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电子构型
第二节  分子的立体构型说课
一、教学大纲和考纲:
教学大纲:
认识共价分子结构的多样性和复杂性;能根据价层电子对互斥理论和杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型;能说明简单配合物的成键情况。
考纲:
了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp,sp2,sp3)。
能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。

二、教材的地位和作用:
本节内容选自选修三《物质结构和性质》第二章《分子结构和性质》。本章第一节介绍了共价键的主要类型(σ键和π键)和特征,三个键参数:键能、键长和键角等知识。
在此基础上,本节内容介绍了分子的立体构型,本节首先介绍了形形色色的分子并配有立体结构模型图,并设问过渡:为什么这些分子有如此的空间结构。接着介绍了利用价层电子对互斥理论来判断简单分子或离子的简单构型,并对简单共价分子结构的多样性和复杂性进行了解释,还设计了“思考与交流”,让学生自主的去理解和运用这个理论。并初步介绍了配位键、配位化合物的概念,在本章中,起到了承上启下的作用。
本节是第二章《分子结构与性质》的关键,体现了课标中所要求的四个主题中“化学键与物质的性质”这个主题。通过本节的学习,使学生进一步形成有关物质结构的基本观念,初步认识物质的结构与性质之间的关系;能从物质结构决定性质的视角解释一些化学现象,预测物质的有关性质,逐步形成科学的价值观,为分子的性质学习奠定了基础。

三、学生分析:
选修三《物质的结构和性质》物质的结构知识涉及微观世界,抽象,理论性强,学习难度大。学习的理念方法都很欠缺;这部分知识的学习要求有很强的学习能力和理解能力等。

学生虽具有一定的理性思维能力,但抽象思维能力较弱,还是易于接受感性认识。因此,本节课的教学起点低,并充分利用现代化教学手段,进行多媒体辅助教学,以求突出重点、突破难点。
四、教学目标:
知识与技能:


1、认识共价分子的多样性和复杂性,能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构。


2、认识杂化轨道理论的要点,能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型,进一步了解有机化合物中碳的成键特征。


3、了解配位键、配位化合物的概念和配位键、配位化合物的表示方法。
过程与方法:


1、采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学


2、培养学生分析、归纳、综合的能力
情感态度与价值观:
培养学生严谨认真的科学态度和空间想象能力。
五、教学建议:


1、通过用分类对比的方法,对CO2和H2O、NH3和CH2O等
1:2和
1:3型分子立体构型进行分析,可以得出一下认识:具有相同组成的分子其空间构型却不相同,明确中学引入价层电子对互斥模型是为了让学生跟好的理解和判断分子的立体结构,而不是理论的系统介绍和研究。


2、介绍杂化轨道理论时,可以从甲烷分子中碳原子的价电子构型2s22p2及3个2p轨道相互垂直,对照甲烷分子正四面体结构,引出问题:如何解释甲烷正四面体立体构型。从而引入杂化轨道理论,明确杂化轨道理论是用来解释分子的立体结构的。


3、介绍配合物理论时,通过观察CuSO

4、CuCl、CuBr2等固体及其水溶液颜色的实验,分析得知天蓝色物质-----四水合铜离子,探究其结构,由孤电子对和空轨道形成的配位键,引出配位键和配合物的概念,再通过形成[Cu(NH3)4]2+和[Fe(SCN)]2+的实验,进一步介绍简单配合物及其成键情况、表示方法。

六、教学重难点:
教学重点:分子的立体构型、价层电子对互斥理论、杂化轨道理论和配位键。
教学难点:分子的立体构型、价层电子对互斥理论、杂化轨道理论。

七、课时安排:3课时
第一课时:形形色色的分子、价层电子对互斥理论
第二课时:杂化轨道理论简介
第三课时:配合物理论简介
七、习题处理:
课后练习:
第1题是利用价层电子对互斥理论来判断分子的空间构型的归纳表格,题目比较基础。第

2、3题分别是利用杂化轨道来解释一些有机分子的成键特点,要求学生能理解并描述杂化轨道理论在解释分子结构上的应用。第

4、5题是用配位键的形成特点及配合物的性质来解释一些化学现象,这些内容都可以在每课时结束后作为例题来讲。

资料练习:
资料练习更注重一些知识细节,比如什么样的原子轨道才能发生杂化。

资料练习更注重对知识的应用和分析。
资料练习更注重对知识的综合考察。

八、教学过程:
第一课时
[问题引入]

1、利用几何知识分析一下,空间分布的两个点是否一定在同一直线。
迁移:两个原子构成的分子,将这2个原子看成两个点,则它们在空间上可能构成几种形状。分别是什么。


2、利用几何知识分析一下,空间分布的三个点是否一定在同一直线上。
迁移:三个原子构成的分子,将这3个原子看成三个点,则它们在空间上可能构成几种形状。
分别是什么。

[师]在多原子构成的分子中,由于原子间排列的空间顺序不一样,使得分子有不同的结构,这就是所谓的分子的立体构型。
[板书]第二节  分子的立体构型
[投影]形形色色的分子
[师] 同为三原子分子,CO2 和 H2O 分子的空间结构却不同,同为四原子分子,CH2O与 NH3 分子的的空间结构也不同,这是为什么呢。为了探究其原因,在此基础上发展了很多结构理论,有一种十分简单的理论叫做价层电子对互斥理论,这种简单的理论可用来预测分子的立体构型。
[板书]一、价层电子对互斥理论
[讲]理论要点:对ABn型的分子或离子,中心原子A价层电子对(包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对)之间由于存在排斥力,将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型,以使彼此之间斥力最小,分子体系能量最低,最稳定。
[师]如何利用价层电子对互斥理论来预测分子的立体构型呢。
[讲述并板书]利用价层电子对预测分子立体构型的方法:


1、计算价层电子对数(σ键电子对和未成键的孤对电子对)
价层电子对数=σ键电子对数+未成键的孤对电子对数
σ键电子对数 =与中心原子结合的原子数
中心原子上的孤电子对数  =½(a-xb)
[讲] a:对于原子:为中心原子的最外层电子数
对于阳离子:为中心原子的最外层电子数减去离子的电荷数
对于阴离子:为中心原子 的最外层电子数加上离子的电荷数)
x为与中心原子结合的原子数
b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(H为1,其他原子为“8-该原子的最外层电子数”)
[思考与交流]

1、以S和P为例,说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它的价电子数。


2、以N和Cl为例,说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它最多能接受的电子数
[投影]一些微粒的孤电子对的计算:
分子或离子
中心原子
a
x
b
中心原子上的孤电子对数
H2O
O
6
1
2
2
SO2
S
6
2
2
1
NH4+
N
5-1=4
4
1
0
CO32-
C
4=2=6
3
2
0


2、确定价层电子对的空间构型
[讲]由于价层电子对(包括成键σ键电子对和未成键的孤对电子对)之间的斥力作用,将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型,以使彼此之间斥力最小,分子体系能量最低,最稳定。这种构型是含有孤电子对的VSEPR模型。
[投影]

价层电子对数
2
3
4
空间构型
直线形
平面三角形
正四面体形


3、确定分子空间构型
[讲]中心原子的孤对电子也要占据中心原子的空间,并与成键电子对互相排斥。推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对。
[例]H2O和NH3的中心原子上分别有2对和1对孤电子对,加上中心原子上的σ键电子对,它们的中心原子上的价层电子对数都是4,这些价层电子相互排斥,形成四面体形的VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对,便得到了H2O的立体构型为V形,NH3的立体构型为三角锥形。

[思考与交流]确定BF

3、NH4+、SO32-的VSEPR模型和它们的立体结构。
[投影]根据价层电子对互斥理论对几种分子或离子的立体构型的推测:


第2课时
[问题引入]

1、根据碳原子的价电子排布式2s22p2,思考为什么C与H形成化合物的分子式是CH4而不是CH2。



2、由碳原子和氢原子的价电子排布图,按照我们已经学过的价键理论,甲烷的4个C—H单键都应该是σ键,然而,碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p 轨道和1个球形的2s轨道,用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠,不可能得到四面体构型的甲烷分子,但甲烷确实是正四面体的空间构型,这又该如何解释呢。

[师]为了解释这一问题,鲍林提出了杂化轨道理论。

[板书]二、杂化轨道理论简介:


1、杂化的概念:在形成多原子分子的过程中,中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合,形成一组新的轨道,这个过程叫做轨道的杂化,产生的新轨道叫杂化轨道。
[例]当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时,碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂,混杂时保持轨道总数不变,却得到4个相同的轨道,夹角109°28′,称为sp3杂化轨道,表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。为了四个杂化轨道在空间尽可能远离,使轨道间的排斥最小,4个杂化轨道的伸展方向成正四面体形当碳原子跟4个氢原子结合时,碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的ls轨道重叠,形成4个C—Hσ键,因此呈正四面体的分子构型。
[投影]

[讲]杂化轨道理论认为:在形成分子时,通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程。但应注意,原子轨道的杂化,只有在形成分子的过程中才会发生,而孤立的原子是不可能发生杂化的。
同时只有能量相近的原子轨道才能发生杂化,而1s轨道与2p轨道由于能量相差较大,它是不能发生杂化的。
[板书]

2、杂化轨道的类型:
(1) sp3杂化:1个s轨道和3个p轨道会发生混杂,得到4个相同的轨道,夹角109°28′,称为sp3杂化轨道。空间结构:正四面体形
[投影] sp3杂化轨道的形成过程:


[讲]价层电子对互斥模型时我们知道,H2O和NH3的VSEPR模型跟甲烷分子一样,也是四面体形的,因此它们的中心原子也是采取sp3杂化的。
所不同的是,水分子的氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的,而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据。
(2) sp2杂化:由一个 s 轨道与两个 p轨道进行杂化而得。sp2 杂化轨道间的夹角是120°,分子的几何构型为平面三角形。
[投影] sp2杂化轨道的形成过程:

[讲]应当注意的是,杂化过程中还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。

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