人教版高中化学选择性必修二 3.4 配合物与超分子 教案
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选择性必修二 3.4 配合物与超分子 教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 3.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-06-20 15:53:50 | ||
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文档简介
第三章 晶体结构与性质
第四节 配合物与超分子
【教材分析】
本节课能够了解配位键的特点，认识简单的配合物的成键特征，认识配合物的存在与应用。在此基础上了解人类探索物质结构的过程，能够从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义。认同“物质结构的探索是无止境的”观点。培养学生的科学精神与社会责任的化学核心素养。
【课程目标】
课程目标 学科素养
1、通过熟悉的无水硫酸铜与其溶液颜色不同这一现象，认识配位键的特征，并能与共价键进行简单比较。 2、在配位键的基础上，认识配合物的存在、结构特点及常见配合物的制取等。 3、了解超分子与分子的区别、超分子的简单应用。 宏观辨识与微观辨析：能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法；能判断常见的配合物。 证据推理与模型认知：能利用配合物的性质去推测配合物的组成，从而形成“结构决定性质”的认知模型。 科学精神与社会责任：学习超分子，提升学生的科学精神与社会责任。
【教学重难点】
教学重点：配位键、配合物的概念，形成条件和组成
教学难点：配位键、配合物的概念，形成条件和组成
【教学过程】
【情境引入】
【观察思考】
观察下列溶液的颜色，有什么规律？
【归纳】
共性：都有Cu2+
初步结论：Cu2+是蓝色的
相同阴离子的溶液对照：蓝色不是由这些阴离子导致的
【观察思考】
观察下列物质的颜色
【归纳】
固态二价铜盐不一定显蓝色
结论修正：Cu2+在水溶液中常显蓝色
【观察思考】
观察下列物质的颜色
【归纳】
五水合硫酸铜也显蓝色
理论解释：Cu2+与水结合显蓝色
【思考交流】
Cu2+与H2O是如何结合的呢？
【学生活动】
讨论回答
任务一：配位键
【讲解】
1.配位键
(1)定义：成键原子或离子一方提供空轨道，另一方提供孤电子对而形成的，这类“电子对给予-接受”键被称为配位键。
(2)基本概念：
①中心原子（离子）：提供空轨道，接受孤电子对。通常是过渡元素的原子或离子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。
②配位体：提供孤电子对的离子或分子，如分子CO、NH3、H2O等，阴离子F-、CN-、CI-等。配位原子必须有孤电子对。
③配位数：直接同中心原子（离子）配位的分子或离子的数目叫中心原子（离子）的配位数。
(3)配位键的形成条件
①成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。
②成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。
配位键同样具有饱和性和方向性。
一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。
(5)配位键的表示：
(电子对给予体)A→B(电子对接受体)或A—B。例如H3O+
任务二：配合物
(1)定义：通常把金属离子或原子（称为中心离子或原子）与某些分子或离子（称为配体或配位体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。
(2)组成：配合物由中心离子或原子（提供空轨道）和配体（提供孤电子对）组成，分为内界和外界。
任务三：了解更多的配合物
【实验探究】
【实验3-3】制取[Cu(NH3)4](OH)2
实验操作 实验现象 实验结论
向盛有4mL 0.1mol/L CuSO4溶液的试管里滴加几滴1 mol/L 氨水 形成难溶物 Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+
继续添加氨水并振荡试管 难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液 Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2
再向试管中加入极性较小的溶剂(如加入8 mL 95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦试管壁 析出深蓝色晶体 深蓝色晶体为[Cu(NH3)4]SO4·H2O，说明该配合物在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度
【实验结论】
实验证明，无论在得到的深蓝色透明溶液中，还是在析出的深蓝色的晶体中，深蓝色都是由于存在 [Cu(NH3)4]2+，它是Cu2+的另一种常见配离子，中心离子仍然是Cu2+，而配体是NH3，配位数为4。
【思考交流】
回想一下，如何检验Fe3+，思考：Fe3+与SCN-如何反应？
【实验3-4】制取 Fe(SCN)3
实验操作：向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液（或任何含Fe3+的溶液）的试管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化钾(KSCN)溶液。
实验现象：溶液变为红色。
SCN-作为配体与Fe3+配位，显红色，用于检验Fe3+
应用：
①利用硫氰化铁配离子的颜色，可鉴定溶液中存在Fe3+，又由于该离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术表演。
【实验3-5】制取 [Ag(NH3)2]Cl
实验操作 ①向盛有少量0.1 mol/L NaCl溶液的试管里滴几滴0.1 mol/L AgNO3溶液，产生难溶于水的白色的AgCl沉淀； ②再滴入1 mol/L 氨水，振荡。
实验现象 ①得到白色沉淀 ②沉淀溶解，得到澄清的无色溶液
实验结论 ①Ag+ + Cl- = AgCl↓ ②AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl
【知识补充】
3、配合物的形成对性质的影响
(1)对溶解性的影响：一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含过量的OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中，形成可溶性的配合物。
(2)颜色的改变：当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。
(3)稳定性增强：
①配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。
②许多过渡金属元素的离子对多种配体具有很强的结合力，因而，过渡金属配合物远比主族金属配合物多。
③当作为中心离子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。
【知识补充】
配合物的应用
在人和动物体内起输送氧气作用的血红素，是Fe的配合物。
配合物在生产和科学技术方面的应用也很广泛，例如，在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。
【课堂练习】
(1)下列物质中，不能作为配合物的配体的是（ ）。
A.NH3 B.NH4 C.H2O D.SCN-
(2)指出下列各配合物中的配离子、中心离子、配位体、配位数和配位原子。
① K3[Fe(CN)6]
②(NH4)2[PtCl6]
③[Cd(NH3)4](OH)2
【思考交流】
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
【讲解】
DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的
任务四：超分子
【概念界定】
超分子
(1)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。超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
(2)特性：
①分子间相互作用：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。
②分子聚集体大小：分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
【讲解】
（1）分离C60和杯酚
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
冠醚与阳离子
冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合
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。
【结论】
超分子的特征之一：分子识别
【讲解】
2.超分子有序体
表面活性剂：从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
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）
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
【结论】
超分子的特征之二：自组装
【知识拓展】
1、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。
2、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。
3、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。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。
【课堂小结】
第四节 配合物与超分子
【教材分析】
本节课能够了解配位键的特点，认识简单的配合物的成键特征，认识配合物的存在与应用。在此基础上了解人类探索物质结构的过程，能够从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义。认同“物质结构的探索是无止境的”观点。培养学生的科学精神与社会责任的化学核心素养。
【课程目标】
课程目标 学科素养
1、通过熟悉的无水硫酸铜与其溶液颜色不同这一现象，认识配位键的特征，并能与共价键进行简单比较。 2、在配位键的基础上，认识配合物的存在、结构特点及常见配合物的制取等。 3、了解超分子与分子的区别、超分子的简单应用。 宏观辨识与微观辨析：能从微观角度理解配位键的形成条件和表示方法；能判断常见的配合物。 证据推理与模型认知：能利用配合物的性质去推测配合物的组成，从而形成“结构决定性质”的认知模型。 科学精神与社会责任：学习超分子，提升学生的科学精神与社会责任。
【教学重难点】
教学重点：配位键、配合物的概念，形成条件和组成
教学难点：配位键、配合物的概念，形成条件和组成
【教学过程】
【情境引入】
【观察思考】
观察下列溶液的颜色，有什么规律？
【归纳】
共性：都有Cu2+
初步结论：Cu2+是蓝色的
相同阴离子的溶液对照：蓝色不是由这些阴离子导致的
【观察思考】
观察下列物质的颜色
【归纳】
固态二价铜盐不一定显蓝色
结论修正：Cu2+在水溶液中常显蓝色
【观察思考】
观察下列物质的颜色
【归纳】
五水合硫酸铜也显蓝色
理论解释：Cu2+与水结合显蓝色
【思考交流】
Cu2+与H2O是如何结合的呢？
【学生活动】
讨论回答
任务一：配位键
【讲解】
1.配位键
(1)定义：成键原子或离子一方提供空轨道，另一方提供孤电子对而形成的，这类“电子对给予-接受”键被称为配位键。
(2)基本概念：
①中心原子（离子）：提供空轨道，接受孤电子对。通常是过渡元素的原子或离子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。
②配位体：提供孤电子对的离子或分子，如分子CO、NH3、H2O等，阴离子F-、CN-、CI-等。配位原子必须有孤电子对。
③配位数：直接同中心原子（离子）配位的分子或离子的数目叫中心原子（离子）的配位数。
(3)配位键的形成条件
①成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。
②成键原子另一方能提供空轨道。如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。
配位键同样具有饱和性和方向性。
一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。
(5)配位键的表示：
(电子对给予体)A→B(电子对接受体)或A—B。例如H3O+
任务二：配合物
(1)定义：通常把金属离子或原子（称为中心离子或原子）与某些分子或离子（称为配体或配位体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。
(2)组成：配合物由中心离子或原子（提供空轨道）和配体（提供孤电子对）组成，分为内界和外界。
任务三：了解更多的配合物
【实验探究】
【实验3-3】制取[Cu(NH3)4](OH)2
实验操作 实验现象 实验结论
向盛有4mL 0.1mol/L CuSO4溶液的试管里滴加几滴1 mol/L 氨水 形成难溶物 Cu2+ + 2NH3·H2O = Cu(OH)2↓+2NH4+
继续添加氨水并振荡试管 难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液 Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2
再向试管中加入极性较小的溶剂(如加入8 mL 95%乙醇)，并用玻璃棒摩擦试管壁 析出深蓝色晶体 深蓝色晶体为[Cu(NH3)4]SO4·H2O，说明该配合物在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度
【实验结论】
实验证明，无论在得到的深蓝色透明溶液中，还是在析出的深蓝色的晶体中，深蓝色都是由于存在 [Cu(NH3)4]2+，它是Cu2+的另一种常见配离子，中心离子仍然是Cu2+，而配体是NH3，配位数为4。
【思考交流】
回想一下，如何检验Fe3+，思考：Fe3+与SCN-如何反应？
【实验3-4】制取 Fe(SCN)3
实验操作：向盛有少量0.1 mol/L FeCl3溶液（或任何含Fe3+的溶液）的试管中滴加1滴0.1 mol/L硫氰化钾(KSCN)溶液。
实验现象：溶液变为红色。
SCN-作为配体与Fe3+配位，显红色，用于检验Fe3+
应用：
①利用硫氰化铁配离子的颜色，可鉴定溶液中存在Fe3+，又由于该离子的颜色极似血液，常被用于电影特技和魔术表演。
【实验3-5】制取 [Ag(NH3)2]Cl
实验操作 ①向盛有少量0.1 mol/L NaCl溶液的试管里滴几滴0.1 mol/L AgNO3溶液，产生难溶于水的白色的AgCl沉淀； ②再滴入1 mol/L 氨水，振荡。
实验现象 ①得到白色沉淀 ②沉淀溶解，得到澄清的无色溶液
实验结论 ①Ag+ + Cl- = AgCl↓ ②AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl
【知识补充】
3、配合物的形成对性质的影响
(1)对溶解性的影响：一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以溶解于氨水中，或依次溶解于含过量的OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中，形成可溶性的配合物。
(2)颜色的改变：当简单离子形成配离子时，其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。
(3)稳定性增强：
①配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。
②许多过渡金属元素的离子对多种配体具有很强的结合力，因而，过渡金属配合物远比主族金属配合物多。
③当作为中心离子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。
【知识补充】
配合物的应用
在人和动物体内起输送氧气作用的血红素，是Fe的配合物。
配合物在生产和科学技术方面的应用也很广泛，例如，在医药科学、化学催化剂、新型分子材料等领域都有着广泛的应用。
【课堂练习】
(1)下列物质中，不能作为配合物的配体的是（ ）。
A.NH3 B.NH4 C.H2O D.SCN-
(2)指出下列各配合物中的配离子、中心离子、配位体、配位数和配位原子。
① K3[Fe(CN)6]
②(NH4)2[PtCl6]
③[Cd(NH3)4](OH)2
【思考交流】
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
【讲解】
DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的
任务四：超分子
【概念界定】
超分子
(1)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。超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
(2)特性：
①分子间相互作用：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。
②分子聚集体大小：分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
【讲解】
（1）分离C60和杯酚
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
冠醚与阳离子
冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合
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。
【结论】
超分子的特征之一：分子识别
【讲解】
2.超分子有序体
表面活性剂：从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
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）
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
【结论】
超分子的特征之二：自组装
【知识拓展】
1、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。
2、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。
3、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。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。
【课堂小结】