高二化学选择性必修《范德华力及其对物质性质的影响》教学设计

高二化学选择性必修《范德华力及其对物质性质的影响》教学设计一、教学内容分析（一）课程标准解读本课隶属于高中化学选择性必修模块“物质结构与性质”，依据课程标准要求，学生需达成以下目标：理解分子间作用力（含范德华力）的本质与类型，掌握其对物质熔点、沸点、溶解性等物理性质的影响规律，能运用微观结构知识解释宏观物质性质差异，形成“宏观辨识与微观探析”的化学核心素养。在知识维度，聚焦分子结构、范德华力、分子间作用力与物质性质的关联；在方法维度，强调实验探究、数据推理、模型建构等科学方法的应用；在素养维度，渗透科学探究精神、严谨求实态度与创新意识。（二）学情分析高二学生已具备原子结构、化学键、分子极性等基础知识点，能够初步辨识常见物质的宏观性质，但存在以下认知短板：1.易混淆范德华力与化学键、氢键的概念边界，对“分子间作用力”的狭义（范德华力）与广义（含氢键等）定义界定模糊；2.缺乏从微观作用推导宏观性质的思维路径，难以解释物质性质的递变规律（如卤素单质熔沸点变化）；3.实验设计与数据分析能力较弱，对抽象力的作用机制理解困难。针对以上问题，教学中需强化概念辨析、具象化微观过程、设计阶梯式探究活动。（三）教材分析1.地位与作用本课是“分子结构与性质”单元的核心内容，承接化学键对物质结构的决定作用，铺垫氢键、晶体结构等后续知识，是连接微观分子结构与宏观物质性质的关键纽带，对学生构建“结构决定性质”的化学核心观念具有重要意义。2.知识关联前置知识：原子结构、化学键（离子键、共价键）、分子极性判断（如μ=q·d，μ为偶极矩，q为电荷量，d为正负极重心间距）；后续知识：氢键、晶体类型（分子晶体、离子晶体等）、物质溶解性规律；生活关联：解释日用品中的粘附现象、制冷剂的选择、涂料的配方设计等。二、教学目标（一）知识目标识记分子的定义、空间结构特征，掌握分子极性的判断方法（含偶极矩公式应用）；理解范德华力的本质（弱相互作用力，能量数量级110kJ·mol⁻¹）、类型（偶极偶极相互作用、诱导偶极诱导偶极相互作用、色散力）及作用机制；掌握范德华力对物质熔点、沸点、溶解性的影响规律，能结合数据（如相对分子质量、分子间距）分析性质差异。（二）能力目标能规范完成熔点测定、分子极性演示等实验操作，运用控制变量法设计验证范德华力影响的实验方案；能通过分析熔沸点数据图表、分子结构示意图，归纳范德华力的变化规律，运用科学思维解释实验现象；能通过小组合作完成探究报告，运用图表、公式等方式呈现分析结果。（三）情感态度与价值观目标通过了解范德华力的发现历程（如范德华的分子动力学研究），体会科学家的严谨探究精神；在实验中养成如实记录数据、尊重客观事实的科学态度，增强实验安全意识；认识范德华力在材料科学、日用品研发中的应用价值，提升化学学科的社会责任感。（四）核心素养目标宏观辨识与微观探析：能从分子极性、分子大小等微观角度解释物质熔沸点、溶解性等宏观性质；科学探究与创新意识：能设计探究范德华力影响因素的实验方案，对实验结果进行多角度评估与改进；证据推理与模型认知：能构建范德华力作用的物理模型，基于数据证据推导性质递变规律。三、教学重点与难点（一）教学重点范德华力的类型、本质及作用机制；范德华力与物质熔点、沸点、溶解性的定量关联（如F∝M₁M₂/r⁶，F为范德华力，M为相对分子质量，r为分子间距）；运用范德华力知识解释常见物质的性质差异。（二）教学难点范德华力的微观作用机制（如瞬时偶极、诱导偶极的形成过程）；微观分子间作用力与宏观物质性质的关联逻辑（如色散力随相对分子质量增大而增强的本质原因）；实验设计中控制变量法的精准应用（如探究分子极性对范德华力的影响时，控制相对分子质量一致）。四、教学准备类别具体内容多媒体资源分子结构三维动画、范德华力作用模拟视频、卤素单质熔沸点数据图表、偶极矩测定实验视频教具分子极性演示仪、球棍模型（H₂O、CO₂、CH₄等）、范德华力类型对比挂图实验器材熔点测定装置（试管、酒精灯、温度计）、烧杯、胶头滴管、不同烷烃样品（甲烷、乙烷、丙烷）、极性溶剂与非极性溶剂学习资源预习任务单、实验数据记录表、范德华力知识清单、分层练习题集教学环境小组合作式座位排列、多媒体投影设备、实验操作台（含安全防护用品）评价工具实验报告评价量规、课堂互动评价表、作业分层评价标准五、教学过程（一）导入环节（5分钟）情境创设：展示卤素单质（F₂、Cl₂、Br₂、I₂）的常温状态图片（F₂、Cl₂为气体，Br₂为液体，I₂为固体），提问：“同为卤素单质，为何常温下状态差异显著？”展示水与酒精的混合现象、胶带的粘附现象，引导学生思考“分子间是否存在特殊作用力”。认知冲突：回顾化学键知识（如H₂分子中HH键的键能约436kJ·mol⁻¹），展示数据：“将液态水变为气态水，仅需克服分子间作用力，所需能量约40.7kJ·mol⁻¹”，引发疑问：“这种远弱于化学键的作用力是什么？它如何影响物质状态？”核心问题提出：本节课聚焦核心问题——“范德华力的类型、作用机制是什么？它如何影响物质的物理性质？”知识链接：回顾分子极性判断方法，展示H₂O（μ=1.85D）、CO₂（μ=0D）、CH₄（μ=0D）的偶极矩数据，强调：“分子极性是影响范德华力的关键因素之一”。学习路线明确：“回顾分子极性→学习范德华力类型与机制→实验探究影响因素→应用知识解释现象”。（二）新授环节（30分钟）任务一：分子结构与分子极性（8分钟）教师活动：展示球棍模型（H₂O、CO₂、CH₄），引导观察分子空间结构，提问：“为何H₂O是极性分子，而CO₂、CH₄是非极性分子？”引入偶极矩公式μ=q·d，结合模型解释：“H₂O分子中O原子电负性强，正负电荷重心不重合（d≠0），μ>0，为极性分子；CO₂分子呈直线形，正负电荷重心重合（d=0），μ=0，为非极性分子”。提问：“分子极性与分子间作用力是否存在关联？如何通过实验验证？”学生活动：观察模型，描述分子空间结构，运用偶极矩公式判断分子极性；小组讨论分子极性的影响因素（原子电负性、分子空间结构）；提出验证分子极性与作用力关联的实验思路（如比较极性分子与非极性分子的熔沸点）。即时评价标准：能准确描述分子空间结构，正确应用偶极矩公式判断极性；能说出分子极性的两个核心影响因素；能提出合理的实验探究思路（含变量控制）。任务二：范德华力的类型与作用机制（10分钟）教师活动：展示范德华力类型对比表（如下），结合动画演示三种作用力的形成过程：类型成因存在物质类型强度规律（同系列物质）偶极偶极相互作用极性分子永久偶极之间的静电引力（μ₁与μ₂的乘积成正比）极性分子（如H₂O）随分子极性增强而增大诱导偶极诱导偶极相互作用极性分子永久偶极诱导非极性分子产生瞬时偶极，形成静电引力极性分子与非极性分子（如H₂O与CO₂）随极性分子偶极矩、非极性分子极化率增大而增强色散力分子瞬时偶极之间的相互作用（电子云瞬时偏移引发）所有分子（极性+非极性）随相对分子质量增大、分子间距减小而显著增强强调：“色散力是范德华力的主要成分（占比>80%），对非极性分子而言是唯一的范德华力”；演示实验：将极性溶剂（水）与非极性溶剂（环己烷）分别滴在玻璃片上，观察液滴形状差异，解释：“水分子间存在偶极偶极相互作用，液滴更饱满；环己烷分子间仅存在色散力，液滴易扩散”。学生活动：观察动画与实验，记录三种范德华力的形成特点；结合表格分析不同分子间的范德华力类型，归纳强度影响因素；提问：“为何I₂的相对分子质量大于Br₂，熔点也更高？”（引导关联色散力规律）。即时评价标准：能准确区分三种范德华力的成因与存在范围；能运用表格规律解释简单的物质性质差异；能说出色散力的核心影响因素（相对分子质量、分子间距）。任务三：范德华力对物质性质的影响（12分钟）教师活动：展示烷烃系列（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷）的相对分子质量与沸点数据图表（如下），引导分析：物质相对分子质量沸点/℃甲烷（CH₄）16161.5乙烷（C₂H₆）3088.6丙烷（C₃H₈）4442.1丁烷（C₄H₁₀）580.5提问：“随相对分子质量增大，沸点如何变化？原因是什么？”（引导推导：相对分子质量增大→色散力增强→沸点升高）。演示实验：测定不同浓度乙醇水溶液的沸点，结合范德华力与氢键的协同作用解释沸点变化；拓展：“范德华力对溶解性的影响——相似相溶原理”，举例：非极性分子I₂易溶于非极性溶剂CCl₄，难溶于极性溶剂水（水分子间偶极偶极相互作用强，排斥I₂分子）。学生活动：分析数据图表，归纳范德华力与沸点的定量关系；观察实验现象，记录沸点数据，结合范德华力知识解释变化原因；小组讨论：“为何CO₂难溶于水，而SO₂易溶于水？”（结合分子极性与范德华力类型分析）。即时评价标准：能从数据图表中提炼范德华力对沸点的影响规律；能运用范德华力知识解释相似相溶原理；能准确描述实验现象并关联微观作用力。（三）巩固训练（15分钟）基础巩固层下列分子中，仅存在色散力的是（）A.H₂OB.CO₂C.HClD.NH₃运用偶极矩公式μ=q·d，判断下列分子的极性：①CH₃Cl②CCl₄，并说明理由。比较下列物质的沸点高低，并用范德华力知识解释：①Br₂与I₂②CH₃CH₂OH与CH₃OCH₃。综合应用层设计实验验证“分子极性对范德华力的影响”，要求明确实验变量、控制条件、预期现象与结论。结合范德华力与氢键知识，解释：“为何冰的密度小于水？”（提示：冰中水分子间形成氢键，分子间距增大，范德华力减弱）。拓展挑战层已知某系列非极性分子的相对分子质量分别为M₁、M₂、M₃（M₁<M₂<M₃），且分子间距相同，根据范德华力公式F∝M₁M₂/r⁶，推导三者的熔沸点顺序，并说明依据。查阅资料，分析范德华力在纳米材料自组装中的作用机制，撰写100字以内的简要分析。即时反馈学生互评：小组内交换作业，依据评价量规标注错误并给出修改建议；教师点评：聚焦共性错误（如范德华力与化学键的混淆、相似相溶原理的误用），结合典型例题讲解；技术辅助：通过投影展示优秀作业与错误案例，用动画重现易错概念的微观过程。（四）课堂小结（5分钟）知识体系建构：思维导图：引导学生绘制“分子结构→分子极性→范德华力（类型/机制）→物质性质（熔沸点/溶解性）”的思维导图；核心公式回顾：μ=q·d（偶极矩）、F∝M₁M₂/r⁶（范德华力定性公式）。方法提炼：科学思维：模型建构法（范德华力物理模型）、数据分析法（熔沸点数据归纳）、控制变量法（实验设计）；元认知提问：“本节课你最困惑的概念是什么？如何通过实验或资料解决？”差异化作业布置：必做（基础巩固）：完成基础层习题13，整理本节课核心知识点；选做（能力提升）：完成综合应用层习题45，设计家庭小实验（如比较不同食用油的凝固点，关联范德华力）；拓展（创新探究）：完成挑战层习题67，撰写“范德华力在日用品中的应用”短文（300字左右）。六、作业设计（一）基础性作业简述三种范德华力的成因与特点，举例说明每种作用力的存在物质；用偶极矩公式判断H₂S、BF₃的分子极性，分析其范德华力类型；比较下列各组物质的熔沸点，并用范德华力知识解释：①O₂与N₂②CH₃CH₂CH₃与CH₃CH₃。要求：1520分钟独立完成，书写规范，附必要的公式与分析过程；评价：全批全改，针对偶极矩应用、范德华力类型判断等共性错误集中点评。（二）拓展性作业设计实验探究“分子间距对范德华力的影响”，写出实验目的、器材、步骤、预期结果与结论；结合生活实例，解释以下现象：①胶水的粘合原理②冬天皮肤干燥时易起皮（提示：皮肤细胞间范德华力受水分影响）；查阅资料，列举范德华力在化妆品配方中的2个应用实例，说明作用机制。要求：30分钟完成，实验方案需体现控制变量思想，实例分析需关联本节课知识点；评价：采用等级制（A/B/C/D），从科学性、逻辑性、创新性三个维度评分，附个性化改进建议。（三）探究性作业利用家中常见材料（如不同浓度的酒精、食用油、食盐等），设计实验验证范德华力对溶解性的影响，记录实验数据并绘制图表；结合范德华力与氢键知识，提出“提高某难溶性药物溶解度”的合理方案，说明设计依据；制作科普短视频（35分钟），向公众解释“为什么羽绒服能保暖？”（关联范德华力与空气分子的作用）。要求：无标准答案，鼓励多元表达，记录探究过程中的问题与解决方法；评价：采用过程性评价，关注探究思路、实验操作、表达逻辑，优秀作品在班级展示。七、知识清单及拓展（一）核心知识清单分子结构：分子是构成物质的基本单元，由原子通过化学键连接，空间结构决定分子极性（μ=q·d，μ>0为极性分子，μ=0为非极性分子）；范德华力本质：分子间的弱相互作用力（110kJ·mol⁻¹），无方向性、无饱和性；范德华力类型：偶极偶极相互作用（极性分子间）、诱导偶极诱导偶极相互作用（极性与非极性分子间）、色散力（所有分子，核心成分）；影响因素：分子极性（偶极矩）、相对分子质量、分子间距（F∝M₁M₂/r⁶）；性质影响：随范德华力增强，物质熔点、沸点升高，溶解性遵循“相似相溶”（极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂）；概念辨析：范德华力≠化学键（键能差异：范德华力110kJ·mol⁻¹，化学键100600kJ·mol⁻¹）；范德华力≠氢键（氢键强度1040kJ·mol⁻¹，属于特殊分子间作用力）。（二）拓展知识量子力学解释：范德华力的本质是电子云重叠引发的静电相互作用，可通过薛定谔方程推导作用力势能；材料科学应用：范德华力在二维材料（如石墨烯）的层间作用、纳米颗粒的自组装中起关键作用；生物分子作用：蛋白质折叠、DNA双螺旋结构的稳定均依赖范德华力与氢键的协同作用；药物设计：药物分子与靶标蛋白的结合力中，范德华力占比约30%50%，是药物活性优化的重要靶点；分子模拟技术：通过分子动力学模拟（MD）计算范德华力势能，预测物质的物理化学性质。八、教学反思（一）教学目标达成度评估大部分学生能掌握范德华力的类型、本质及基础应用（如判断分子极性、比较熔沸点），但在以下方面存在不足：1.偶极矩公式的定量应用能力薄弱，对“q”和“d”的物理意义理解模糊；2.复杂体系（如同时存在范德华力与氢键）的性质解释逻辑不清晰；3.实验设计中控制变量的精准度不足。后续需通过专项习题、分组实验实训强化薄弱点。（二）教学过程有效性分析优势：通过数据图表、动画演