认识配合物第二课时

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，对其中的原因进⾏了回避。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。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、教学流程环节环节任务活动结论环节一：探究天蓝与深蓝的平衡环节二：探究绿与蓝的平衡黄色的[CuCl4]2-，混合蓝色的[Cu（H2O）4]2+，使溶液显绿色环节三：探究血与氧的平衡生提出假设，并进行实验生小组讨论加硫酸和盐酸得到微粒不同，两者现象不同；盐酸浓度不同，微粒占比不同，所以颜色也不同氯化铜浓溶液为什么呈绿色向硫酸四氨合铜溶液中加硫酸和盐酸现象不一样，盐酸浓度不同，现象也不一样，请解释高压氧舱可以用来快速缓解CO中毒症状的原理？生独立思考提高氧气的浓度，促进平衡向血红蛋白结合氧的方向移动[Cu（H2O）4]2+如何转变为[Cu（NH3）4]2+生听师演示实验讲解内界离子可以电离，配位平衡移动[Cu（NH3）4]2+能不能转化为[Cu（H2O）4]2+生设计实验并进行实验验证与预期现象矛盾如果想看到天蓝色溶液，怎么改进实验加硫酸和盐酸进行实验加硫酸与预期现象吻合，加盐酸与预期现象矛盾八、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(NH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）