化学人教版（2019）选择性必修2 3.4.2配合物和超分子（共33张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版（2019）选择性必修2 3.4.2配合物和超分子（共33张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 17.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-03-26 19:10:30 | ||
图片预览
文档简介
(共33张PPT)
第三章
第四节 配合物与超分子
0
第2课时
在1987年，由于合成了穴状配体，唐纳德·克拉姆（Donald Cram）让·玛丽·莱恩和查尔斯·佩德森（Charles Pedersen）共享了诺贝尔化学奖。
1987年诺贝尔化学奖授予了超分子化学研究方面的三位科学家
克拉姆(美国)
佩德森(美国)
莱恩(法国)
超分子长什么样子？
是如何形成的？
这就是所谓的超分子
分子间通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇。
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
思考讨论
DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的
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
1.定义：
2.粒子之间作用：
二、超分子
超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
——非共价键
通过非共价键结合，包括氢键、范德华力静电作用等
有限的
无限伸展的
二、超分子
3.超分子的大小：
有限的或无限伸展的
超分子有何特征及应用？
二、超分子
(1)分子识别
4.超分子的重要特征及其应用：
举例 1“杯酚”分离 C60 和 C70
1942年奥地利人金克（Zinke）在研究酚醛树脂的过程中，由对叔丁基苯酚与甲醛溶液的反应，意外合成了“杯酚”。
“杯酚”一般是由亚甲基桥连苯酚单元所构成的大环化合物。具有大小可调节的空腔，可盛不同尺寸的分子或离子。
如何分离 C60 和 C70？
阅读分离 C60 和 C70的实验示意图，寻找该实验中的超分子？
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
如何分离杯酚和氯仿？
蒸馏
是分子中含有多个“氧-亚甲基”-结构单元的大环多醚
皇冠状的分子
资料在线
冠醚
资料在线
冠醚
命名方法
12-冠-4
15-冠-5
C 原子：2×5＝10 O 原子：5
10 + 5＝15
O 原子：5
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。
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，从而实现选择性结合，在有机反应中可作催化剂。
二、超分子
(1)分子识别
4.超分子的重要特征及其应用：
冠醚的空穴结构对离子有选择作用
举例 2冠醚识别碱金属离子
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）
K+直径为276 pm，应该选择哪种冠醚呢？
问题：碱金属离子或大或小，猜想冠醚是如何识别它们的？
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合，不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子。
1.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
思考· 讨论
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？
共价键
思考· 讨论
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？
阴离子
离子晶体
思考· 讨论
问题背景：
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
探究· 拓展
实例分析：相转移催化剂
示例实验：甲苯与高锰酸钾溶液的反应
实验数据：溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应
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
实验改进：做上述实验时，加入冠醚(18-冠-6)
实验数据：冠醚可以催化这个反应
二、超分子
应用：相催化反应
4.超分子的重要特征及其应用：
MnO4－
二、超分子
4.超分子的重要特征及其应用：
18-冠-6的大小与金属K+离子匹配，将K+以及对应的阴离子(MnO4－)都带入有机溶剂，使游离的高锰酸根反应活性很高，从而快速发生反应。
MnO4－
KMnO4 ＋
K+ MnO4－
甲苯
需振荡，且很长时间才能反应
反应加快
应用：相催化反应
二、超分子
(2) 分子自组装
4.超分子的重要特征及其应用：
纯水 洗涤灵 胶束
表面活性剂
二、超分子
(2) 分子自组装
4.超分子的重要特征及其应用：
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：亲水端倾向于与水接触，疏水端倾向不与水接触，彼此聚集。
表面活性剂
2016年索瓦日、斯托达特、费林加，因其在分子机器方面的贡献获得超分子领域的第二次诺贝尔化学奖
2020年，我国博士后王振元：
潜心创新，成功开发出超分子生物
催化技术，打破了国外巨头在化妆
品高端原料市场的垄断地位。
【工匠精神】
通过对超分子研究，人们可以模拟生物系统，复制出一些新材料，如：新催化剂、新药物、分子器件、生物传感器等功能材料。
超分子的未来发展
超分子
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
作用力
范德华力 氢键 静电作用
大小
有限的或无限伸展的
特征
分子识别
自组装
课堂小结
1．下列有关超分子的说法错误的是
A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体
B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力
C．超分子具有分子识别的特性
D．分子以共价键聚合形成超分子
课堂练习
D
2．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，该超分子中存在的化学键类型有
A．σ键、π键、离子键
B．σ键、π键、氢键
C．σ键、π键
D．σ键、π键、离子键、氢键
C
课堂练习
3．下列说法不正确的是
A．液晶具有液体的流动性，在某些物理性质方面具有类似晶体的各向异性
B．超分子的特征是分子识别和分子自组装
C．电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量产生原子光谱
D．等离子体基本构成粒子只有阴、阳离子
D
课堂练习
4．碱金属氯化物是典型的离子化合物，NaCl和CsCl的晶胞结构如图所示。其中的碱金属离子能够与冠醚形成超分子。下列说法不正确的是
A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Na+有12个
B．CsCl晶体中Cs+周围紧邻8个Cl-
C．碱金属离子与冠醚通过离子键形成超分子
D．不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别
C
课堂练习
5．利用超分子可分离C60和C70，将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法正确的是
A．杯酚与C60形成氢键
B．C60与C70晶体类型不同
C．该分离过程利用的是超分子的分子识别特征
D．一个C60晶胞中含有8个C60分子
C
课堂练习
第三章
第四节 配合物与超分子
0
第2课时
在1987年，由于合成了穴状配体，唐纳德·克拉姆（Donald Cram）让·玛丽·莱恩和查尔斯·佩德森（Charles Pedersen）共享了诺贝尔化学奖。
1987年诺贝尔化学奖授予了超分子化学研究方面的三位科学家
克拉姆(美国)
佩德森(美国)
莱恩(法国)
超分子长什么样子？
是如何形成的？
这就是所谓的超分子
分子间通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇。
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
思考讨论
DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的
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
1.定义：
2.粒子之间作用：
二、超分子
超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
——非共价键
通过非共价键结合，包括氢键、范德华力静电作用等
有限的
无限伸展的
二、超分子
3.超分子的大小：
有限的或无限伸展的
超分子有何特征及应用？
二、超分子
(1)分子识别
4.超分子的重要特征及其应用：
举例 1“杯酚”分离 C60 和 C70
1942年奥地利人金克（Zinke）在研究酚醛树脂的过程中，由对叔丁基苯酚与甲醛溶液的反应，意外合成了“杯酚”。
“杯酚”一般是由亚甲基桥连苯酚单元所构成的大环化合物。具有大小可调节的空腔，可盛不同尺寸的分子或离子。
如何分离 C60 和 C70？
阅读分离 C60 和 C70的实验示意图，寻找该实验中的超分子？
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
如何分离杯酚和氯仿？
蒸馏
是分子中含有多个“氧-亚甲基”-结构单元的大环多醚
皇冠状的分子
资料在线
冠醚
资料在线
冠醚
命名方法
12-冠-4
15-冠-5
C 原子：2×5＝10 O 原子：5
10 + 5＝15
O 原子：5
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。
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，从而实现选择性结合，在有机反应中可作催化剂。
二、超分子
(1)分子识别
4.超分子的重要特征及其应用：
冠醚的空穴结构对离子有选择作用
举例 2冠醚识别碱金属离子
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）
K+直径为276 pm，应该选择哪种冠醚呢？
问题：碱金属离子或大或小，猜想冠醚是如何识别它们的？
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合，不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子。
1.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
思考· 讨论
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？
共价键
思考· 讨论
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？
阴离子
离子晶体
思考· 讨论
问题背景：
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
探究· 拓展
实例分析：相转移催化剂
示例实验：甲苯与高锰酸钾溶液的反应
实验数据：溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应
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
实验改进：做上述实验时，加入冠醚(18-冠-6)
实验数据：冠醚可以催化这个反应
二、超分子
应用：相催化反应
4.超分子的重要特征及其应用：
MnO4－
二、超分子
4.超分子的重要特征及其应用：
18-冠-6的大小与金属K+离子匹配，将K+以及对应的阴离子(MnO4－)都带入有机溶剂，使游离的高锰酸根反应活性很高，从而快速发生反应。
MnO4－
KMnO4 ＋
K+ MnO4－
甲苯
需振荡，且很长时间才能反应
反应加快
应用：相催化反应
二、超分子
(2) 分子自组装
4.超分子的重要特征及其应用：
纯水 洗涤灵 胶束
表面活性剂
二、超分子
(2) 分子自组装
4.超分子的重要特征及其应用：
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：亲水端倾向于与水接触，疏水端倾向不与水接触，彼此聚集。
表面活性剂
2016年索瓦日、斯托达特、费林加，因其在分子机器方面的贡献获得超分子领域的第二次诺贝尔化学奖
2020年，我国博士后王振元：
潜心创新，成功开发出超分子生物
催化技术，打破了国外巨头在化妆
品高端原料市场的垄断地位。
【工匠精神】
通过对超分子研究，人们可以模拟生物系统，复制出一些新材料，如：新催化剂、新药物、分子器件、生物传感器等功能材料。
超分子的未来发展
超分子
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
作用力
范德华力 氢键 静电作用
大小
有限的或无限伸展的
特征
分子识别
自组装
课堂小结
1．下列有关超分子的说法错误的是
A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体
B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力
C．超分子具有分子识别的特性
D．分子以共价键聚合形成超分子
课堂练习
D
2．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，该超分子中存在的化学键类型有
A．σ键、π键、离子键
B．σ键、π键、氢键
C．σ键、π键
D．σ键、π键、离子键、氢键
C
课堂练习
3．下列说法不正确的是
A．液晶具有液体的流动性，在某些物理性质方面具有类似晶体的各向异性
B．超分子的特征是分子识别和分子自组装
C．电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量产生原子光谱
D．等离子体基本构成粒子只有阴、阳离子
D
课堂练习
4．碱金属氯化物是典型的离子化合物，NaCl和CsCl的晶胞结构如图所示。其中的碱金属离子能够与冠醚形成超分子。下列说法不正确的是
A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Na+有12个
B．CsCl晶体中Cs+周围紧邻8个Cl-
C．碱金属离子与冠醚通过离子键形成超分子
D．不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别
C
课堂练习
5．利用超分子可分离C60和C70，将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法正确的是
A．杯酚与C60形成氢键
B．C60与C70晶体类型不同
C．该分离过程利用的是超分子的分子识别特征
D．一个C60晶胞中含有8个C60分子
C
课堂练习