化学人教版（2019）选择性必修2 3.4.2超分子（共32张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版（2019）选择性必修2 3.4.2超分子（共32张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 9.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-01-12 12:23:23 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
网
科
学
第四节 配合物与超分子
第二课时 超分子
第三章 晶体结构与性质
DNA碱基配对
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
二、超分子
常见的DNA碱基配对结构
A T
G C
DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的
DNA碱基配对
二、超分子
氢键
DNA碱基配对
二、超分子
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。
1. 概 念:
由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。
2. 微粒间作用力
主要是静电作用、范德华力、氢键、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
二、超分子
注意：超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构
——非共价键
分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
二、超分子
3.分子聚集体大小：
有的是有限的
有的是无限伸展的
4. 重要特征及其应用
二、超分子
——①分子识别：
a. “杯酚”分离 C60 和 C70
P98
4. 重要特征及其应用
a. “杯酚”分离 C60 和 C70
C60
C70
这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别”。
二、超分子
——①分子识别：
杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别
b. “冠醚”识别碱金属离子
二、超分子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
P98
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基(CH2)-结构单元的大环多醚。
15-冠-5
猜想这些名称的含义
12-冠-4
C 原子：8 O 原子：4
环上总原子数：8 + 4 = 12
C 原子：10 O 原子：5
环上总原子数：10 + 5 = 15
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
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？
C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚，
O 原子吸引阳离子。
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合形成超分子
冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子(直径/pm)
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 120~150 170~220 260~320 340~430 Li＋（152） Na＋（204） K＋（276） Rb＋（304） Cs＋（334）
P99 表3-6 冠醚识别钾离子
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合。
应用举例：相转移催化剂
问题背景：
高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，
从而褪色。
冠醚识别碱金属离子的应用
但是高锰酸钾易溶于水，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。
甲苯
K+
MnO4
甲苯中 冠醚的浓度 褪色时间
30 g/L 5 min不褪色
60 g/L 5 min明显褪色
120 g/L 4.5 min明显褪色
溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应
资料卡片
MnO4
-
K+
冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，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。
甲苯
K+
MnO4
“杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状结构异曲同工，且尺寸可控。
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，这是人类在操控分子方面迈出的重要一步。
——超分子自组装
超分子组装的过程称为分子自组装，
自组装过程是使超分子产生高度有序的过程。
4. 重要特征及其应用
二、超分子
纯水 洗涤灵 胶束
——超分子自组装
4. 重要特征及其应用
二、超分子
表面活性剂
第二章 第三节 分子结构与物质性质
P53
从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，
硬脂酸根（传统肥皂的有效成分之一）
十二烷基苯磺酸根
（合成洗涤剂中常用的表面活性剂）
一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
表面活性剂：
亲水基团
疏水基团
亲水基团
低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层，降低表面张力。
高浓度时，剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束。
相似相溶
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
P54
第二章 第三节 分子结构与物质性质
细胞外部
磷脂分子
双分子层
细胞质
疏水端
亲水端
亲水端
含义：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。
应用：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。
研究领域：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。
【超分子化学】
【例】超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示：
(1)Mo处于第五周期第ⅥB族，价电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是 ；核外未成对电子数是 个。
(2)该超分子中存在的化学键类型有 。
A. σ键 B. π键 C. 离子键 D. 氢键
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是 (填元素符号)，
p-甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有 。
p-甲酸丁酯吡啶配体
4d55s1
6
AB
C
sp2和sp3
课堂小结
超分子的特征之一：分子识别
超分子的特征之二：自组装
超分子是由两种或两种以上的分子（或离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体
深度思考
1.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？
提示 共价键。
2.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？
提示 阴离子，离子晶体。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
（3）超分子内部分子可以通过非共价键结合 ( )
√
（1）超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。 ( )
×
（2）超分子是相对分子质量很大的有机化合物。( )
×
1.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特征
应用体验
B
2.我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，微观结构如图所示。下列叙述正确的是
A.SiO2与干冰的晶体结构相似
B.SiO2耐腐蚀，不与任何酸反应
C.该SiO2超分子纳米管具有分子识别和自组装特征
D.光纤的主要成分是SiO2，具有导电性
C
应用体验
3.下列说法错误的是
A.[Ag(NH3)2]＋中Ag＋空的5s轨道和5p轨道以sp杂化成键，空间结构为
直线形
B.配位数为4的配合单元一定呈正四面体结构，配位数为6的配合单元
一定呈正八面体结构
C.[Cu(NH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性共价键和配位键
D.[Pt(NH3)6]2＋和[PtCl4]2－中，其中心离子的化合价都是＋2价
B
应用体验
4. 图1表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2)，分子内存在空腔，能嵌入某种离子或分子并形成4个氢键予以识别。
下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是____(填字母)。
a.CF4 b.CH4 c. NH4+ d.H2O
c
应用体验
解析: F、O、N电负性很大，与H元素形成的微粒之间可以形成氢键，正四面体顶点N原子与嵌入空腔的微粒形成4个氢键，该微粒应含有4个H原子，选项中只有NH4+符合。
网
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学
第四节 配合物与超分子
第二课时 超分子
第三章 晶体结构与性质
DNA碱基配对
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
二、超分子
常见的DNA碱基配对结构
A T
G C
DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的
DNA碱基配对
二、超分子
氢键
DNA碱基配对
二、超分子
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。
1. 概 念:
由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。
2. 微粒间作用力
主要是静电作用、范德华力、氢键、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
二、超分子
注意：超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构
——非共价键
分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
二、超分子
3.分子聚集体大小：
有的是有限的
有的是无限伸展的
4. 重要特征及其应用
二、超分子
——①分子识别：
a. “杯酚”分离 C60 和 C70
P98
4. 重要特征及其应用
a. “杯酚”分离 C60 和 C70
C60
C70
这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别”。
二、超分子
——①分子识别：
杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别
b. “冠醚”识别碱金属离子
二、超分子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
P98
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基(CH2)-结构单元的大环多醚。
15-冠-5
猜想这些名称的含义
12-冠-4
C 原子：8 O 原子：4
环上总原子数：8 + 4 = 12
C 原子：10 O 原子：5
环上总原子数：10 + 5 = 15
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
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？
C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚，
O 原子吸引阳离子。
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合形成超分子
冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子(直径/pm)
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 120~150 170~220 260~320 340~430 Li＋（152） Na＋（204） K＋（276） Rb＋（304） Cs＋（334）
P99 表3-6 冠醚识别钾离子
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合。
应用举例：相转移催化剂
问题背景：
高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，
从而褪色。
冠醚识别碱金属离子的应用
但是高锰酸钾易溶于水，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。
甲苯
K+
MnO4
甲苯中 冠醚的浓度 褪色时间
30 g/L 5 min不褪色
60 g/L 5 min明显褪色
120 g/L 4.5 min明显褪色
溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应
资料卡片
MnO4
-
K+
冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，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。
甲苯
K+
MnO4
“杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状结构异曲同工，且尺寸可控。
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，这是人类在操控分子方面迈出的重要一步。
——超分子自组装
超分子组装的过程称为分子自组装，
自组装过程是使超分子产生高度有序的过程。
4. 重要特征及其应用
二、超分子
纯水 洗涤灵 胶束
——超分子自组装
4. 重要特征及其应用
二、超分子
表面活性剂
第二章 第三节 分子结构与物质性质
P53
从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，
硬脂酸根（传统肥皂的有效成分之一）
十二烷基苯磺酸根
（合成洗涤剂中常用的表面活性剂）
一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
表面活性剂：
亲水基团
疏水基团
亲水基团
低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层，降低表面张力。
高浓度时，剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束。
相似相溶
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
P54
第二章 第三节 分子结构与物质性质
细胞外部
磷脂分子
双分子层
细胞质
疏水端
亲水端
亲水端
含义：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。
应用：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。
研究领域：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。
【超分子化学】
【例】超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示：
(1)Mo处于第五周期第ⅥB族，价电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是 ；核外未成对电子数是 个。
(2)该超分子中存在的化学键类型有 。
A. σ键 B. π键 C. 离子键 D. 氢键
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是 (填元素符号)，
p-甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有 。
p-甲酸丁酯吡啶配体
4d55s1
6
AB
C
sp2和sp3
课堂小结
超分子的特征之一：分子识别
超分子的特征之二：自组装
超分子是由两种或两种以上的分子（或离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体
深度思考
1.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？
提示 共价键。
2.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？
提示 阴离子，离子晶体。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
（3）超分子内部分子可以通过非共价键结合 ( )
√
（1）超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。 ( )
×
（2）超分子是相对分子质量很大的有机化合物。( )
×
1.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特征
应用体验
B
2.我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，微观结构如图所示。下列叙述正确的是
A.SiO2与干冰的晶体结构相似
B.SiO2耐腐蚀，不与任何酸反应
C.该SiO2超分子纳米管具有分子识别和自组装特征
D.光纤的主要成分是SiO2，具有导电性
C
应用体验
3.下列说法错误的是
A.[Ag(NH3)2]＋中Ag＋空的5s轨道和5p轨道以sp杂化成键，空间结构为
直线形
B.配位数为4的配合单元一定呈正四面体结构，配位数为6的配合单元
一定呈正八面体结构
C.[Cu(NH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性共价键和配位键
D.[Pt(NH3)6]2＋和[PtCl4]2－中，其中心离子的化合价都是＋2价
B
应用体验
4. 图1表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2)，分子内存在空腔，能嵌入某种离子或分子并形成4个氢键予以识别。
下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是____(填字母)。
a.CF4 b.CH4 c. NH4+ d.H2O
c
应用体验
解析: F、O、N电负性很大，与H元素形成的微粒之间可以形成氢键，正四面体顶点N原子与嵌入空腔的微粒形成4个氢键，该微粒应含有4个H原子，选项中只有NH4+符合。