二 课题 超分子 课时 1课时 授课教师 学情分析 学生已系统学习了共价键、离子键、金属键、配位键等化学键知识，以及范德华力、氢键等分子间作用力，对分子层面的相互作用有了较为全面的认识。同时，通过上一课时配合物的学习，学生对"分子识别"已有初步感知（如冠醚与金属离子的结合）。然而，超分子的概念突破了传统"分子"的边界，要求学生从"分子聚集体"的视角理解物质，这对学生的思维层次提出了更高要求。此外，超分子化学涉及大量前沿科技和生命科学内容，学生可能对"分子机器""药物传输"等概念感到陌生，需要教师以生动形象的类比和案例降低理解门槛。 教材分析 本节内容位于人教版选择性必修二第三章第四节第二课时，是在学生学习了配合物与配位键知识之后，对分子间相互作用的进一步深化与拓展。超分子化学是20世纪后期迅速发展起来的一门前沿交叉学科，被誉为"超越分子层面的化学"。教材从超分子的定义出发，以"杯酚分离C₆₀和C₇₀""冠醚识别碱金属离子"等典型案例，引导学生理解分子识别和自组装两大核心特征，并介绍了超分子在细胞膜结构、表面活性剂等领域的应用。本节内容将学生从"分子"层面带入"分子聚集体"层面，体现了化学学科从微观到宏观、从简单到复杂的发展脉络，同时为后续学习生命科学、材料科学等交叉领域知识奠定基础。 教学目标 宏观辨识与微观探析：能通过对超分子宏观性质和应用的观察，从微观层面理解超分子中分子间非共价键的作用方式及分子识别原理；能建立超分子宏观功能与微观结构之间的联系，理解"结构决定性质"的化学核心观念在超分子层面的体现。 证据推理与模型认知：基于实验现象和数据分析，推理超分子的形成过程和稳定性影响因素，建立超分子的结构模型；运用超分子模型解释分子识别、自组装等核心特征，培养基于证据进行推理和构建模型的能力。 科学态度与社会责任：通过了解超分子在药物传输、分子机器等前沿领域的应用，认识化学科学对社会发展的重大贡献；关注超分子技术发展可能带来的社会影响，培养严谨的科学态度和社会责任感。 教学重难点 重点 超分子的概念，理解分子间非共价键在超分子形成中的关键作用。 超分子的两大重要特征——分子识别和自组装，掌握分子识别的原理。 常见超分子体系的结构特点与应用原理。 难点 从微观层面深入理解分子间非共价键的协同作用对超分子结构和稳定性的影响，涉及多种作用力同时存在时的竞争与协调关系。 理解"分子识别"中尺寸匹配与作用力匹配的双重含义，以及"自组装"过程的驱动力来源。 教学方法 讲授法、讨论法、多媒体辅助教学法 教学过程 【导入】 教师活动：用拼图游戏做类比——展示一幅拼图，指出每一块拼图都有独特的形状，只有特定的几块才能完美契合，拼出完整图案。提问学生："在化学微观世界里，分子之间是否也存在类似的'拼图'现象？不同的分子能否像拼图一样，通过某种方式'识别'并'组装'在一起，形成具有特定功能的整体？"引导学生回顾上节课学习的配合物中冠醚与金属离子的结合，指出这种"识别"现象不仅存在于配合物中，更存在于一个更广阔的化学领域——超分子化学。由此引出本课主题。 学生活动：聆听类比，思考分子之间是否也存在"识别"和"组装"现象。回顾上节课冠醚的相关内容，建立知识衔接，进入新课学习状态。 【活动1——超分子】 教师活动：展示回顾练习——给出五种配合物，引导学生填写内界、外界、中心粒子、配体、配位原子、配位数等信息。在此基础上，简要回顾配合物在生产生活、生命体和医学中的广泛应用，为超分子的学习做好知识铺垫。 学生活动：完成配合物组成的回顾练习，巩固上节课知识。聆听教师对配合物应用的介绍，感受化学与生活的紧密联系。 教师活动：以DNA双螺旋结构为例引入超分子的概念。展示DNA双螺旋结构示意图，提问："DNA的两条分子链是通过什么结合在一起的？"引导学生回顾碱基互补配对原则——A与T通过2个氢键配对，G与C通过3个氢键配对。指出DNA的两条链正是通过氢键这一分子间相互作用结合在一起，形成稳定的双螺旋结构，这就是一个典型的超分子体系。 由此给出超分子的定义：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称为超分子。强调定义中的"分子"是广义的，包括离子。讲解超分子形成所依赖的"非共价键相互作用"主要包括范德华力、氢键、疏水作用以及分子与金属离子形成的弱配位键等。 学生活动：回顾DNA碱基互补配对的知识，理解氢键在维持双螺旋结构中的关键作用。记录超分子的定义，区分"分子内共价键"与"分子间非共价键"在超分子形成中的不同角色。 教师活动：展示教材“分离C₆₀和C₇₀示意图”，详细讲解实验流程：第一步，将C₆₀和C₇₀的混合物加入一种空腔大小适配C₆₀的"杯酚"中。杯酚像一个碗，其空腔大小恰好能装下C₆₀，而装不下稍大的C₇₀。 第二步，加入甲苯溶剂。甲苯将未被杯酚装下的C₇₀溶解，过滤后分离出C₇₀。 第三步，向不溶物中加入氯仿。氯仿溶解杯酚，而C₆₀不溶于氯仿，从而释放出C₆₀沉淀，杯酚可循环使用。 总结：杯酚与C₆₀通过范德华力结合，通过尺寸匹配实现分子识别。这是超分子的重要特征之一——分子识别。 学生活动：跟随教师的讲解，在脑海中构建分离流程的示意图。理解"尺寸匹配"在分子识别中的关键作用。小组讨论：如果杯酚的空腔大小与C₇₀匹配，分离结果会如何？ 教师活动：展示教材图"冠醚"（12-冠-4和15-冠-5的结构模型）以及表3-6"冠醚识别钾离子"。讲解冠醚是皇冠状的分子，含有多个—氧—亚甲基—结构单元的大环多醚。不同冠醚的空腔尺寸不同，能够选择性地与不同大小的碱金属离子结合： 以18-冠-6与K⁺的结合为例，展示超分子结构示意图：冠醚的氧原子与K⁺通过弱配位键（金属—偶极相互作用）结合，K⁺恰好嵌入冠醚的空腔中。强调这种识别不仅依赖尺寸匹配，还依赖作用力匹配。 补充介绍：1987年诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作。 学生活动：观察冠醚的结构模型和表格数据，理解"空腔尺寸—离子直径"的匹配关系。在笔记本上画出18-冠-6包裹K⁺的示意图，标注氧原子与K⁺之间的相互作用。体会分子识别中"锁钥关系"的精妙。 教师活动：以细胞膜的双分子层结构为例讲解自组装。展示细胞膜结构示意图，讲解磷脂分子的结构特点——具有亲水头部（极性基团）和疏水尾部（非极性碳氢链），属于"两亲分子"。在水溶液中，磷脂分子的亲水头部朝向水相，疏水尾部朝向内部，自发形成双分子层结构，构成细胞膜的基本骨架。这种自发形成有序结构的过程就是"自组装"。 进一步拓展到表面活性剂：展示表面活性剂（如硬脂酸根、十二烷基苯磺酸根）的结构，讲解其去污原理——表面活性剂在水中形成亲水基团向外、疏水基团向内的胶束，油渍等疏水污垢被包裹在胶束内腔，从而实现去污。低浓度时，表面活性剂在水的表面形成单分子层，降低水的表面张力。 总结：分子识别和自组装是超分子的两大重要特征。 学生活动：观察细胞膜双分子层结构示意图，理解两亲分子的自组装原理。联系生活实际（肥皂、洗涤剂去污），思考表面活性剂的作用机理。记录超分子的两大特征及其实例。 教师活动：介绍超分子化学的学科定位——一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新型学科。介绍其主要研究领域：环状配体为主的主客体体系、有序的分子聚集体、超分子化合物等。展望超分子化学的应用前景：分子识别与人工酶、药物传输、分子机器、新型分子材料等。强调超分子化学的发展与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C₆₀等）、分子自组装（双分子膜、胶束、DNA双螺旋等）、分子器件和新型有机材料的研究息息相关。 学生活动：聆听教师介绍，记录超分子化学的研究领域和应用前景。思考：超分子技术在未来可能给人类生活带来哪些改变？培养对前沿化学的兴趣和科学探索精神。 板书设计 超分子 一、超分子的定义 由两种或以上分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体 作用力：范德华力、氢键、疏水作用、弱配位键等二、超分子的特征 分子识别——"锁钥关系" 自组装——自发形成有序结构 三、超分子化学 学科定位：化学、材料科学、生命科学交叉 应用前景：分子识别、药物传输、分子机器、人工酶 作业设置 1.整理本节课的知识框架，以概念图的形式梳理超分子的定义、形成作用力、两大特征（分子识别和自组装）及其典型实例，要求涵盖本节课的核心概念。 2.已知18-冠-6能够选择性地识别K⁺，而12-冠-4则更倾向于识别Li⁺。请从冠醚空腔尺寸与离子直径匹配的角度，解释为什么不同冠醚对不同碱金属离子具有选择性。如果有一个混合溶液同时含有Na⁺和K⁺，你能否设计一个利用冠醚进行分离的简单方案？ 3.查阅资料，了解超分子化学在药物递送系统中的应用。选择一种超分子药物载体，分析其结构特点、工作原理及优势，并思考这种技术可能面临的挑战。 教学反思 课后 反思 优点： 不足： 改进措施： 课堂 评价 学科网（北京）股份有限公司 $