高二化学选择性必修《分子间作用力》教学设计

高二化学选择性必修《分子间作用力》教学设计一、课程标准解读《分子间作用力》是高中化学选择性必修模块中连接物质微观结构与宏观性质的核心内容，旨在落实化学学科核心素养的培养要求。依据课程标准，本课在素养目标维度的具体要求如下：宏观辨识与微观探析：能从物质的熔点、沸点、溶解性等宏观性质出发，探析分子间作用力（范德华力、氢键）的微观本质，建立“结构作用力性质”的逻辑关联。科学探究与创新意识：通过实验设计、现象分析、数据处理等活动，体验科学探究的基本流程，初步形成基于证据推理结论的思维方式。科学态度与社会责任：认识分子间作用力在材料研发、药物设计、环境保护等领域的应用价值，培养严谨求实的科学态度和可持续发展意识。证据推理与模型认知：能构建分子间作用力的物理模型（如偶极相互作用模型、氢键结构模型），并运用模型解释物质的宏观性质及变化规律。本课的核心知识体系为：分子间作用力的本质→类型（范德华力、氢键）→影响因素（分子极性、相对分子质量、分子结构等）→对物质性质的调控→实际应用。教学中需注重学科思想方法的渗透，如模型构建、归纳演绎、实验探究等，帮助学生形成完整的知识网络。二、学情分析知识基础：高二学生已掌握原子结构、化学键（离子键、共价键）、分子极性等基础知识，了解分子晶体的基本特征，但对“分子间存在的弱相互作用”缺乏系统认知，易将分子间作用力与化学键混淆。认知特点：学生的抽象思维正从经验型向理论型过渡，能初步运用微观视角分析宏观现象，但对“瞬时偶极”“诱导偶极”等抽象概念的理解存在困难，需借助直观模型、实验现象进行具象化支撑。能力现状：具备基础的实验操作能力和数据分析能力，但在实验设计的严谨性、变量控制的科学性等方面仍需加强；小组协作时的逻辑表达和分工协作能力存在个体差异。学习需求：对与生活实际、科技前沿相关的教学内容兴趣较高，如“氢键与生命大分子的稳定性”“分子间作用力在纳米材料中的应用”等，需结合此类素材激发学习主动性。针对以上学情，教学中需遵循“宏观现象→微观探析→模型构建→应用验证”的认知路径，通过分层任务、直观演示、探究活动等方式，突破抽象概念理解的难点，兼顾不同层次学生的学习需求。三、教学目标（一）宏观辨识与微观探析能准确描述分子间作用力的定义，区分范德华力、氢键与化学键的差异。能解释范德华力（色散力、诱导力、取向力）和氢键的形成条件，并用相关模型说明其微观作用机制。能依据分子结构特点，预测物质分子间作用力的类型及强弱，进而分析物质的熔点、沸点、溶解性等宏观性质。（二）科学探究与创新意识能独立设计“探究分子间作用力强弱对物质沸点的影响”“验证氢键存在的实验”等方案，规范完成实验操作并记录数据。能对实验数据进行分析处理，通过对比、归纳得出分子间作用力与物质性质的关联结论，提出合理的误差分析方案。能基于分子间作用力知识，设计简单的创新应用方案（如新型溶剂的选择、低温材料的设计思路）。（三）科学态度与社会责任通过了解科学家对分子间作用力的探索历程，体会“假说验证修正”的科学研究方法，培养坚持不懈的科学精神。认识分子间作用力在药物研发、环境保护、材料科学等领域的应用价值，主动关注相关科技前沿，增强社会责任感。在实验探究中养成如实记录数据、尊重实验事实的严谨态度，形成合作交流、互助共进的学习氛围。（四）证据推理与模型认知能构建范德华力的偶极相互作用模型、氢键的“氢桥”结构模型，并运用模型解释具体物质的性质差异。能基于实验现象、数据等证据，推理分子间作用力的影响因素，质疑不合理的结论并提出验证思路。能运用“结构作用力性质”的逻辑模型，解决实际问题（如解释物质的溶解性规律、预测未知物质的物理性质）。四、教学重点与难点教学重点分子间作用力的类型（范德华力、氢键）及其本质特征。分子间作用力的影响因素（分子极性、相对分子质量、分子结构、温度等）。分子间作用力对物质熔点、沸点、溶解性、粘度等物理性质的调控作用。教学难点氢键的形成条件、本质及特殊性（方向性、饱和性）。分子间作用力与化学键的区别与联系。运用分子间作用力知识解释复杂宏观现象（如蛋白质的空间结构稳定性、溶液的混合规律）。难点突破策略模型具象化：通过三维分子模型、动画演示（如瞬时偶极的形成过程、氢键的“氢桥”结构），将抽象概念直观化。实验支撑：设计对比实验（如不同卤素单质的沸点测定、水与乙醇的溶解性差异实验），通过宏观现象佐证微观作用力的存在。类比迁移：将“分子间作用力”类比为“人与人之间的相互作用”（距离越近、“契合度”越高，作用力越强），降低理解难度。五、教学准备类别具体内容多媒体资源分子间作用力动画（瞬时偶极形成、氢键作用过程）、实验操作视频、科技应用案例（纳米材料、药物设计）教具三维分子模型（H₂O、NH₃、CH₄、Cl₂等）、氢键结构示意图、分子间作用力类型对比表实验器材表面张力测定装置、沸点测定装置（试管、酒精灯、温度计、铁架台）、电子天平、滴定管、不同溶剂（水、乙醇、苯、四氯化碳）、卤素单质（Cl₂、Br₂、I₂）学习任务单实验报告模板、探究活动记录表、知识梳理思维导图框架评价工具课堂表现评估量规、作业等级评价标准、实验方案评分表预习资料分子极性判断方法、晶体类型与性质关联知识点、相关科学家探究历程简介学习用具画笔、坐标纸（绘制性质结构关系曲线）、笔记本、计算器教学环境小组合作式座位排列（4人一组）、黑板分区板书（知识框架+实验现象+核心公式）六、教学过程（一）导入环节（5分钟）情境设问，引发认知冲突展示三组对比现象：①相同条件下，水（H₂O）呈液态，而硫化氢（H₂S）呈气态；②乙醇（C₂H₅OH）能与水以任意比例互溶，而乙烷（C₂H₆）难溶于水；③冰块浮在水面上，而大多数固体密度大于液体。提问：“这些现象无法用我们之前学过的化学键知识解释，是什么因素导致了物质性质的差异？”旧知回顾，铺垫新知引导学生回顾：①分子晶体的构成微粒是什么？②分子极性的判断方法？③化学键的键能范围（100~600kJ·mol⁻¹）。过渡：“分子之间存在着一种较弱的相互作用，称为分子间作用力，它是决定分子晶体宏观性质的关键因素。本节课我们将深入探究其本质、类型及应用。”呈现学习路线图板书：分子间作用力的本质→类型→影响因素→性质调控→实际应用（二）新授环节（30分钟）任务一：分子间作用力的本质（5分钟）教师活动①定义讲解：分子间作用力是指分子之间普遍存在的、能把分子聚集在一起的弱相互作用（键能通常为1~40kJ·mol⁻¹），本质是静电相互作用。②公式呈现：分子间作用力的能量与分子间距离的关系：E∝−1rn（n为常数，范德华力中n=6，氢键中n≈10），强调“分子间距离越近，作用力越强；温度升高，分子动能增大，作用力减弱”。③对比辨析：通过表格明确分子间作用力与化学键的表1分子间作用力与化学键的对比对比维度分子间作用力化学键（以共价键为例）作用微粒分子之间原子之间键能范围（kJ·mol⁻¹）1~40100~600本质静电相互作用（弱）电子云重叠（强）影响范畴物质的物理性质（熔沸点、溶解性等）物质的化学性质（稳定性、反应活性等）学生活动①记录核心定义及公式，完成表格填空。②思考：“为什么分子间作用力比化学键弱得多？”（小组讨论1分钟，代表发言）即时评价能准确区分分子间作用力与化学键的作用微粒、键能范围及影响范畴。任务二：分子间作用力的类型（10分钟）范德华力的讲解与模型构建①教师活动：定义：范德华力是所有分子（极性分子、非极性分子）之间普遍存在的作用力，包括色散力、诱导力、取向力三种类型（表2）。公式呈现：范德华力的总能量：E_{\text{vdW}}=E_{\text{色散}}+E_{\text{诱导}}+E_{\text{取向}}，其中色散力是最主要的成分（非极性分子中仅存在色散力）。动画演示：瞬时偶极的形成（色散力）、固有偶极对非极性分子的诱导（诱导力）、极性分子间的定向排列（取向力）。表2范德华力三种类型的对比类型形成原因存在范围影响因素色散力瞬时偶极瞬时偶极相互作用所有分子（非极性分子为主）相对分子质量、分子体积诱导力固有偶极诱导偶极相互作用极性分子与非极性分子之间极性分子的偶极矩、非极性分子的极化率取向力固有偶极固有偶极相互作用极性分子之间极性分子的偶极矩、温度②学生活动：观察动画，记录三种力的形成机制。小组讨论：“为什么卤素单质（F₂、Cl₂、Br₂、I₂）的沸点随相对分子质量增大而升高？”（结合色散力的影响因素分析）氢键的讲解与模型构建①教师活动：定义：氢键是由与电负性极强的原子（N、O、F）相连的氢原子，与另一个电负性极强的原子（N、O、F）之间形成的特殊分子间作用力。公式呈现：氢键的键能：10\sim40,\text{kJ·mol}^{−1}（介于范德华力与化学键之间）。图示展示：图1水分子间的氢键结构示意图（标注“OH…O”的作用形式，强调方向性和饱和性）。举例：H₂O、NH₃、HF分子间的氢键，以及蛋白质分子中肽键之间的氢键（维持空间结构）。图1水分子间的氢键结构示意图（注：用“○”表示O原子，“●”表示H原子，虚线表示氢键，标注键角约180°）②学生活动：观察示意图，总结氢键的形成条件（①存在与N/O/F相连的H原子；②存在电负性强、半径小的原子（N/O/F））。思考：“为什么NH₃的沸点比PH₃高，而HCl的沸点比HF低？”（结合氢键与范德华力的差异分析）即时评价能准确识别不同分子间作用力的类型，解释其形成原因及影响因素；能通过模型分析简单分子中存在的作用力。任务三：分子间作用力的影响因素（5分钟）教师活动①归纳总结：分子间作用力的强弱主要受以下因素影响：分子极性：极性越强，取向力、诱导力越强（氢键形成的前提）；相对分子质量：相对分子质量越大，色散力越强；分子结构：分子的空间构型（如支链越多，分子间接触面积越小，作用力越弱）、是否存在氢键（显著增强分子间作用力）；温度：温度升高，分子间距离增大，作用力减弱。②图表展示：图2卤族氢化物（HX）沸点与相对分子质量的关系曲线（标注HF因氢键沸点异常升高）。图2卤族氢化物沸点与相对分子质量的关系曲线（横坐标：相对分子质量；纵坐标：沸点/℃；曲线中HF沸点显著高于HCl、HBr、HI，后三者沸点随相对分子质量增大逐渐升高）学生活动分析图2曲线，找出异常点并解释原因。完成即时练习：“比较下列物质的沸点高低：①CH₄与SiH₄；②H₂O与H₂S；③C₂H₅OH与C₂H₆”（说明判断依据）。即时评价能综合运用分子极性、相对分子质量、氢键等因素，比较分子间作用力的强弱。任务四：分子间作用力与物质性质、化学反应的关系（7分钟）与物理性质的关系①教师活动：归纳：分子间作用力越强，物质的熔点、沸点越高，溶解性越好（“相似相溶”原理：极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，氢键可增强溶解性），粘度越大。举例：①乙醇与水互溶（乙醇分子与水分子间形成氢键）；②食用油难溶于水（非极性分子与极性分子间作用力弱）；③甘油（丙三醇）的粘度大于乙醇（甘油分子含3个羟基，形成的氢键更多）。与化学反应的关系①教师活动：讲解：分子间作用力影响化学反应的活化能（分子间作用力越强，分子越难接近，活化能越高，反应速率越慢）；对于非均相反应（如固体与气体反应），分子间作用力影响反应物的吸附与扩散，进而调控反应速率。举例：催化剂表面通过分子间作用力吸附反应物分子，降低反应活化能，提高反应速率。学生活动小组讨论：“为什么固体比液体更难压缩？”（结合分子间距离与作用力的关系分析）记录物质性质与分子间作用力的关联逻辑。即时评价能运用分子间作用力知识解释物质的物理性质差异，理解其对化学反应速率的调控作用。任务五：分子间作用力的实际应用（3分钟）教师活动①展示应用案例：材料科学：纳米材料的自组装（利用分子间作用力实现精准排列）；药物设计：药物分子与靶标蛋白（如酶）通过氢键、范德华力结合，提高药效；日常生活：洗涤剂的去污原理（表面活性剂分子通过分子间作用力吸附油污）；环境保护：利用分子间作用力的吸附材料（如活性炭）处理废气、废水。学生活动记录应用案例，思考“分子间作用力在新能源领域可能有哪些应用？”（如储能材料的设计）。即时评价能列举分子间作用力的实际应用，初步思考其在新领域的应用潜力。（三）巩固训练（10分钟）基础巩固层（4分钟）列举范德华力的三种类型，并简述其形成原因。写出氢键的形成条件及键能范围，举例说明氢键对物质性质的影响。判断下列说法正误并说明理由：（1）分子间作用力越大，物质的化学性质越稳定（）；（2）非极性分子之间只存在色散力（）；（3）氢键具有方向性和饱和性（）。综合应用层（3分钟）分析下表数据，解释卤族氢化物沸点差异的原因：物质相对分子质量沸点/℃HF2019.5HCl36.585.0HBr8166.7HI12835.4设计实验验证“氢键能增强物质的溶解性”，写出实验原理、器材、步骤及预期现象。拓展挑战层（3分钟）结合分子间作用力知识，解释“为什么蛋白质在高温、强酸、强碱条件下会变性？”（提示：蛋白质的空间结构依赖氢键等分子间作用力维持）。设计实验探究“分子结构（支链多少）对分子间作用力的影响”，明确自变量、因变量及控制变量。即时反馈学生分组互评基础层习题，教师抽查点评。展示综合层、拓展层优秀答题思路，针对典型错误（如混淆分子间作用力与化学键的影响范畴）进行集中讲解。（四）课堂小结（5分钟）知识体系构建引导学生以思维导图形式梳理核心知识：分子间作用力→类型（范德华力：色散力/诱导力/取向力；氢键）→影响因素（极性、相对分子质量、结构、温度）→性质（熔沸点、溶解性、粘度）→应用（材料、药物、环保等）。方法提炼与元认知培养总结科学思维方法：模型构建法（偶极模型、氢键模型）、对比分析法（分子间作用力与化学键、不同类型作用力）、证据推理法（实验现象→微观本质）。提问：“本节课你最困惑的知识点是什么？通过什么方法解决的？”“你设计的实验方案有哪些可优化之处？”悬念设置与作业布置悬念：“分子间作用力在量子尺度下的表现的是什么？未来能否通过调控分子间作用力实现‘可编程’材料的制备？”作业：必做：完成基础巩固层习题及综合应用层第4题，绘制本节课知识思维导图。选做：完成拓展挑战层第7题的实验方案设计，撰写实验报告框架。探究：查阅资料，了解分子间作用力在新冠疫苗研发中的应用，撰写100字短文。七、作业设计（一）基础性作业（15~20分钟）下列关于分子间作用力的说法正确的是（）A.分子间作用力是化学键的一种B.氢键只存在于水分子之间C.相对分子质量越大，范德华力一定越强D.分子间作用力影响物质的熔点和沸点解释下列现象：（1）同为直线形分子的CO₂和CS₂，CS₂的沸点（46.5℃）高于CO₂（78.5℃）；（2）NH₃极易溶于水，而CH₄难溶于水。写出范德华力能量与分子间距离的关系公式，说明温度对分子间作用力的影响。（二）拓展性作业（20~30分钟）设计实验探究温度对分子间作用力的影响（以水的表面张力变化为例），写出实验目的、器材、步骤、数据记录表格及预期结论。分析“湿衣服在寒冷天气中晾干速度慢”的分子间作用力原理，提出3种加快晾干的方法并说明依据。结合“结构作用力性质”逻辑，预测H₂Se的沸点，并与H₂S、H₂O的沸点进行比较，说明预测理由。（三）探究性/创造性作业（30~45分钟，小组合作）主题：探究不同溶剂中氢键对物质溶解性的影响要求：①选择3种溶质（如蔗糖、尿素、萘）和3种溶剂（水、乙醇、苯）；②设计实验方案（控制变量：温度、溶质质量、溶剂体积）；③记录实验现象（溶解速率、溶解量）；④结合氢键知识分析实验结果，撰写探究报告。主题：基于分子间作用力的环保产品设计要求：①设计一种利用分子间作用力吸附污染物（如甲醛、重金属离子）的产品；②说明产品的核心原理（如氢键吸附、范德华力吸附）；③绘制产品结构示意图；④阐述产品的优势及应用场景。八、本节知识清单及拓展核心概念：分子间作用力是分子间普遍存在的弱静电相互作用（键能1~40kJ·mol⁻¹），包括范德华力和氢键。范德华力：类型：色散力（瞬时偶极瞬时偶极）、诱导力（固有偶极诱导偶极）、取向力（固有偶极固有偶极）；能量公式：E_{\text{vdW}}=E_{\text{色散}}+E_{\text{诱导}}+E_{\text{取向}}；影响因素：相对分子质量、分子极性、分子体积、温度。氢键：形成条件：与N/O/F相连的H原子+电负性强、半径小的N/O/F原子；键能：10\sim40,\text{kJ·mol}^{−1}，具有方向性和饱和性；表示方法：XH…Y（X、Y为N/O/F）。分子间作用力与物质性质：熔沸点：作用力越强，熔沸点越高（氢键可使沸点异常升高）；溶解性：“相似相溶”，氢键可增强极性溶质与极性溶剂的溶解性；粘度：作用力越强，粘度越大（如甘油＞乙醇＞水）。影响因素修正：温度升高，分子动能增大，分子间距离增大，分子间作用力减弱（而非增强）。拓展应用：材料科学：纳米颗粒的自组装、液晶材料的取向排列；生物化学：蛋白质的二级结构（α螺旋、β折叠）依赖氢键维持；药物研发：药物分子与靶标蛋白的氢键、范德华