氢键教案

第二章分子结构与性质第三节分子的性质（第3课时）水的变形记——探秘氢键【三维目标】1、知识技能：知道氢键的形成条件、概念、特点以及氢键对水的性质的影响。2、过程与方法：通过研究水分子中氢键的形成过程及氢键强弱对比实验，让学生体会氢键的特点、区别范德华力和化学键。3、情感态度与价值观：培养学生严谨的科学探究精神，让学生体会微粒间的相互作用对物质性质的影响。重难点：氢键的形成以及氢键对物质性质的影响【重难点突破方法】让学生用水分子的模型模拟水分子中氢键的形成过程。利用模型展示、问题分析掌握氢键对水的物理性质的影响。【教学用具】水分子的球棍模型、分组实验相关物品【教学方法】模型演示、生生交流、师生交流、分组实验【教学过程】上课，同学们好！【引入】水是最宝贵的自然资源，也是一切生命活动的开始，没有水就没有生命。你对水的了解多少呢？下面，我们用水做一个小实验：【演示实验】这是一枚一元硬币，我们往硬币上慢慢滴水，请你猜一猜这枚硬币上最多能滴多少滴水而不外溢？验证一下你的猜想吧。一、二、三····哇，好紧张啊！一共滴了五十五滴，你猜对了吗？【提出问题】硬币上为什么滴那么多水而不溢出呢？这是因为水的表面张力的结果，水为什么有如此大的表面张力呢？这主要与水分子存在的一种神奇的作用力有关，那就是—氢键【师】什么是氢键？氢键又是如何形成的呢？试想一个空中的水蒸汽分子，氧原子和每个氢原子共用一对电子，形成两个共价键。由于氧原子的电负性比氢原子大的多，所以，水分子中的共用电子对强烈偏向氧原子，使氢原子几乎成了“裸露”的质子。水分子也像磁铁那样有了两极之分。氧原子一端呈负电性，氢原子一端呈正电性。现在想象温度降低，水从气态变为液态，水分子之间的距离缩短，当这些水分子相互靠近时，情况会怎样呢？一个水分子中呈正电性的H与相邻水分子中的呈负电性的O之间形成的这种特殊的作用力就叫做氢键。【板书】一、氢键的概念由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子，与另一个电负性很大的原子之间的静电作用。表示方法：A—H···B（其中“—”表示极性共价键，“···”表示氢键）【提问】要想形成氢键需要满足哪些条件呢？B通常为电负性大的F、O、N等非金属原子，A、B可以是同种原子，也可以不同。【过渡】从氢键的概念提出后，科学家对它的研究从未间断过，但从来没有真正看到过氢键。2023年11月22日我国科学家在国际上首次直接观察到氢键。【视频】我国科学家率先“看到”神秘氢键【师】现在让我们带着自豪感一起动手让水分子之间的小手拉起来吧。【模型DIY】水分子模型，紫色小棍表示氢键。实验盘中有水分子模型和表示氢键的小棍，充分发挥你们的想象力和小组合作精神。爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”【小组展示】小组派代表展示制作模型。【师】大家的想象力还是很丰富的，模型有空间四面体型，有环状，还有的小组之间合作，做出了笼状的分子模型。但是也有的小组在制作的过程出现了错误，大家可以一起帮他们看看错在哪儿？首先水中氢键必须是此分子中H和彼分子中O之间，千万不能HH相连，更不能OO相连。我们不难发现一个氢原子只能连一个O，这就是氢键的饱和性;其次，氢键具有一定的方向性，即H尽量与O的孤对电子的方向一致，这样以H为中心三原子尽可能在一条直线上。这样使得两个氧原子距离最远，斥力最小，氢键最稳定。【板书】二、氢键的特点饱和性：一个H只能和一个O结合形成氢键方向性：H尽量与O的孤对电子方向一致，即以H为中心的三原子尽可能在一条直线上。水分子之间因氢键而相互“缔合”，形成“缔合分子”，液态水中的氢键断裂的快形成的也快，这也是水具有流动性的原因。此时，温度继续降低至水结冰，氢键的存在就迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。最后形成了四面体空间网状结构。（图片）这一排列使得冰中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。所以，当水结冰时体积反而会膨胀，同时密度变小，浮在水面上。也正是这个原因在寒冷的冬天水总是从表面结冰，而水底的温度不会过低，保护了水底生物。【过渡】至此，我们通过水的气液固三态的变化过程，了解了氢键的形成和特点。我们把氢键称作“键”，它属于化学键吗？氢键的强弱又如何呢？下面通过实验进行对比。【分组实验】氢键的强弱操作：在玻璃片上不同位置分别滴加几滴环己烷和水，观察液滴滴落后形状的差异，和水银开关中的水银相比较。【分析】液滴的形状差异，意味着液体内部微粒之间的作用力不同，内部作用力越大，液滴表面积越小，越趋向球状。环己烷直接摊开说明作用力小，水滴拨动时可以摊开说明也比较弱，但是比环己烷强，水银不论怎样振荡拨动都呈现球形，说明水银中作用力最强。构成环己烷、水、水银的微粒间作用力分别是什么？【结论】范德华力<氢键<化学键尽管人们把氢键也称作“键”，但与化学键相比，氢键属于一种较弱的作用力，比范德华力大，但是比化学键的键能小1~2个数量级，不属于化学键。【过渡】氢键的存在对水的性质会产生哪些影响呢？。接下来我们通过几个问题探讨一下。【问题探究】1、为什么同主族氢化物中H2O的沸点反常的高？【分析】首先给出第四主族氢化物的沸点，发现随相对分子质量增大，沸点升高。原因是什么？对！组成和结构相似的分子，相对分子量越大，范德华力越大，熔沸点越高。再给出第六主族H2SH2SeH2Te的沸点，按照这个规律推测水的沸点应该比硫化氢的低，在-100℃左右，而我们知道水的沸点其实是100℃，比同主族氢化物的都高的多。为什么水的沸点出现了反常呢？正因为水分子间除范德华力外还存在大量氢键（展示冰的模型），使得冰液化或水汽化时除了破坏范德华力外，还必须提高温度，额外提供更多的能量打破氢键，从而使其熔沸点升高。试想如果没有氢键，水的沸点不会出现反常，地球上就不会有液态水，也就不会有生命的诞生。2、为什么氨气、酒精极易溶于水？【析】在氨气和乙醇中存在电负性很大的N、O原子，可以和水形成氢键，增大了他们在水中的溶解度。实际上水是一种良好的溶剂，可以溶解很多无机物和有机物。含-COOH、-OH、-NH2及肽键的很多有机物都能和水形成氢键。氢键的形成同时促进糖类、蛋白质等很多营养物质的吸收。【板书】三、氢键对水的物理性质的影响（1）熔沸点分子间氢键使水的熔沸点升高（2）溶解度溶质和溶剂之间的氢键作用力越大，溶解性越好（3）密度、粘度、比热容、表面张力·······【师】氢键的形成还会影响水的密度、粘度、比热容、表面张力等。有兴趣的同学可以上网查阅相关资料。【师】氢键对生命的影响还远不止这些，生命体中许多大分子的内部也存在氢键。生物遗传密码的DNA双螺旋结构中的两条螺旋链也正是用氢键相互结合的。同时必须遵循的碱基互补配对原则，A只能配T，C只能配G也是由他们之间形成氢键的数目决定的。可以说氢键是关乎人类生命和生活的一种神奇的力量，有人说“没有氢键就没有生命”。也许有一天，我们会再次面对这个小个子元素发出赞叹：“这就是氢的力量！”【我的收获】本节课通过氢键的变形记，气液固三态转变，通过模型模拟感受氢键的形成，实验对比掌握氢键特点，又对水固液气的变化分析的氢键对水的物理性质的影响。了解了氢键的神奇，体会了水的重要性。【作业布置】课本55页4、5、62、查阅资料还有哪些物质中存在氢键？3、有人说“没有氢键就没有生命”。你怎样理解这句话？写一片科普小论文，字数不限。