《认识配合物》 设计

认识配合物宿城一中敖文江李航李冬梅单元学习基本信息学科化学实施年级高二课程标准模块物质结构与性质使用的教材鲁科版选择性必修2单元名称第2章第3节配位键微项目补铁剂中铁元素的检验单元课时3【单元主题的生成】普通高中化学教材是化学课程内容的主要表征形式，通过梳理教材，明确本单元教学对学生配合物这一大观念建构的作用，利于教师在化学教学中的整体性把握。本单元主题“认识配合物”，源于鲁科版选择性必修2第二章第3节《离子键、配位键与金属键》和微项目《补铁剂中铁元素的检验》。在必修2第二章《化学键化学反应规律》中学习了化学键，在选择性必修2第二章第1节学习了共价键的概念，第3节进一步学习配位键的概念，这种层层递进的教学设计符合学生的认知规律。可什么是配位键？什么是配合物？这种抽象的概念相对晦涩难懂，教学中以血红素的结构为情境线，深度挖掘与教学内容密切相关的素材，通过学科交叉融合，设置“血红素中的配位键”“血红素与氧气的配位平衡”“补铁片中铁元素的测定”等问题线贯穿3个课时，利用真实、具体的情境，引领学生身临其境的体会、构建、认知、发展配合物和配位平衡的知识模型。化学键共价键化学键共价键配位键微项目补铁剂中铁元素的检验-利用配合物进行物质检验第二章微粒间相互利用与物质性质按照《普通高中课程标准（2020修订版）》要求“以发展化学学科核心素养为主旨”、“重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实”。本单元整体教学设计以“认识配合物”这一大观念为统领，高中选修课程中通过一些典型案例，帮助学生形成对该主题管中窥豹式的体会与认知。本单元主题在此基础上，从结构、平衡多角度深入研究配合物，帮助学生建构配合物及配位平衡的模型思维认知、发展学生“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”等化学学科核心素养。第3课时利用配合物进行物质检验，探究补铁剂中铁元素价态问题，目的是在化学教学中基于真实的问题情境，建构、运用并完善认识模型，培育学生的社会责任感，落实立德树人的根本任务。【单元教学内容的分析】本单元设计三个课时，分别为：配合物概述、配位平衡、补铁剂中铁元素的检验。第一课时的核心是配合物理论简介，从Cu(H2O)42+、Cu(NH3)42+的视角初识配合物，再由CoCl3·6NH3、CoCl3·5NH3的视角→CoCl3·4NH3、Pt(NH3)2Cl2的视角→叶绿素、血红素的视角依次进阶再识配合物，达到认识视角的结构化，进而再认识配合物的结构特征。本节课主要分为两部分，第一部分首先通过一系列演示实验探究::①金属Na不能从CuSO4溶液中置换出Cu单质的原因、②向CuSO4溶液中加氨水，先出现蓝色絮状沉淀后沉淀溶解，得到深蓝色溶液，探究溶液呈深蓝色的原因，，探究溶液呈深蓝色的原因，再由Cu(H2O)42+、Cu(NH3)42+两种配合离子引出配合物，并对配合物的概念、组成、形成条件进行简单的介绍；第二部分是从结构角度设置三个进阶层次梯度，从CoCl3·6NH3、CoCl3·5NH3梯度→CoCl3·4NH3、Pt(NH3)2Cl2梯度→叶绿素、血红素梯度升华对配合物的认识，使学生由衷的体会到配合物的复杂性及其发展的艰辛与不易。第二课时的核心是配位平衡，通过实验加深学生对配位平衡的理解。以[Cu(H2O)4]2+转变为[Cu（NH3）4]2+提到配合物内界的电离以及配位平衡移动的基本概念。接着反问学生[Cu（NH3）4]2+能不能转化为[Cu(H2O)4]2+并施以实验验证，实验现象与预期现象出现矛盾，学生提出加酸的优化方案，再次实验，发现加硫酸和盐酸现象不同，并且盐酸浓度不同，现象也不一样，原因何在？氯化铜溶液一定呈绿色吗？向氯化铜固体中加少量水溶液呈绿色，接着再加水，溶液转变为天蓝色，从配位平衡的角度给予学生解释。在此基础上，引导学生自行解释[Cu(NH3)4]2+溶液加硫酸和盐酸现象不同且盐酸浓度不同，现象也不一样的原因。最后学生学以致用，利用配位平衡解释生活中的一些现象，加深对配位平衡的理解。第三课时是北师大王磊主编的普通高中化学课标教材《物质结构与性质》（山东科学技术出版社）第二章“微粒间相互作用与物质形式”新增的微项目。本节课时对配位键的形成、配合物的概念与应用等相关内容的复习、应用和拓展【单元教学学情分析】已有知识：了解配位键、配合物的基本概念、化学平衡、配位平衡原理；了解氧化还原反应、铁及其化合物的性质。局限认识：对配合物的认识仅限于表面，对其应用、结构的复杂性等方面并未进行较为深入的理解。发展方向：通过“认识配合物”的学习，使学生对配合物的存在、发展、应用及其复杂性能有更深层次的理解，深化建构配位化合物形成模型和配位平衡模型。【单元教学目标】1.知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征，能举例说明某些配合物的典型性质、存在与应用；2.认识配位键与共价键、离子键的异同，能运用配位键与配位化合物模型解释某些沉淀溶解、颜色变化等实验现象；3.能从配位平衡移动角度探究物质变化的本质，能运用配位平衡解释日常生活和化学实验中的具体现象；4.能借助配位平衡模型，定性检验某些元素和定量检测其含量，发现并认同配位化学的学科价值。【课时教学目标】单元教学目标课时教学目标对应关系a.知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征，能举例说明某些配合物的典型性质、存在与应用第一课时1.知道配位键的特点，认识简单配位化合物的成键特征，了解某些配位化合物的存在与应用；2.能从微观视角认识“顺反异构”“内外界”“螯合”等现象，能运用配位键和配位化合物模型解释实验现象。第二课时1.运用“控制变量”思想，通过实验探究配位平衡移动原理，能从配位平衡移动角度解释实验现象。2.通过实验探究，理解浓度、压强等对配位平衡状态的影响，进一步建构“化学变化是有条件的”这一学科观念；3.能运用配位平衡移动原理解释生产生活中的一些实例。第三课时1.能基于证据说明Fe2+和Fe3+形成配合的稳定性和特征颜色，能从氧化还原反应、铁及其化合物的性质、配位化合物的形成等视角设计设实验检验复杂环境下的Fe2+和Fe3+。2.能基于证据分析和预测Fe3+与多种配位体的共存问题，通过实验验证、深化认识配位平衡。3.能借助配位平衡模型，定量检测真实环境下补铁片剂中微量的Fe元素，发现并认同配位化学的学科价值。对应单元教学目标a、b对应单元教学目标a、b对应单元教学目标b、c对应单元教学目标c对应单元教学目标a、b、c对应单元教学目标a、b对应单元教学目标a、b、c对应单元教学目标b、c、db.认识配位键与共价键、离子键的异同，能运用配位键与配位化合物模型解释某些沉淀溶解、颜色变化等实验现象c.能从配位平衡移动角度探究物质变化的本质，能运用配位平衡解释日常生活和化学实验中的具体现象d.能借助配位平衡模型，定性检验某些元素和定量检测其含量，发现并认同配位化学的学科价值【单元教学整体规划】【课时教学整体思路】第一课时认识配合物配位平衡补铁剂中铁元素的检验项目项目任务活动结论项目一：定性的检验补铁剂中铁元素价态项目二：定量的测定补铁剂中铁的含量分析、讨论可能的原因，并设计实验方案发现：EDTA与硫酸铁溶液混合没有明显的现象滴定实验测定补铁剂中铁的含量计算补铁片中具体含铁量EDTA检验Fe3+更灵敏如何确定滴定终点？需加入指示剂任务一：检验药片中是否存在正二价的铁间接检验二价铁的方法存在局限性稳定常数数据分析，检验二价铁的合适试剂任务二：检验药片中的铁元素是否被氧化成正三价用配合物检验金属离子时要控制合适的PH范围实验发现补铁片水溶液中加KSCN溶液，并未变红。讨论、分析未变红的原因，并实验验证。邻二氮菲是检验二价的较优试剂问题配合物稳定性不同，稳定性弱的更易转化成稳定性强的配合物。Fe3+与EDTA按照1：1反应第一课时认识配合物（宿城一中教师姓名：敖文江指导老师：胡长庚程波）一、教学内容分析１．内容分析本节课的核心是配合物理论简介，从Cu(H2O)42+、Cu(NH3)42+的视角初识配合物，再由CoCl3·6NH3、CoCl3·5NH3的视角→CoCl3·4NH3、Pt(NH3)2Cl2的视角→叶绿素、血红素的视角依次进阶再识配合物，达到认识视角的结构化，进而再认识配合物的结构特征。本节课主要分为两部分，第一部分首先通过一系列演示实验探究:①金属Na不能从CuSO4溶液中置换出Cu单质的原因、②向CuSO4溶液中加氨水，先出现蓝色絮状沉淀后沉淀溶解，得到深蓝色溶液，探究溶液呈深蓝色的原因，再由Cu(H2O)42+、Cu(NH3)42+两种配合离子引出配合物，并对配合物的概念、组成等进行较为深入的介绍；第二部分是从结构角度设置三个进阶梯度，从CoCl3·6NH3、CoCl3·5NH梯度CoCl3·4NH3、Pt(NH3)2Cl2梯度→叶绿素血红素梯度升华对配合物的认识，使学生由衷的体会到配合物的复杂性及其发展的艰辛与不易２．素养呈现（二、学情分析已有知识：简单学习过配位键、配合物的基本概念。局限认识：对配合物的认识仅限于表面，对其应用、结构的复杂性等方面并未进行较为深入的理解。发展方向：本节通过“认识配合物”的学习，使学生对配合物的存在、发展、应用及其复杂性能有更深层次的理解。三、教学目标1.知道配位键的特点，认识简单配位化合物的成键特征，了解某些配位化合物的存在与应用；2.能从微观视角认识“顺反异构”“内外界”“螯合”等现象，能运用配位键和配位化合物模型解释实验现象。四、教学方法推理法、实验法、讨论法、模型法五、实验用品CuSO4溶液,NaOH溶液，浓氨水，Fe丝，CoCl3·6NH3，CoCl3·5NH3，AgNO3溶液、0-200NTU浊度计六、教学重点、难点重点：1.对配合物的内界、外界、中心原子(离子)、配体、配位数的理解。2.进阶理解配合物的结构。难点：配合物的深度理解。展示血红素图片该图片中嵌入了一种物质的结构简式，这种物质是什么呢？下面我们先看一段视屏。播放一段关于血红素的小视屏由视频我们知道，该物质叫血红素，含有Fe2+，具有携氧功能，对我们人体非常重要，同时它也是一种非常重要的配合物。什么是配合物？带着这个问题，进入我们今天的学习内容。一方面是为了引入本节课的学习内容，另一方面是为本微项目的三节课设置一个能够贯穿始终的情感线索。环节一：探究金属Na与CuSO4溶液反应不能置换出金属Cu的原因【教师】金属Na为什么不能从CuSO4溶液中置换出金属Cu？【学生】小组讨论，CuSO4溶液中阳离子有H+和Cu2+，且Cu2+的氧化性比H+强，为什么H+可以而Cu2+却不可以氧化金属Na？猜想应该是有什么物质阻挡了Cu2+与Na的接触。【教师】的确如此，CuSO4溶液中的Cu2+被H2O分子包围，形成Cu(H2O)42+阻碍了与Na的反应。那Cu(H2O)42+又是如何形成的呢？带着这个问题，我们首先来回顾一下NH4+是如何形成的。创设情境，为配合物Cu(H2O)42+的引入做铺垫。同时从金属Na与CuSO4溶液反应不能置换出金属Cu出发环节二：探究天蓝色CuSO4溶液加过量浓氨水后呈深蓝色的原因【情境】展示H+与NH3反应历程。Cu(H2O)42+的形成就符合此模型，据此模型Cu2+也应该能与NH3CuSO4溶液中逐滴滴加浓氨水至过量，观察实验现象。做实验之前，你能预测一下实验现象吗？CuSO4溶液中逐滴滴加浓氨水至过量，观察实验现象。SO42-、NH3·H2O本身无色，可以排除，Cu2+/Cu(H2O)42+不确定是否大量存在，需检验，新微粒也有可能使溶液呈深蓝色。如何检验深蓝色溶液中是否大量存在Cu2+/Cu(H2O)42+呢？Cu单质。向天蓝色溶液和深蓝色溶液中各放置天蓝色溶液中铁钉表面有红色固体Cu析出，而深蓝色溶液中没有现象Cu2+/Cu(H2O)42+大量存在，Cu2+去哪儿了？Cu2+应该在新微粒中，那新微粒又是什么呢？CuSO4溶液加浓氨水后，宏观上天蓝色溶液变成了深蓝色溶液，微观上Cu(H2O)42+即Cu2+发生了改变，生成了另外一种含铜微粒，经测定为Cu(NH3)42+离子。Cu(NH3)42+离子的生成：1.证明了模型的正确性；2.说明Cu(H2O)42+可以转变为Cu(NH3)42+,说明配位键有强弱之分，进而导致配合物的稳定性不同，因此配合物之间可以发生相互转化。Cu(H2O)42+过渡到Cu(NH3)42+，一方面继续为配合物的引入做铺垫，同时也为第二课时顺利接入埋下伏笔；另一方面依据NH4+的形成过程建构起配合物的形成方式模型，不仅可以帮助学生由点到面的深入认识配合物，同时模型的建构也强化了“模型认知”这一化学学科核心素养。而Cu2+的检验也是响应课标中提到的“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构、以及变化提出可能的假设，并通过分析推理加以证实或证伪。”【引入课题】结合[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+的空间结构图片和形成过程、引入配合物的概念。【推进】配合物的组成(包括内界、外界、中心原子(离子）、配位体、配位数)及其相关。最后用元素周期表进行总结。【过渡】学习到这里，同学们对配合物有了一个简单的了解，其实配合物是由中心原子(离子)和配位体通过配位键结合而形成的一类非常复杂的化合物，它的英文名称“complex”也同时兼有“复杂”的意思。配合物的复杂性大到需要用一门化学的二级学科“配位化学”去介绍，而绝非同学们理解的那么简单。下面我们就从结构角度深入了解一下配合物的复杂性，进而体会配合物发展的艰辛与不易。环节三：CoCl3·6NH3和CoCl3·5NH3内外界理解【情境】图片展示CoCl3·6NH3和CoCl3·5NH3两种药品。【教师】CoCl3·6NH3和CoCl3·5NH3两种配合物的内、外界分别是什么？如何设计实验方案加以区别？【信息提示】CoCl3·6NH3CoCl3·5NH3150℃持续加热无NH3释放无NH3释放【教师】150℃持续加热无NH3释放，结合前面所学“配合物内界稳定，较难电离”，它实际上是在暗示我们NH3全部处于内界。那Cl-呢？内界有没有？如果有，内、外界如何分配？我们不妨设两种配合物分别为[Co(NH3)6Clx]Cly和[Co(NH3)5Clx’]Cly’,内界Cl-难电离，我们不考虑，外界若有Cl-，在水溶液会完全电离出来，如何检测溶液中的Cl-？【教师】基于此思想，我们配制浓度均为5×10-5mol/l的两溶液且均加入足量的【教师】使用浊度计检测后我们发现:[Co(NH3)6Clx]Cly浊度数值取整为87;[Co(NH3)5Clx’]Cly’浊度数值取整为60。这些数据能说明什么呢？由检测数据可以得出如下结论：一，两种配合物外界均有Cl-；二，[Co(NH3)6Clx]Cly浊度数值大，表明外界Cl-多，[Co(NH3)5Clx’]Cly’浊度数值小，表明外界Cl-少。【教师】浊度计虽然能够检测出二者外界都有Cl-并且数目不同，但这也只是一个粗略的定性分析，无法具体确定二者外界Cl-的量，怎么办呢？【教师】当然可以，不过立足于我们高中阶段现有的条件，回到最初的主题，究竟该如何设计实验确定二者外界Cl-的量呢？Cl-的具体数目。【教师】方案设计的很好，据此方案，可以得出如下结论：产生CoCl3·6NH3，产生的沉淀量少的为CoCl3·5NH3，再结合二者与AgCl沉淀之间的定量关系，可确定二者的表达式分别为[Co(NH3)6]Cl3和[Cu(NH3)5Cl]Cl2。能基于证据对物质组成、结构、以及变化提出可能的假设，并通过分析推理加以证实或证伪”的能力。环节四：对CoCl3·4NH3、Pt(NH3)2Cl2同分异构现象的理解。【情境】CoCl3·4NH3呈现紫色和绿色两种颜色。【教师】延续前面环节的讨论，得出Co3+为六配位，基于此，对于CoCl3·4NH3配合物，我们也可以确定其化学式为[Co(NH3)4Cl2]Cl。可为什么有紫色和绿色两种颜色？【学生】六配位的Co3+，结合VSEPR理论，可推测出为八面体构型，进而在八面体的六个顶点位置上找到两个Cl-的相邻与相对两种关系，即[Co(NH3)4Cl2]Cl存在两种同分异构体，因而呈现紫色和绿色两种颜色。【教师】基于上述思想，抗癌药物Pt(NH3)2Cl2的Pt为四配位，在空间可能具有什么样的结构呢？【学生】通过模型搭建，获得“平面四边型”、“四面体型”两个模型。【信息提示】配合物颜色极性在水中的溶解性抗癌活性A棕黄色极性0.2577有活性B淡黄色非极性0.0366无活性【教师】在四面体型中，两个Cl-无论怎样分配，均为同一种物质。结合信息提示，“平面四边型”才是正解。两个处于临位为顺铂，处于对位为反铂，顺铂有抗癌活性而反铂则没有，现在市面上已有“注射用顺铂”产品用于癌症的化疗，随着顺铂药物的出现，人类开启了抗癌的新篇章。看来配合物理论在药物研究中意义重大。通过模型的设计与搭建来强化“模型认识”这一化学学科核心素养。环节五：配体只能提供一个配原子吗？---认识螯合物【情境】展示叶绿素、血红素的分子结构图叶绿素血红素【教师】观察叶绿素、血红素的分子结构，它们分别有几个配体？一个配体能提供几个配位原子？【学生】观察后发现它们均只有一个配体，但却能提供多个配位原子。【教师】在这两个结构中，配体结构相似，都有一个大的卟啉环结构，但它们在植物体和动物体中却执行完全不同的功能，自然界真神奇！像这样一个配体提供多个配位原子形成的配合物又称为螯合物。环节六：留点悬念【课堂小结】本节课我们从九、【教学反思】本节课通过金属钠为什么不能从CuSO4溶液中置换出Cu、天蓝色CuSO4溶液加浓氨水后为什么呈深蓝色两个问题的提出，引发学生的好奇心，然后构建模型，设计实验，控制变量，深入探究，水到渠成，引出本节课的核心：配合物的概念、内界、外界、中心原子（离子）、配体、配位数等。鉴于作引子的两种配合物SO4SO4较简单，易使学生误认为配合物知识比较简单，不过如此。为了让学生能对配合物有一个正确的认识,端正学习态度,本节课第二部分又从结构的角度，步步递进，从CoCl3·6NH3和CoCl3·5NH3的内外界判断，到CoCl3·4NH3、Pt(NH3)2Cl2同分异构现象的理解，再到复杂的螯合物。层层进阶，让学生由衷的感到配合物、配位化学发展的艰辛与不易。教学设计围绕实际问题开展，提出问题、寻找证据、演绎推理、构建模型、解释现象，理论和实验结合，微观和宏观对照，将理论的学习融入实际问题的探究中，提高学生的学习兴趣，激发学生的探究欲望。结合高中生的认知特点，对于配合物空间构型的理解，采用模型、图示，尽可能直观化、形象化，有助于学生借助宏观模型建构微观结构。鉴于课时内容所限，本节课并未对中心原子（离子）空轨道的形成机理、配位数的确定、配位键的强弱等知识作进一步探讨。十、【教学评价】1.立足情境，引发学生深度学习本节课遵循深度学习基本教学模式：情境—问题/任务—活动—知识—素养。真实、具CuSO4溶液中置换出铜、天蓝色CuSO4溶液加浓氨水后呈深蓝色的CoCl3·6NH3和CoCl3·5NH3分别与足量的AgNO3溶液反应产生的沉淀量不同与结构、本质与变式、迁移与应用、价值与评价的特征。2.突出活动，促进学习方式转变活动是指主体通过行为与客观世界相互作用的实践过程。它是个体心理发展的基础，是意识能动性的高级形式。本节课的整体思路由情境到问题或任务，再将问题的解决或任务的完成转化为学生的活动，活动是本节课的中心。学生化学学科核心素养的发展是在具体的活动中自我建构、不断提升的过程，而不是靠教师简单的教授。活动为学生主动建构知识、发展核心素养提供“场所”，促进了学生学习方式的改变。本节课注重引导学生开展分类与概括、证据与推理、模型与解释等形式多样的活动，在这些具体的活动中建构配合物知识并通过观察、思考、表达、交流等多样化的问题解决过程中发展了学生的化学学科核心素养——“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认识”。基于问题，培养学生创新能力指向核心素养的课堂教学不能脱离核心知识，知识是发展核心素养的载体，而创新是知识的转化和整合，培养学生的创新能力，离不开对知识的深度理解。学生建构化学知识一般要经历感知、理解、保持和应用四种心理过程，从认知到理解直至内化化学知识应该是一个显性的过程。本节课从创设的真实情境中设置“问题”，用问题把化学知识从内涵到外延逐层清晰地呈现给学生，帮助学生自主建构和理解，并真正认识化学本质。本节课的教学是将素养导向的学习任务嵌入到课堂教学过程中，通过学生活动、教师的追问来外显学生的思维过程，更利于教师基于证据判断学习目标的达成情况。比如课堂教学中设置的基于[Co(NH3)4Cl2]Cl空间结构，尝试用模型搭建Pt(NH3)2Cl2的空间结构的学生活动，可以诊断本节课的核心知识结构化水平，对于仅处于“知识关联”水平的学生，要再进一步引导概括核心知识的认识思路，达到认识思路结构化，以此来发展学生的核心素养。第二课时配位平衡（宿城一中李航指导老师：陈诚程波）教学内容分析1.内容分析本节课的核心是配位平衡，通过实验加深学生对配位平衡的理解。以[Cu（H2O）4]2+转变为[Cu（NH3）4]2+提到配合物内界的电离以及配位平衡移动的基本概念。接着反问学生[Cu（NH3）4]2+能不能转化为[Cu（H2O）4]2+并施以实验验证，实验现象与预期现象出现矛盾，学生提出加酸的优化方案，再次实验，发现加硫酸和盐酸现象不同，并且盐酸浓度不同，现象也不一样，原因何在？氯化铜溶液一定呈绿色吗？向氯化铜固体中加少量水溶液呈绿色，接着再加水，溶液转变为天蓝色，从配位平衡的角度给予学生解释。在此基础上，引导学生自行解释[Cu（NH3）4]2+溶液加硫酸和盐酸现象不同且盐酸浓度不同，现象也不一样的原因。最后学生学以致用，利用配位平衡解释生活中的一些现象，加深对配位平衡的理解。2.素养呈现微观粒子决定物质宏观呈现颜色，[Cu（H2O）4]2+、[Cu（NH3）4]2+、[CuCl4]2-三种微粒分别呈天蓝色、深蓝色、黄色；同时在实验过程中，通过溶液颜色不断地改变，引导学生建立平衡思想来解决问题；实验过程中出现的实验现象与预期矛盾，引导学生建立观点、科学探究，以此发展学生“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”等核心素养。二、对学情的思考已有知识：学习过配位键的基础概念，银氨溶液的配制等等。局限认识：只限于表面，把他们作为特殊的现象进⾏了重点记忆，对其中的原因进了回避。发展⽅向：本节通过配位平衡的学习，将打开并诠释学生封沉已久的困惑。三、教学目标能从配位平衡移动角度探究溶液颜色变化的本质，能描述配位平衡移动的过程。能运用配位平衡移动知识解决生产生活中的一些实例。四、教学方法：实验法、讨论法五、实验用品实验仪器：烧杯、玻璃棒、试管、胶头滴管、洗液瓶实验药品：硫酸铜粉末、浓氨水、硫酸、盐酸、二水合氯化铜六、教学重难点：学生“变化观念与平衡思想”的建构，深化学生对配位平衡的理解。七、教学流程八、教学过程环节一：天蓝与深蓝的平衡—探究[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+的配位平衡【师回顾上节课留下的问题】上节课我们做了实验：向硫酸铜溶液中逐滴滴加浓氨水，先生成蓝色絮状沉淀，最后溶液变为深蓝色，如果我们只研究始态和终态，可看成由[Cu（H2O）4]2+转变为[Cu（NH3）4]2+，那如何转变的呢？【师】我们知道Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,在硫酸铜溶液中存在一个类似的平衡关系，Cu2++4H2O[Cu(H2O)4]2+，在配合物的溶液中既存在着配离子的形成反应，同时又存在着配离子的解离反应，形成和解离达到平衡，这种平衡称为配位平衡。配位平衡也是一种化学平衡，符合平衡移动的基本原理。当我们向硫酸铜溶液中逐滴滴加浓氨水，随着氨水的加入，Cu2+和NH3配位形成[Cu(NH3)4]2+，Cu2+逐渐减少，[Cu(H2O)4]2+的配位平衡向解离的方向移动，总的过程如下：[Cu(H2O)4]2++4NH3[Cu(NH3)4]2++4H2O。只要加入足量氨水，[Cu(H2O)4]2+就可以转变为[Cu(NH3)4]2+。【师深化问题】依据我们刚才的分析，[Cu(NH3)4]2+能不能转化为[Cu(H2O)4]2+呢？【生回答并给出预期现象】可以，加水溶液从深蓝色转变为天蓝色。【生】进行实验操作。【师继续追问该生】经过刚才的实验，你得到的实验现象是什么？【生】与原硫酸铜溶液对比，溶液仍是深蓝色。【师】展示课前所做的该实验，与学生实验进行对比，发现有区别：课前所做的有蓝色絮状沉淀。告知学生生成该沉淀需要一定时间，所以我们现场所做实验只能看到深蓝色溶液，若放置一段时间，也能看到蓝色絮状沉淀。【师】你预测这个沉淀是什么？【生】氢氧化铜沉淀。【师】怎么产生的？请从配位平衡的角度分析。（根据学生回答情况，引导学生分析此问题）【生】铜氨离子存在配位平衡[Cu(NH3)4]2+Cu2++4NH3，加水，平衡向微粒数目增多的方向移动，[Cu(NH3)4]2+解离出氨分子，使溶液呈碱性，所以可能生成氢氧化铜沉淀。【师】如果想看到天蓝色溶液，怎么改进实验？【生】可以将加水的步骤改为加酸。【师】桌面上现在有等pH的硫酸和盐酸。取硫酸四氨合铜溶液于试管中，用胶头滴管逐滴滴加硫酸或盐酸溶液，直至溶液澄清，观察现象。【生进行实验】第2、4小组向深蓝色溶液中加硫酸与预期现象吻合；第1小组加浓盐酸与预期现象矛盾，溶液变为绿色；第3小组加稀盐酸与预期现象不同，溶液变为蓝绿色。【师】经过刚才的实验，我们发现，加硫酸溶液呈天蓝色，与预期现象一致；加稀盐酸溶液呈蓝绿色，加浓盐酸溶液呈绿色，与预期现象矛盾。为什么加硫酸和盐酸两者现象不同？为什么盐酸浓度不同，现象也不一样？下面我们一起来探讨这两个问题。环节二：绿与蓝的平衡—探究CuCl2溶液中的配位平衡【师演示实验】举起一支试管，向试管中加入一勺二水合氯化铜固体，先加入少量水（能够保证氯化铜固体溶解即可），观察到深绿色，若继续加水，根据我们常规的认知，溶液应该变成什么颜色呢？【生】齐声回答浅绿色。【师继续实验】向氯化铜深绿色溶液中继续加水，溶液变为天蓝色。与学生预期矛盾。【师】根据我们前面的认知，我们知道天蓝色溶液是水合铜离子呈现的。加少量水加大量水【师继续深问】氯化铜浓溶液呈绿色的微粒加少量水加大量水【师帮助学生分析】提出影响因素：浓溶液和稀溶液。【生在师的引导下提出假设】Ⅰ.Cl-浓度过大；Ⅱ.Cu2+浓度过大。【师】我们提供CuCl2·2H2O（s)，蒸馏水，无水硫酸铜粉末，氯化钠（s)。请同学们以此设计实验，来论证我们的假设。请开始讨论。边谈论边记录。【小组代表汇报实验方案】先配制氯化铜天蓝色溶液，均分三等份，试管编号为①、②、③，试管①为空白对照，分别向试管②和③中加入硫酸铜固体和氯化钠固体，最后对比三支试管，观察颜色变化。【师】方案设计得相当完善，既考虑了空白对照，也考虑了Cu2+、Cl-浓度变量问题。【小组代表汇报实验结果】试管①天蓝色，试管②蓝色加深，试管③溶液变为绿色(如下图），证明假设Ⅱ正确。【师】物质宏观颜色变化，实际是在诉说微观世界的故事。我们知道硫酸铜溶液呈天蓝色是由水合铜离子引起的，那氯化铜浓溶液显绿色的微粒是什么？引导学生从配合物的角度分析。【生】Cu2+有空轨道，Cl-有孤对电子，Cu2+与Cl-形成配合物显色。【师提供资料】资料1：Cu2+与Cl-可以形成一系列配合物，在水溶液中，作为配体的Cl-多至4个。在Cl-浓度极高时，形成的[CuCl4]2-呈黄色。资料2：颜料三原色颜料三原色【师】请同学根据提供的资料思考氯化铜浓溶液呈绿色的具体微粒是什么？【问题解决】氯化铜溶液中存在[Cu(H2O)4]2+（蓝色）+4Cl-[CuCl4]2-（黄色）+4H2O，当氯离子浓度增大，平衡向形成[CuCl4]2-的方向移动，同时溶液中有大量水的存在，加之水中氧原子的配位能力强于氯离子，所以溶液中也存在[Cu(H2O)4]2+，两种微粒混合使溶液显绿色。【师】科学探究得出的结论往往要通过实验再次论证。这是刚才实验的3号试管，请根据3号试管和我们桌面上的试剂，再设计一个实验论证我们结论的正确性。【生1】向试管③中加水，预期现象，溶液由绿变成浅绿再变蓝。【生2】向试管③中加浓盐酸，预期现象，溶液绿色变成黄绿色。【师】同学们经过刚才的实验再次论证了我们结论的正确性。【师】我们回过头再看刚才遗留的问题，向硫酸四氨合铜溶液中加硫酸和盐酸，前者显天蓝色，后者显绿色，并且盐酸的浓度不同，呈现的颜色也不一样，请小组讨论给出合理解释。【生】硫酸四氨合铜溶液中存在配位平衡[Cu(NH3)4]2+Cu2++4NH3，加硫酸和盐酸消耗氨分子，平衡向解离的方向移动，溶液中释放更多的铜离子。对于硫酸溶液，Cu2+和H2O结合形成[Cu(H2O)4]2+，溶液呈天蓝色；对于盐酸溶液，既存在Cu2+和H2O的结合，也存在Cu2+和Cl-的结合，当盐酸浓度较低时，铜元素存在形式以[Cu(H2O)4]2+为主，[CuCl4]2-为辅，溶液呈蓝绿色；当盐酸浓度较高时，铜元素以[Cu(H2O)4]2+和[CuCl4]2-两种形式存在，两种微粒混合使溶液呈绿色，现象明显。【师】同学们回答得很好，对配平平衡理解得很深刻。环节三：血与氧的平衡—建构配位平衡的微观结构模型【师】配位平衡在日常的生产生活中也有很多的应用，比如这是血红素的结构，其中铁和氮以配位键键合，它是一种含铁的配合物。血红素中的铁元素是以二价铁的形式存在，我们知道铁是过渡金属元素，二价铁在形成的配合物的时候，它可以提供六个空轨道，其中四个和卟啉的氮原子键合，它是一个平面结构，上和下各有一个空轨道，其中上方的空轨道和组氨酸残基的氮原子键合，下方的空轨道可以和常见的一些分子，比如O2、CO、CO2、H2O等键合。血红素是血红蛋白的主要成分之一，我们知道血红蛋白具有携氧能力，具体来看，O2和二价铁形成配位键，血红蛋白将氧气运输至指定位置，再解离出氧气。整个过程中，有配位键的形成和解离，是一个典型的配位平衡。【师】我们知道CO会使人中毒，是因为CO结合血红蛋白的能力强于O2结合血红蛋白的能力，其中存在一个配位平衡关系：Hb·O2+COHbCO+O2。【师】医院常常通过高压氧舱快速缓解CO中毒症状，你知道为什么吗？【生】大大提高氧气的浓度，结合血红蛋白，使其与CO的配位平衡向解离的方向移动，释放CO，从而快速缓解CO中毒。【师】这位同学回答得非常好，学以致用，用活了配位平衡的知识。通过刚才的学习，我们知道人体如果发生缺铁性贫血，我们应该补二价铁。下节课我们将围绕这个问题，用配位平衡的知识继续探究。配位平衡[Cu(NH3配位平衡[Cu(NH3)4]2+[Cu(H2O)4]2+氯化铜浓溶液为什么呈绿色？配位平衡的应用配位平衡[Cu(NH3)4]2+[Cu(H2O)4]2+氯化铜浓溶液为什么呈绿色？配位平衡的应用九、教学反思1.深度学习本节课环节一和环节二围绕“[Cu(NH3)4]2+能不能转化为[Cu(H2O)4]2+？氯化铜浓溶液呈绿色的原因是什么？”等问题。通过一系列的层层递进的实验探究活动，引导学生深入学习，构建探究性实验活动设计的一般思路。为后续配合物研究及其他实验异常现象提供探究的一般思路和方法。2.素养达成本节课环节一和环节二的探究过程中，以[Cu（H2O）4]2+、[Cu（NH3）4]2+、[CuCl4]2-三种微粒颜色的变化，引导学生建立平衡思想来解决问题；实验过程中出现的实验现象与预期矛盾，引导学生建立观点、科学探究，以此达成学生“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”等核心素养。3.创设实际问题情境，激发学习热情本节课在环节三创设实际问题情境，用高压氧舱快速缓解CO中毒症状，应用实际问题情境把抽象的知识形象化，引导学生以化学视角分析解决生产、生活中的有关问题，激发学生探究配合物的兴趣，进而爱好化学，投身于化学事业。第三课时补铁剂中铁元素的检验-利用配合物进行物质检验（宿城一中李冬梅；指导教师：胡长庚陈诚）一.教材内容分析本节课是山东科学技术出版社出版、北师大王磊主编的普通高中化学课标教材《物质结构与性质》第二章“微粒间相互作用与物质形式”新增的微项目。本节课是对配位键的形成、配合物的概念与应用等相关内容的复习、应用和拓展。选择性必修课程《物质结构与性质》中实验寥寥无几，简单配合物的制备是“物质结构与性质”模块里唯一的学生必做实验。如何深入挖掘配合物的相关实验对“物质结构与性质”模块显得十分有必要。二.教学目标(1)能基于证据说明Fe2+和Fe3+形成配合的稳定性和特征颜色，能从氧化还原反应、铁及其化合物的性质、配位化合物的形成等视角设计设实验检验复杂环境下的Fe2+和Fe3+。(2)能基于证据分析和预测Fe3+与多种配位体的共存问题，通过实验验证、深化认识配位平衡。(3)能借助配位平衡模型，定量检测真实环境下补铁片剂中微量的Fe元素，发现并认同配位化学的学科价值。三.学情分析已有知识：了解配位键、配合物的基本概念，化学平衡、配位平衡原理；了解氧化还原反应、铁及其化合物的性质，知道常见的检验Fe2+和Fe3+的方法。局限认识：对配合物的认识仅限于表层，对其应用、结构的复杂性等方面并未进行较为深入的理解。四.教学方法项目式学习法、探究法、实验和评价法、提问与点评法、讨论法等五.实验用品补铁片剂、硫酸铁溶液、硫酸亚铁溶液、稀硫酸、蒸馏水、硫氰酸钾溶液、EDTA溶液、邻二氮菲溶液六.教学重难点深化建构配位化合物形成模型和配位平衡模型七.设计思路项目项目任务活动结论项目一：定性的检验补铁剂中铁元素价态项目二：定量的测定补铁剂中铁的含量分析、讨论可能的原因，并设计实验方案发现：EDTA与硫酸铁溶液混合没有明显的现象滴定实验测定补铁剂中铁的含量计算补铁片中具体含铁量EDTA检验Fe3+更灵敏如何确定滴定终点？需加入指示剂任务一：检验药片中是否存在正二价的铁间接检验二价铁的方法存在局限性稳定常数数据分析，检验二价铁的合适试剂任务二：检验药片中的铁元素是否被氧化成正三价用配合物检验金属离子时要控制合适的PH范围实验发现补铁片水溶液中加KSCN溶液，并未变红。讨论、分析未变红的原因，并实验验证。邻二氮菲是检验二价的较优试剂问题配合物的稳定性存在差异，稳定性弱的更易转化成稳定性强的配合物。Fe3+与EDTA按照1：1反应八.教学流程【教学活动设计】课的引入：血红蛋白的结构(二)课的展开:项目活动1：定性的检验补铁剂中铁元素的价态【师】如果人体发生缺铁性贫血，应补几价铁更容易被人体吸收呢？【生】二价铁【展示】PPT展示硫酸亚铁补铁片及补铁片成分【师】亚铁离子具有还原性很容易被氧化，请大家猜测此补铁片中铁元素的价态。【生】仅有正二价的铁或者仅有正三价的铁，或者两者都有。【问题】你能设计检验补铁片中铁元素价态的实验方案吗？【知识回顾】必修1中学习过的正二价铁和正三价铁的检验方法。任务一：检验该补铁片中是否有正二价的铁【知识回顾】正二价铁的检验【师】如果在三价铁存在的复杂体系中，这些检验方法还合适吗？【生】思考后提出可以用酸性高锰酸钾检验【师】如果向补铁片的溶液中滴加酸性高锰酸钾后溶液褪色，能否说明补铁片中具有还原性的粒子一定是亚铁离子呢？【生】不能【师】大家已了解此补铁片成分比较复杂，使高锰酸钾溶液褪色的有可能是其它还原性的粒子。我们发现必修中学到的检验正二价铁的方法在简单体系中是可行的，在复杂体系中存在一定的局限性。在复杂体系中，到底如何检验正二价铁呢？通过前面的学习我们已经建构了利用配合物检验金属离子的思维模型，配体可以提供孤对电子，金属离子可以提供空轨道，只要两者结合能形成颜色鲜亮、且稳定的配合物，就可以利用这种配合物来可以检验金属离子。是否可利用配合物来直接检验正二价的铁呢？【生】可以【师】要想利用配合物来检验正二价的铁，首先得找到合适的试剂。【资料卡片1】EDTA邻二氮菲硫氰酸钾Fe(II)稳定常数数量级1421配合物颜色淡绿色橙红色Fe(III)稳定常数数量级25146配合物颜色黄色淡蓝色血红色【师】结合资料卡片中的信息，可以知道EDTA、邻二氮菲都可以与Fe2+形成不同特征颜色的配合物，且它们的稳定常数也不相同。配合物的稳定常数也是化学平衡常数的一种。稳定常数越大，说明配合物越稳定，配合物越稳定检测金属离子的准确度就越高。【问题1-1】在复杂体系中，应选择哪种试剂检验正二价铁呢？【生】邻二氮菲溶液【师】下面就选择邻二氮菲溶液来完成第一个任务检验该补铁片中是否有正二价的铁铁。【展示】实验准备【师】为了排除复杂体系中Fe3+的干扰，请分别向补铁片溶液和硫酸铁溶液中滴加邻二氮菲溶液。试剂邻二氮菲溶液补铁片溶液Fe2(SO4)3溶液【学生实验1】【生】向补铁片溶液中滴加邻二氮菲，溶液变成橙红色；而向硫酸铁溶液中加邻二氮菲，溶液颜色无明显变化。补铁片溶液中滴加邻二氮菲补铁片溶液中滴加邻二氮菲硫酸铁溶液中滴加邻二氮菲【师】实验现象证明此补铁片中存在正二价的铁。正二价铁具有还原性，很容易被氧化。下面我们来完成第二个任务-检验此补铁片中铁元素是否被氧化成正三价。任务二：检验该补铁中铁元素是否被氧化成正三价【问题2-1】应选用哪种试剂来检验正三价的铁呢？【生】KSCN溶液【生】EDTA溶液...【回顾】资料卡片1【师】邻二氮菲、EDTA、KSCN都可以与Fe3+形成特征颜色的配合物。在上组实验中我们发现硫酸铁溶液中滴加邻二氮菲溶液颜色变化并不明显，下面就选用EDTA和KSCN来检验正三价的铁。【分组实验】试剂EDTA溶液KSCN溶液Fe2(SO4)3溶液补铁片溶液【生】汇报实验现象Fe2Fe2(SO4)3溶液中加EDTA溶液补铁片溶液中加EDTA溶液补铁片溶液中加KSCN溶液Fe2(SO4)3溶液中加KSCN溶液【问题2-2】实验发现向补铁片溶液中滴加KSCN溶液而没有明显现象，原因可能是什么呢？【小组讨论】给出可能的原因【师】把后几种可能性逐一排除，就可以确定补铁片中是否存在正三价的铁。【问题2-3】如果补铁片溶液没变红的原因是因为正三价铁离子浓度小引起的，那三价铁离子浓度小是因为本来补铁片中被氧化成的正三价铁离子量少，还是水溶时正三价铁离子以其它形式存在了呢？【资料卡片2】铁盐溶于水时，Fe3+与水分子发生作用生成[Fe(H2O)6]3+，[Fe(H2O)6]3+再结合水电离的OH-生成[Fe(H2O)5OH]2+、[Fe(H2O)4(OH)2]+、Fe(H2O)3(OH)3]等配合物，过程中存在很多配位平衡，如Fe3++6H2O[Fe(H2O)5OH]2++H+。【问题2-4】结合资料卡片中的信息，思考如果水溶而未显色的真正原因是正三价铁离子浓度小引起的，怎样验证溶液中正三价铁离子浓度小的真正原因呢？【生】向未有明显现象的补铁片溶液中加酸。【师】向未有明显现象的补铁片溶液中再加稀硫酸，溶液能否变红色？我们从理论的角度分析溶液变红的可能性：正三价铁离子水溶时存在多种的配位平衡如：Fe3++6H2O[Fe(H2O)5OH]2++H+，当外加酸时配位平衡逆向移动，解离出正三价铁离子，溶液中的正三价铁离子浓度增大，再结合SCN-生成红色的硫氰酸铁配合物。从总平衡的角度分析，外加酸时总平衡正移，正三价铁离子与水作用生成的多种配合物在转化成红色的硫氰酸铁配合物，溶液应该变成红色。实验室检验真理的唯一标准，下面我们来实验验证加酸溶液能否变红。【演示实验1】另取补铁片粉末加水溶解，滴加KSCN溶液，再滴加几滴稀硫酸。现象：溶液变成红色加稀硫酸加稀硫酸【师】实验说明此补铁片中含有正三价铁离子，而水溶液未变红的真正原因是溶液中正三价铁离子浓度小。结合实验请同学们思考，利用KSCN溶液检验正三价铁离子应在什么性的环境中更合适？【生】酸性。【师】要想利用配合物检验金属离子要调节合适的PH范围,引导配位平衡向生成特征颜色配合物的方向移动，就能检验金属离子了。通过实验我们发现KSCN检验较低浓度的正三价铁时的灵敏度并不高。有没有更好的检验正三价铁离子的试剂呢？结合配合物的稳定常数，选用EDTA来检验灵敏度应该更高。【问题探讨】宏观上发现Fe2(SO4)3溶液中加入EDTA溶液黄色变化不明显，微观上是不是说明Fe3+与EDTA没有形成配位键呢？请设计实验方案并预测实验现象。【生3】方案一：向Fe2(SO4)3溶液中加入足量的EDTA溶液，再加KSCN溶液，如果没有看到溶液变红，证明混合溶液中没有游离的Fe3+，即Fe3+与EDTA形成了配位键；如果溶液变红说明Fe3+与EDTA没有形成配位键或者形成的配位键非常弱。【生4】方案二：向一支试管中加入适量的Fe2(SO4)3溶液，然后滴加KSCN溶液，溶液变红色，再逐滴加入EDTA，如果溶