高中化学选择性必修2《配合物与超分子》第二课时教学设计

高中化学选择性必修2《配合物与超分子》第二课时教学设计【教材与学情分析】本课选自人教版化学选择性必修2《物质结构与性质》第三章第四节第二课时，承接第一课时配位键与配合物的基本概念，教学重心转向配合物的内界与外界、配位数的确定、配合物的性质与应用，并初步认识超分子这一前沿概念。学生已经掌握了配位键的形成条件、孤电子对与空轨道的含义，能够书写简单配离子的结构，但对"内界难电离、外界易电离"的本质理解不深，容易把配位化合物当作普通离子化合物处理。教学中应以实验事实为支点，引导学生在证据与推理的往复中建立"结构决定性质"的学科观念。【教学目标】1.通过硫酸四氨合铜(Ⅱ)与氯化钴溶液的系列实验，认识配合物内界与外界的划分依据，能用电离行为和离子检验证据加以说明。2.能依据化学式判断中心离子、配体、配位数，书写配离子的电离方程式。3.通过超分子的实例（如DNA碱基配对、杯芳烃识别、冠醚络合金属离子），初步理解"分子识别"和"自组装"思想，体会配位化学在生命科学、材料科学、环境治理中的价值。4.在探究活动中经历"提出问题—设计实验—收集证据—得出结论"的完整过程，发展证据推理与模型认知的核心素养。【教学重点与难点】重点：配合物内界与外界的判断；配位数与配离子电荷的确定。难点：由电离行为反推配位结构；超分子"分子识别"概念的形成。【教学方法】实验探究法、问题链驱动法、小组合作学习法、模型建构法。【课前准备】教师准备：[Cu(NH₃)₄]SO₄溶液、NaOH溶液、BaCl₂溶液、稀盐酸、无水乙醇、试管、胶头滴管、酒精灯；多媒体课件；磁性配合物结构模型一套。学生准备：复习配位键概念，预习教材本节内容，完成导学案"课前·自主学习"部分。【教学过程】一、情境导入：一枚蓝色晶体的"身世之谜"教师展示课前自制的深蓝色晶体[Cu(NH₃)₄]SO₄·H₂O，请学生观察并描述外观。随后抛出本课的核心问题链：这枚晶体中，Cu²⁺、NH₃、SO₄²⁻三者是以什么方式结合在一起的？如果把晶体溶于水，溶液中存在哪些微粒？怎样用实验检验你的猜想？学生基于上节课所学，能初步说出Cu²⁺与NH₃形成配位键，但对SO₄²⁻处于"内界还是外界"存在分歧。教师不急于评判，而是把学生分成两组观点："硫酸根在内界"与"硫酸根在外界"，宣布本课任务：用实验证据为各自的观点辩护，最终形成科学结论。设计意图：以真实可触的晶体创设认知冲突，把"内界与外界"这一抽象概念转化为需要亲自动手裁决的问题，让学习真实发生。二、探究活动一：检验溶液中的硫酸根学生分组实验：向硫酸四氨合铜(Ⅱ)溶液中滴加BaCl₂溶液。现象：产生白色沉淀，且不溶于稀盐酸。结论：溶液中存在自由移动的SO₄²⁻离子，说明SO₄²⁻位于外界，电离方程式为[Cu(NH₃)₄]SO₄═[Cu(NH₃)₄]²⁺＋SO₄²⁻。教师追问：沉淀产生很快、很完全，说明了什么？学生：说明配合物在水中电离时，外界离子几乎全部进入溶液，外界与内界之间是离子键，电离完全。三、探究活动二：检验溶液中的铜离子学生继续实验：向硫酸四氨合铜(Ⅱ)溶液中滴加少量NaOH溶液。现象：无蓝色Cu(OH)₂沉淀生成（或极难生成）。追问：若这是普通的CuSO₄溶液，滴加NaOH会立刻出现蓝色沉淀。同样的铜离子，为何行为迥异？学生推理：铜离子被氨分子"包围"，以[Cu(NH₃)₄]²⁺配离子的形式整体存在，内界是难电离的结构单元，溶液中自由Cu²⁺浓度极低。教师点拨：内外有别——外界离子"自由散漫"，可以检验、可以沉淀；内界结构"铁板一块"，作为一个整体参与反应。这正是配合物区别于复盐（如明矾KAl(SO₄)₂）的关键所在。明矾溶于水电离出K⁺、Al³⁺、SO₄²⁻，三种离子彼此独立；而配合物中的内界离子是一个不可分割的整体。学生完成对比表格：MgSO₄、KAl(SO₄)₂、[Cu(NH₃)₄]SO₄三种物质溶液中存在的微粒、加NaOH的现象。设计意图：用两组对比实验建立"电离行为—结构解释"的推理链条，学生在证据面前自主否定错误观点，比教师直接告知结论更具说服力。四、探究活动三：改变配体，颜色变化——[CoCl₄]²⁻与[Co(H₂O)₆]²⁺相互转化教师演示或投影实验：向CoCl₂浓溶液中逐滴加水稀释，颜色由蓝变红；加热或加浓盐酸，颜色又由红转蓝。问题链：颜色变化的本质是什么？——配合物的组成发生了改变。写出两种配离子的化学式：[CoCl₄]²⁻（蓝）、[Co(H₂O)₆]²⁺（粉红）。升高温度颜色变蓝，说明配体交换反应是可逆的，体现了化学平衡的思想。教师小结：配体并不是"终身绑定"的。配位键是一种有"弹性"的化学键，配体的种类、浓度、温度都会影响配合物的存在形式。这为我们理解血红蛋白运输氧气埋下伏笔。五、知识建构：配合物的组成要素与命名规则学生自主阅读教材，结合磁性模型，归纳配合物的组成框架：中心原子（离子）：提供空轨道，多为过渡金属离子，如Cu²⁺、Ag⁺、Fe³⁺、Co³⁺。配体：提供孤电子对的分子或离子，如NH₃、H₂O、Cl⁻、CN⁻、CO。配位数：直接与中心原子结合的配位原子的数目，常见为2、4、6。配离子电荷＝中心离子电荷与配体电荷的代数和。课堂即时训练（学生独立完成，同桌互评）：1.[Ag(NH₃)₂]⁺中，中心离子是___，配体是___，配位数是___。2.判断[Co(NH₃)₄Cl₂]Cl中配离子的电荷与配位数。3.写出Na₃[Fe(CN)₆]的电离方程式，并说明内界内部的Fe³⁺与CN⁻之间是何种化学键。4.思考：已知某Pt(Ⅱ)配合物Pt(NH₃)₂Cl₂中两个Cl处于内界还是外界？如何通过AgNO₃实验测定？教师讲评时强调解题程序：一看外界电离出的离子，二定配离子整体电荷，三数配位原子个数。同时指出配位数取决于中心离子的电子层结构和半径大小，与化合价无必然对应关系，纠正"配位数＝化合价"的常见误解。六、拓展提升：走进超分子的世界教师过渡：如果说配位键让原子与分子组建了一个"小家庭"（配合物），那么当分子与分子之间依靠弱相互作用有序地组织起来，就构成了一个更宏大的"社会"——超分子。概念建构：投影教材图例，师生共同提炼定义——超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用（氢键、静电作用、范德华力、配位作用等）形成的分子聚集体。"超分子化学之父"莱恩因此获得1987年诺贝尔化学奖。实例剖析一：DNA双螺旋。两条链上的碱基依靠氢键精准配对：A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。这种"只认伙伴、绝不乱配"的特性叫作分子识别。实例剖析二：杯酚与C₆₀的分离。利用杯酚对C₆₀的包合作用，可将C₆₀从混合物中"捞出来"，如同为一类客人准备了尺寸正好的房间，体现主—客体化学思想。实例剖析三：冠醚识别碱金属离子。18冠6的孔径恰好与K⁺大小匹配，可把K⁺"请"进空腔，而不能容纳更大的Cs⁺或更小的Li⁺（不匹配）。学生讨论：超分子与我们学过的分子晶体有何不同？二者的相互作用力谁更强？教师点拨：分子晶体如干冰中分子间是无序堆垛，超分子的分子间作用虽弱，却因多点协同与几何互补而表现出高度的方向性和选择性，这就是"自组装"的魅力。七、学以致用：配合物与超分子改变生活情境一：照相定影。未曝光的AgBr与硫代硫酸钠反应生成可溶性的[Ag(S₂O₃)₂]³⁻，使底片上的影像固定下来。情境二：检验水质。水中Fe³⁺的鉴定可用SCN⁻，生成血红色[Fe(SCN)]²⁺。情境三：医疗前沿。顺铂Pt(NH₃)₂Cl₂是经典抗癌药物，顺式异构体有疗效而反式无效，说明配合物的空间构型直接影响生理活性。情境四：环境治理。新型超分子材料可对废水中的重金属离子选择性"抓取"，实现靶向回收利用。小组任务：任选一例，说明"结构（内界组成或空间构型）—性质—用途"三者之间的逻辑关系，绘制一张思维导图并在班内展示。八、课堂小结（师生共同完成）一条主线：配位键→配离子（内界）＋外界→配合物→分子间协同→超分子。两种视角：微观结构决定宏观性质；实验证据检验结构推断。三组概念辨析：内界与外界、配位数与化合价、配合物与复盐。一种思想：分子识别与自组装，实现"分子层面的精准操控"。九、课堂检测（当堂完成，限时8分钟）1.关于[Cu(NH₃)₄]SO₄，下列叙述正确的是____。A.该配合物的配位数为5B.向溶液中加BaCl₂无现象C.向溶液中加NaOH难生成Cu(OH)₂沉淀D.内界中的Cu²⁺可用FeS检验2.配离子[Fe(CN)₆]⁴⁻的中心离子化合价为___，配位数为___，配位原子是___。3.CoCl₃·4NH₃（绿色）与CoCl₃·4NH₃（紫色）的1mol样品分别与足量AgNO₃反应，前者产生1molAgCl，后者产生2molAgCl。写出二者的化学式，并分别指明内界和外界。4.C₆₀之所以能装入杯酚之中，是因为两者之间存在______（填"共价键"或"分子间作用力"及"分子识别"）。答案与讲评要点：第1题选C，注意D选项中S²⁻无法与牢固的内界Cu²⁺接触；第2题注意配位原子是C而非N；第3题答案为[Co(NH₃)₄Cl₂]Cl和[Co(NH₃)₄Cl]Cl₂，训练"外界氯的数目由AgCl的物质的量反推"的定量化思路，这是对教学重点的刚性检测。十、作业设计（分层布置）基础层：教材习题第4、5、7题；整理本节课配合物与复盐的对比表格。提高层：已知Ag⁺可与NH₃·H₂O反应先生成AgOH沉淀、再溶解生成[Ag(NH₃)₂]⁺。写出两步反应的离子方程式，并解释"先沉淀后溶解"的反应本质。拓展层：查阅资料，了解"锌指蛋白识别DNA序列"或"超分子催化剂"的研究进展，撰写200字左右的科普小短文，下节课课前两分钟展示。【板书设计】左侧主板：配合物的组成（中心离子空心方框＋包围的配体图示，标注内界；SO₄²⁻画在方框之外标注外界）；右侧副板：电离方程式两组、[CoCl₄]²⁻与[Co(H₂O)₆]²⁺的颜色转化示意；下沿横贯整板：配合物→超分子（氢键、分子识别、自组装）的递进箭头。【教学反