分子的空間構(gòu)型教學設(shè)計

蘇教版選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》——“分子的空間構(gòu)型”第1課時雜化軌道理論教學設(shè)計南安僑光中學陳榮聰一、教學內(nèi)容分析“雜化軌道理論”是“分子空間構(gòu)型”第1課時的教學內(nèi)容。分子的空間構(gòu)型對分子的許多性質(zhì)起到?jīng)Q定性的影響。但價鍵理論并不能解釋大部分多原子分子的空間構(gòu)型。為了進一步解釋分子空間構(gòu)型的原因，教材在學習了“共價鍵”及“分子間作用力分子晶體”的基礎(chǔ)上，引入了鮑林的雜化軌道理論，是前面專題內(nèi)容的延伸和發(fā)展。該理論較好地解釋了簡單分子的空間構(gòu)型的成因。起點高，落點低。只要求學生掌握一些簡單分子的雜化軌道類型和空間構(gòu)型。符合課程標準對這部分內(nèi)容的要求。二、學情分析知識基礎(chǔ)：通過“共價鍵”內(nèi)容的學習，學生已經(jīng)知道共價鍵的形成與未成對電子數(shù)目和原子軌道的重疊相關(guān)，即具有飽和性和方向性。根據(jù)形成共價鍵的原子軌道重疊方式的不同，可分為σ鍵和π鍵。也知道共價鍵的三個參數(shù)可用于表示共價鍵的性質(zhì)，其中鍵長和鍵角常被用來描述分子的空間構(gòu)型。但學生對具體的分子空間構(gòu)型認識較為粗淺，教學過程中注意把握知識的深廣度顯得特別重要。雖然學生已經(jīng)具備數(shù)學立體幾何的知識，但空間想象力略差，可借助多媒體進行教學，減小學生學習的難度。能力基礎(chǔ):已經(jīng)具備了搜集資料，分析問題，自主探究的能力，同時具備了空間想象能力，這些都是學習本部分內(nèi)容的能力基礎(chǔ)可能遇到障礙:如果對價鍵理論掌握不好，空間想象能力欠缺將會影響到對本部分內(nèi)容的學習。三、設(shè)計思路“分子的空間構(gòu)型”安排課時：“雜化軌道理論”為課時，“價層電子對互斥理論”為1課時。本節(jié)采用“回顧”、“聯(lián)想·質(zhì)疑”、“假設(shè)”、“推理”的教學方式，以“提出問題—合理假設(shè)—推理論證—得出結(jié)論”等環(huán)節(jié)組織教學活動。由“性質(zhì)→結(jié)構(gòu)”（讓學生認識分子結(jié)構(gòu)的“美”）→理論。理論的形成和發(fā)展都有其成因：通過對簡單分子NH3、H2O、CH4、BF3、BeCl2的成鍵情況和分子空間結(jié)構(gòu)的學習，發(fā)現(xiàn)價鍵理論的局限性，引起學生探索新理論的興趣，從而形成雜化軌道理論的基本思想，并認識了sp3、sp2、sp的雜化形式。同時應該對學生進行化學史的教育：認識兩次獲得諾貝爾獎的科學家“鮑林”。下一課時對該理論的其它內(nèi)容作進一步的學習：通過對其它一些簡單分子如乙烯、乙炔、氨氣、水等空間構(gòu)型問題的剖析，完整學習該理論，同時發(fā)現(xiàn)該理論的局限性，引出繼續(xù)學習“價層電子對互斥理論”的必要性，使他們對共價鍵與分子空間構(gòu)型的關(guān)系有更全面了解。四、三維教學目標（知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀）通過對CH4、BF3、BeCl2的分子空間構(gòu)型的分析入手到了解雜化軌道理論的基本思想，認識sp型的雜化形式，逐步培養(yǎng)用雜化軌道知識判斷其它簡單分子中共價鍵的形成原因以及相應的分子空間構(gòu)型的能力。充分認識到科學理論的形成與發(fā)展的同時感受科學家為科學付出的艱辛努力，意識到理論的先進性和局限性，學會辯證地看問題。五、教學重難點：重點：雜化軌道理論的要點難點：對雜化軌道理論的理解；用雜化軌道理論判斷分子的構(gòu)型六、教學方式方法運用“創(chuàng)設(shè)情境→發(fā)現(xiàn)問題→分析問題→有效遷移→運用拓展”的教學模式，采用圖表、比較、討論、分析、歸納、空間想象等科學探究的基本方法。七、教學過程（課時）【引課】（知識回顧：學生活動）1.比較熔沸點大小并說明理由:①CH4、SiH4、GeH4②HF、HCl、HBr、HI2.為什么NH3、CH3CH2OH均易溶于水?【結(jié)論】（學生分析回答后老師總結(jié)）分子的組成和結(jié)構(gòu)對由分子構(gòu)成的物質(zhì)的性質(zhì)（如:熔沸點、水溶性等）起到?jīng)Q定性的影響。（過渡引入對分子結(jié)構(gòu)的學習！）【展示】（形形色色的分子）[從分子空間結(jié)構(gòu)的高度對稱性感受分子結(jié)構(gòu)的“美”！]形形色色的分子在空間的伸展都盡可能的具有高度的對稱性，盡可能使分子的能量最低，分子最穩(wěn)定?！具^渡】分子的結(jié)構(gòu)除了由實驗手段測定外還可以用相關(guān)理論解釋或預測！今天，我們將要學習一個用于解釋某些分子的空間構(gòu)型的理論——雜化軌道理論?！景鍟恳?、雜化軌道理論【問題探究1】（學生活動）請按要求填寫下表：原子價層電子軌道表示式未成對電子數(shù)能形成的共用電子對數(shù)能結(jié)合的H原子數(shù)與H原子形成的簡單分子式實際存在分子的分子式ONCB（與F原子）（與F原子）Be（與Cl原子）（與Cl原子）（學生板演對應原子的價層電子軌道表示式，老師加以點評。）分析：O：→1個O原子和2個H原子形成2對共用電子對→H2ON：→1個N原子和3個H原子形成3對共用電子對→NH3C：→1個C原子和2個H原子形成2對共用電子對→CH2→CH4B：→1個B原子和1個F原子形成1對共用電子對→BF→BF3Be：→沒有未成對電子，不能再形成共用電子對→BeCl2【過渡】價鍵理論很好的解釋了H2O、NH3等分子的組成和成鍵情況，但是卻不能解釋CH4、BF3和BeCl2等分子的組成和成鍵情況?！緦W生討論】為了滿足形成CH4、BF3和BeCl2等分子組成，價層電子應該發(fā)生怎樣的變化？【歸納】仔細審視“C：→CH4、B：→BF3、Be：→BeCl2”這一變化，我們不難發(fā)現(xiàn)：C、B、Be原子的2s軌道上的1對電子必須拆開并且形成2對的共用電子對，才能滿足CH4、BF3、BeCl2分子的組成！【師】為了進一步解釋CH4、BF3和BeCl2等分子的組成、成鍵情況，以及分子的空間構(gòu)型，化學家鮑林提出了雜化軌道理論，對上述問題做了很好的解釋。實驗測定證實：C原子和H原子結(jié)合形成的最簡單分子的分子式是CH4，且空間構(gòu)型為正四面體?！締栴}探究2】（學生活動）那么，雜化軌道理論對CH4分子的組成、成鍵情況，以及分子的空間構(gòu)型是如何解釋的呢？【師】（學生分析的基礎(chǔ)上歸納）CH4：（分析：基態(tài)原子的價層2s軌道上的電子發(fā)生躍遷，進入能量接近的2p軌道，1個2s和3個2p軌道重新組合成4個能量相同的新軌道——sp3雜化軌道）++（分析：4個軌道相互重疊重新分配能量和空間方向：總能量不變，(形成4個C-Hsp3-sσ鍵)但4個sp3雜化軌道能量相同；空間取向指向使分子的能量最低、最穩(wěn)定的正四面體4個頂點。）【延伸】正四面體結(jié)構(gòu)的分子或離子的中心原子，以及某些具有四面體構(gòu)型的原子晶體的原子等，一般都采用sp3雜化軌道形成共價鍵，如金剛石中的C原子，晶體硅、SiO2中的Si原子等也都是采取sp3雜化形成共價鍵的?！具^渡】雜化軌道的類型除了形成四面體的sp3雜化外，還有其它類型。請看下一例題?！締栴}探究3】已知BF3和BeCl2的空間模型如下：直線型和平面正三角形。那么，為了滿足生成BF3和BeCl2的要求，請用軌道表示式表示B、Be原子的價層電子結(jié)構(gòu)的改變。BF3：（分析：基態(tài)原子的價層2s軌道上的電子發(fā)生躍遷，進入能量接近的2p軌道，1個2s和2個2p軌道重新組合成3個能量相同的新軌道——sp2雜化軌道）++3（分析：3個軌道相互重疊重新分配能量和空間方向：（3個B-Fsp2-pσ鍵，鍵角120°）總能量不變，但3個sp2雜化軌道能量相同；空間取向指向使分子的能量最低、最穩(wěn)定的平面正三角形3個頂點。）BeCl2：（分析：基態(tài)原子的價層2s軌道上的電子發(fā)生躍遷，進入能量接近的2p軌道，1個2s和1個2p軌道重新組合成2個能量相同的新軌道——sp雜化軌道）+2+2（分析：2個軌道相互重疊重新分配能量和空間方向：(2個Be-Clsp-pσ鍵，鍵角180°)總能量不變，但2個sp雜化軌道能量相同；空間取向指向使分子的能量最低、最穩(wěn)定的直線型的兩個方向。）【結(jié)論】從雜化軌道理論對CH4、BF3、BeCl2分子空間構(gòu)型的解釋我們不難得出雜化軌道理論的一些內(nèi)容?！景鍟?.雜化：原子內(nèi)部能量相近的原子軌道，在外界條件影響下重新組合的過程叫原子軌道的雜化雜化結(jié)果：重新分配能量和空間方向(指向分子能量最低、最穩(wěn)定的方向)，組成數(shù)目相等成鍵能力更強的原子軌道3.雜化軌道：原子軌道重新組合雜化后形成的一組新軌道4.雜化軌道的類型：sp3雜化、sp2雜化、sp雜化等5.雜化軌道用于形成σ鍵【過渡】從CH4、BF3、BeCl2分子的組成、成鍵情況和分子空間構(gòu)型到雜化軌道理論的提出，我們今天看來是比較簡單的，我們要出生在1931年以前，那么提出這一理論的人應該是我們中的某一位了！那么鮑林何許人也？請大家閱讀課本——化學史話欄目。【學生閱讀】（認識兩次諾貝爾獎得主：鮑林——1954年化學獎及1962年和平獎?。窘Y(jié)語】鮑林的雜化軌道理論還能解釋哪些分子的空間構(gòu)型呢？對于碳原子形成的其它分子如：CH3CH3、C2H4、C2H2等只有單鍵、或含有雙鍵、叁鍵的分子的空間構(gòu)型是如何解釋的呢？它能否解釋NH3、H2O等分子的三角錐型和V型結(jié)構(gòu)呢？下一部分我們將繼續(xù)學習雜化軌道理論對其它分子空間構(gòu)型的解釋。請同學們回去后先預習這一單元的其它內(nèi)容?！究偨Y(jié)】一、雜化軌道理論雜化：原子內(nèi)部能量相近的原子軌道，在外界條件影響下重新組合的過程叫原子軌道的雜化2.雜化軌道：原子軌道重新組合雜化后形成的一組新軌道3.雜化結(jié)果：重新分配能量和空間方向(指向分子能量最低、最穩(wěn)定的方向)，組成數(shù)目等成鍵能力更強的原子軌道4.雜化軌道類型：sp雜化、sp2雜化、sp3雜化等5.雜化軌道用于形成σ鍵【第2課時】課時)【學生活動，問題探究4】已知C2H4、C2H2分子的空間構(gòu)型分別為平面型和直線型，請結(jié)合C原子的價層電子軌道表示式和雜化軌道理論說明C2H4、C2H2分子的成鍵情況。C2H4：（4個C-Hsp2-sσ鍵，1個C-Csp2-sp2σ鍵，1個C-Cp-pπ鍵）C2H2：（2個C-Hsp-sσ鍵，1個C-Csp-spσ鍵，2個C-Cp-pπ鍵）【設(shè)問】從雜化軌道理論對C2H4、C2H2分子空間構(gòu)型和成鍵情況的解釋我們能夠看出σ鍵和π鍵，以及雜化軌道三者之間存在著什么關(guān)系？【板書】5.雜化軌道用以形成σ鍵π鍵與σ鍵所在的平面垂直【過渡】上述微粒的中心原子形成的空間構(gòu)型均有高度的對稱性：sp3雜化——正四面體型、sp2雜化——正三角型，sp雜化——直線型那么，是不是采取sp3雜化的分子的空間構(gòu)型都是正四面體型，而采取sp2雜化的都是正三角型呢？【問題探究5】已知H2O分子為V型，NH3分子為三角錐型，請結(jié)合O、N原子的價層電子軌道表示式推斷中心原子的雜化和分子的成鍵情況。H2O：（H2O分子形成2個O-Hsp3-sσ鍵，2對未成鍵電子對于2個sp3雜化軌道，H-O-H鍵角為°）NH3：（NH3分子形成3個N-Hsp3-sσ鍵，1對未成鍵電子對于1個sp3雜化軌道，H-N-H鍵角為°）【板書】5.雜化軌道用以形成σ鍵和容納未成鍵電子對；π鍵與σ鍵所在的平面垂直【過渡】鮑林的雜化軌道理論的提出成功的解釋了很多分子的空間構(gòu)型和成鍵情況，這正是雜化軌道理論的意義所在。但是大家是否注意到：中心原子同樣采取sp3雜化的CH4、NH3和H2O，鍵角為什么從°到°到°呢？【小結(jié)】雜化軌道理論對于為什么CH4、NH3和H2O的鍵角從°到°，再到°逐漸降低是難以解釋的。為此，我們將繼續(xù)學習另一個能用來預測和解釋分子或離子空間構(gòu)型的理論——價層電子對互斥理論?！景鍟?.優(yōu)缺點：【總結(jié)1】雜化軌道的類型雜化軌道用于形成σ鍵和容納未成鍵電子對sp雜化軌道用于形成σ鍵和容納未成鍵電子對sp3正四面體V型三角錐型π鍵和π鍵和σ鍵所在的平面垂直sp2正三角型平面型spsp直線型直線型【總結(jié)2】雜化軌道理論1.雜化：原子內(nèi)部能量相近的原子軌道，在外界條件影響下重新組合的過程叫原子軌道的雜化2.雜化軌道：原子軌道重新組合雜化后形成的一組新軌道3.雜化結(jié)果：重新分配能量和空間方向(指向分子能量最低、最穩(wěn)定的方向)，組成數(shù)目相等成鍵能力更強的原子軌道4.雜化軌道類型：sp雜化、sp2雜化、sp3雜化等5.雜化軌道用于形成σ鍵和容納未成鍵電子對；π鍵和σ鍵所在的平面垂直6.優(yōu)缺點：蘇教版《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》——分子的空間構(gòu)型雜化軌道理論（學案）1.比較熔沸點大小并說明理由:①CH4、SiH4、GeH4:②HF、HCl、HBr、HI:2.為什么NH3、CH3CH2OH均易溶于水?【結(jié)論】分子的組成和結(jié)構(gòu)對由分子構(gòu)成的物質(zhì)的性質(zhì)（如:熔沸點、水溶性等）起到?jīng)Q定性的影響?！締栴}探究1】請按要求填寫下表：原子價層電子軌道表示式未成對電子數(shù)能形成的共用電子對數(shù)能結(jié)合的H原子數(shù)與H原子形成的簡單分子式實際存在分子的分子式ONCB（與F原子）（與F原子）Be（與Cl原子）（與Cl原子）分析：【問題探究2】雜化軌道理論對CH4分子的組成、成鍵情況，以及分子的空間構(gòu)型是如何而解釋的呢？用價層電子軌道表示式分析C原子的成鍵情況。CH4中C原子價層電子結(jié)構(gòu)的改變：雜化：++為什么雜化軌道的空間取向指向正四面體的4個頂點呢？【問題探究3】已知BF3和BeCl2的空間模型如下：直線型和平面正三角形。那么，為了滿足生成BF3和BeCl2的要求，請用軌道表示式表示B、Be原子的價層電子結(jié)構(gòu)的改變。BF3中B原子價層電子結(jié)構(gòu)的改變：雜化：++3為什么雜化軌道的空間取向指向正三角型的3個頂點呢？(個σ鍵:，鍵角)BeCl2中Be原子價層電子結(jié)構(gòu)的改變：雜化：+2+2(個σ鍵:，鍵角)為什么雜化軌道的空間取向指向直線型的2個方向呢？【雜化軌道理論的內(nèi)容】1.雜化：2.雜化結(jié)果：3.雜化軌道：4.雜化軌道的類型：5.雜化軌道用以：【閱讀】（認識兩次諾貝爾獎得主：鮑林）【問題探究4】已知C2H4、C2H2分子的空間構(gòu)型分別為平面型和直線型，請結(jié)合C原子的價層電子軌道表示式和雜化軌道理論說明C2H4、C2H2分子的成鍵情況。C2H4：價層電子結(jié)構(gòu)的改變：雜化：（雜化軌道用以：，π鍵的特點）C2H2：價層電子結(jié)構(gòu)的改變：雜化：（雜化軌道用以：，π鍵的特點）【問題】從雜化軌道理論對C2H4、C2H2分子空間構(gòu)型和成鍵情況的解釋我們能夠看出σ鍵和π鍵，以及雜化軌道三者之間存在著什么關(guān)系？【問題探究5】已知H2O分子為V型，NH3分子為三角錐型，請結(jié)合O、N原子的價層電子軌道表示式推斷中心原子的雜化和分子的成鍵情況。H2O：O價層電子結(jié)構(gòu)的改變：雜化：（如右圖）（雜化軌道用以：）NH3：N價層電子結(jié)構(gòu)的改變：雜化：（如右圖）（雜化軌道用以：）【總結(jié)1】雜化軌道的類型雜化軌道用于形成σ鍵和容納未成鍵電子對sp雜化軌道用于形成σ鍵和容納未成鍵電子對sp3正四面體V型三角錐型π鍵和π鍵和σ鍵所在的平面垂直sp2正三角型平面型spsp直線型直線型【總結(jié)2】雜化軌道理論雜化：原子內(nèi)部能量相近的原子軌道，在外界條件影響下重新組合的過程叫原子軌道的雜化2.雜化軌道：原子軌道重新組合雜化后形成的一組新軌道3.雜化結(jié)果：重新分配能量和空間方向(指向分子能量最低、最