高二化学选择性必修2《配合物理论简析》创新问题解决教学设计

高二化学选择性必修2《配合物理论简析》创新问题解决教学设计

一、教学背景与设计理念

（一）【基础】课标要求与教材定位

本节课选自人教版高中化学选择性必修2《物质结构与性质》第三章第四节“配合物与超分子”第一课时。课程标准对此部分的内容要求为：能举例说明配位键的成键特征，能说明配合物的结构与性质关系，能解释配合物的某些典型性质。该内容位于原子结构、分子结构与性质之后，是微粒间相互作用知识的深化与拓展，也是连接结构理论与应用化学（如生物化学、分析化学、材料化学）的重要桥梁【重要】。教材从学生熟悉的实验事实出发，引导学生认识配位键和配合物，体现了从宏观现象到微观解释，再到符号表征的化学学习过程。

（二）【难点与热点】学情分析

授课对象为高二年级学生，正处于从“模块化学习”向“综合应用”跨越的关键期。知识上，学生已掌握共价键的形成、杂化轨道理论及离子键，具备了理解配位键的理论基础。能力上，学生具备一定的实验探究能力和逻辑推理能力，但对于“电子对给予-接受”这种特殊共价键的动态理解，以及对复杂配离子（如颜色变化、稳定性差异）的微观解释仍存在思维障碍【难点】。同时，学生对于抽象的“空轨道”与“孤电子对”如何“结合”缺乏直观想象，习惯于接受结论而非通过证据推理建构模型【核心突破点】。

（三）【非常重要】设计理念：基于“证据推理与模型认知”的“问题链+任务群”驱动

本设计以“真实情境—问题驱动—实验探究—模型建构—迁移创新”为主线，深度融合“教、学、评”一体化理念。摒弃传统的单向灌输，以“侦探破案”的叙事逻辑重构课堂，将教材内容转化为一系列具有挑战性的学习任务。通过精心设计的“证据链”和“问题链”，引导学生像科学家一样思考，在解决真实问题的过程中自主建构配位键和配合物的认知模型，并运用模型解释生产生活中的实际问题，从而发展学生的宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等化学学科核心素养【非常重要】。

二、教学目标

1.【基础】通过分析H3O+、NH4+的形成过程，能准确描述配位键的概念，说出形成配位键的条件（一方有孤电子对，另一方有空轨道），并能辨析配位键与共价键的异同。

2.【重要】通过对硫酸铜溶液与氨水反应的系列实验探究，能运用观察、分析、推理等方法，获取证据证明[Cu(NH3)4]2+的形成，建立配合物的“中心离子—配体—配位数”认知模型，并能规范书写简单的配合物化学式及电离方程式。

3.【高频考点】结合具体实例（如Ag(NH3)2+、Fe(SCN)3），能分析配合物的内界与外界，理解配离子与外界离子之间的相互作用，并能运用平衡移动原理解释配合物的转化与竞争【高频考点】。

4.【热点】通过讨论配合物在生命体（如血红蛋白）、环境科学（如污水处理）及材料科学中的应用，感受化学对人类文明的贡献，发展科学态度与社会责任【热点】。

三、教学重难点

1.【核心重点】配位键的形成条件、配合物的组成与结构。

2.【教学难点】从微观角度理解配位键的形成机制；基于实验证据推理并建构配合物模型。

3.【教学关键点】如何通过实验设计制造认知冲突，引导学生主动寻求新的理论模型来解释现象。

四、教学准备

1.【实验准备】分组实验器材及试剂：试管、胶头滴管、蒸馏水、无水CuSO4固体、CuSO4溶液、NaCl溶液、氨水、NaOH溶液、BaCl2溶液、酒精。

2.【数字化资源】手持技术pH计（用于探究沉淀溶解过程中的pH变化）、三维分子结构模型软件或动画（展示[Cu(NH3)4]2+的正四面体或平面正方形结构）、学生实验任务单。

五、教学实施过程

本过程共设计四个进阶式学习任务，贯穿整节课。

（一）任务一：创设情境，初识“异常”——从水合离子探秘配位键的雏形

1.【情境导入】呈现生活中常见的“高钙牛奶”、“补铁口服液”广告图片，提出问题：广告中宣传的“钙”、“铁”是以什么形式被我们吸收的？是简单的金属离子吗？以此引发学生对金属存在形态的好奇。

2.【问题驱动】回顾旧知：从化学键角度分析，为什么气体HCl极易溶于水？学生根据已有知识，能够写出H3O+的电子式，并指出是H2O中O原子提供孤电子对，H+提供空轨道，形成了特殊的共价键。

3.【概念初建】教师引导学生归纳：这种由一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键，称为配位键。H3O+和NH4+是最简单的配位离子。

4.【递进追问】既然水分子中的氧有孤电子对，它可以与H+结合，那么它可以与其他金属阳离子结合吗？【重要】引导学生大胆推测，引出探究主题：水溶液中的Cu2+是否也以类似H3O+的形式存在？

设计意图：从学生熟悉的H3O+切入，化抽象为具体，降低认知门槛，自然引出配位键的核心概念，并为后续探究水合铜离子埋下伏笔。

（二）任务二：实验探究，再识“变化”——在水合与氨合转化中构建配合物模型

1.【核心探究1：颜色引发的认知冲突】

【实验活动1】观察并比较：无水CuSO4白色粉末、CuSO4·5H2O蓝色晶体、CuSO4溶液的颜色。

【问题链】a.是谁赋予了CuSO4溶液天蓝色？是Cu2+吗？那么NaCl、K2SO4溶液为何无色？b.白色无水CuSO4遇水变蓝，说明什么？【非常重要】

【证据推理】引导学生分析：CuSO4固体中的Cu2+与SO42-以离子键结合，无水时呈白色；当溶于水后，Cu2+周围结合了水分子，形成了[Cu(H2O)4]2+，这种天蓝色的配离子才是溶液显色的根本原因。教师此时展示[Cu(H2O)4]2+的结构模型（平面正方形或变形八面体），引导学生认识到这就是一种配合物离子【重要】。

2.【核心探究2：从水合到氨合的转化——配体的竞争】

【实验活动2】向上述天蓝色的CuSO4溶液中逐滴加入2%的稀氨水。

【观察与记录】a.首先出现什么现象？（蓝色沉淀）b.继续滴加氨水，又观察到什么现象？（沉淀溶解，得到深蓝色透明溶液）【非常重要】

【深度追问】这一波三折的现象背后隐藏着怎样的微观过程？

【小组讨论与证据链构建】

证据一：最初产生的蓝色沉淀是什么？怎么形成的？（学生分析：NH3·H2O提供OH-，与Cu2+生成Cu(OH)2沉淀。）

证据二：沉淀为何会溶解？是酸碱中和吗？溶液中的碱性环境并未减弱，反而增强（可用pH计测量滴加过程中的pH变化，pH持续增大，证明NH3分子并未被大量消耗，而是直接参与了与Cu2+的作用）【热点：数字化实验】。

证据三：深蓝色物质是什么？它还是[Cu(H2O)4]2+吗？（学生基于颜色变化推测，可能是NH3取代了H2O，形成了新的配离子。）

【模型建构】教师提供信息：研究表明，深蓝色物质是[Cu(NH3)4]2+，叫做四氨合铜(II)离子。引导学生书写反应方程式：Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O。并引导学生对比[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+，归纳出配合物的核心要素：

中心离子（或原子）：提供空轨道（如Cu2+）

配体：提供孤电子对（如H2O、NH3）

配位原子：配体中直接提供孤电子对的原子（如O、N）

配位数：直接与中心离子结合的配位原子数目（如4）

内界：中心离子与配体组成的相对稳定的结构单元（写化学式时用方括号括起来）

3.【核心探究3：配合物的解离——内界与界外的区分】

【实验活动3】将所得深蓝色[Cu(NH3)4]SO4溶液分为三份。

第一份：加入NaOH溶液，观察是否有蓝色沉淀？

第二份：加入BaCl2溶液，观察是否有白色沉淀？

第三份：加入酒精（或浓硫酸），观察晶体析出？【基础】

【现象分析】加入NaOH无沉淀，说明溶液中几乎不存在自由的Cu2+；加入BaCl2有白色沉淀（BaSO4），说明溶液中存在大量的SO42-。

【模型完善】引导学生得出配合物的电离模式：[Cu(NH3)4]SO4=[Cu(NH3)4]2++SO42-。从而清晰界定出“内界”（配离子）与“外界”（SO42-），并强调内界中的NH3与Cu2+以配位键结合，相对稳定；外界与内界以离子键结合。

设计意图：本环节是课堂的核心，通过层层递进的三个实验，构建了完整的“现象—推理—模型”认知链条。特别是利用NH3与H2O的竞争，不仅强化了配位键的形成，还渗透了平衡移动思想，为后续学习打下基础。数字化pH计的引入，使推理更具说服力，体现了现代技术与化学教学的融合【热点】。

（三）任务三：模型应用，解决“新”惑——运用模型解读复杂配位现象

1.【高频考点：配合物的竞争与转化】展示血红色溶液（KSCN与Fe3+反应）。提出问题：为什么用KSCN溶液可以检验Fe3+？Fe3+与SCN-是如何结合的？它们之间形成的是什么键？【高频考点】

【迁移应用】学生运用刚建立的模型分析：Fe3+提供空轨道，SCN-中的S或N提供孤电子对，形成配位键，生成可溶性的血红色[Fe(SCN)n]3-n配合物。教师补充说明，该反应极其灵敏，常用于微量Fe3+的检测。

2.【真实问题：生活中的化学】为什么CO极易使人中毒？【非常重要】

【资料卡】展示血红蛋白（Hb）的结构示意图，其核心是Fe2+卟啉配合物。Fe2+可以跟O2结合，将氧输送到全身。

【问题驱动】CO分子中也含有C或O原子，它们有孤电子对吗？CO是如何让人中毒的？

【小组辩论】学生基于配位模型分析：CO中的C或O原子有孤电子对，可以竞争性与血红蛋白中的Fe2+配位，且形成的配合物比O2更稳定，一旦结合，血红蛋白就丧失了输氧能力。

【方案设计】如何急救CO中毒患者？学生提出高压氧舱治疗，利用高浓度O2竞争置换出CO，使血红蛋白恢复功能。这体现了化学原理在医学救治中的关键作用【热点】。

3.【难点突破：配位数与空间构型】引导学生观察[Cu(NH3)4]2+的球棍模型，并提出问题：为什么Cu2+的配位数常见为4？这与它的价层电子排布有何关系？为后续杂化轨道理论的学习做铺垫【难点】。

设计意图：通过迁移应用，将刚学到的知识用于解释经典的检验反应和重要的生命科学问题，极大地激发了学生的学习兴趣和成就感。将“结构决定性质，性质决定应用”的化学思想贯穿始终。

（四）任务四：拓展视野，升华认知——配合物的价值与展望

1.【跨学科视野】简要介绍配合物在现代科技中的广泛应用：a.湿法冶金（如用氰化钠溶液提取金，形成[Au(CN)2]-）；b.抗癌药物（如顺铂，Pt(NH3)2Cl2，其结构与DNA作用机制）；c.电镀工业（通过形成配合物获得均匀致密的镀层）。【基础】

2.【课堂小结与反思】引导学生绘制本节的思维导图，内容包括：一个概念（配位键）、一个模型（配合物的组成：中心体、配体、配位数、内外界）、两类应用（检验、生命、材料等）。

3.【素养提升】布置微写作任务：“假如没有配位键，我们的世界会怎样？”鼓励学生运用今日所学，展开想象，畅谈配位键对生命、环境、科技的意义，将学科知识内化为对世界的深刻理解。

六、板书设计（逻辑架构）

（左侧：知识生成区）（右侧：证据与推理区）

一、配位键初探

1.定义：电子对给予-接受键

实例：H3O+、NH4+

2.形成条件：

提供体：有孤电子对

接受体：有空轨道

二、配合物模型

1.实验探究路径：

CuSO4(aq)天蓝色[Cu(H2O)4]2+

1.2.NH3(少量)

→蓝色沉淀Cu(OH)2

2.3.NH3(过量)

→深蓝色溶液[Cu(NH3)4]2+

4.模型构建：

[Cu(NH3)4]SO4

↑内界↑外界

中心离子：Cu2+

配体：NH3(配位原子：N)

配位数：4

5.性质：

[Cu(NH3)4]SO4==[Cu(NH3)4]2++SO42-

三、模型应用

1.离子检验：Fe3++nSCN-==[Fe(SCN)n]3-n

2.生命科学：血红蛋白与CO中毒/急救

3.材料医药：顺铂、电镀

实验现象链→推理分析→模型建构

（宏观）（微观）（符号）

七、教学反思与评价

（一）【重要】“教、学、评”一体化设计

本设计将评价嵌入每一个教学环节。任务一通过学生书写H3O+电子式，评价其对已有知识的掌握程度；任务二中，通过对实验现象的讨论、对配离子组成的推测、对化学方程式的书写，实时诊断学生的思维水平，教师根据反馈及时追问或点拨；任务三中，通过对CO中毒原理的分析，评价学生模型迁移和解决实际问题的能力。

（二）【难点】思维障碍的突破策略

针对“配位键是动态的”这一难点，本设计并未直接讲授，而是通过“Cu(OH)2沉淀在过量氨水中溶解”这一宏观现象，引导学生从“平衡移动”的角度去理解NH