d第二章第二节分子的立体构型.docx
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d第二章第二节分子的立体构型
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CuSO4、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BF3、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。
[讲]乙烯分子中的碳原子的原子轨道采用sp2杂化。
其中两个碳原子间各用一个sp2杂化轨道形成σ键，用两个sp2杂化轨道与氢原子形成σ键，两个碳原子各用一个未参加杂化的2p原子轨道形成π键。
（3）sp杂化：
由1个s轨道和1个p轨道杂化而得，夹角为180°的直线形杂化轨道。
[投影]sp杂化轨道的形成过程：
[讲]因为杂化轨道只能用于容纳σ键或用来容纳孤电子对，故有杂化轨道数=中心原子价层电子对数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数
[板书]3、杂化类型的判断方法：
先确定分子或离子的VSEPR模型，然后就可以比较方便地确定中心原子的杂化轨道类型。
[思考与交流]确定BF3和H3O+的中心原子的杂化轨道类型。
[投影]杂化类型判断：
A的价电子数
2
3
4
A的杂化轨道数
2
3
4
杂化类型
sp
sp2
sp3
A的价电子空间构型
直线形
平面三角形
正四面体形
A的杂化轨道空间构型
直线形
平面三角形
正四面体形
ABm型分子或离子空间构型
直线形
平面三角形、V形
正四面体形、三角锥形、V形
第3课时
[引入]我们在了解了价层电子互斥理论和杂化轨道理论后，我们再来学习一类特殊的化合物：
配合物
[板书]三、配合物理论简介
[实验2-1]将表中的少量固体溶于足量的水，观察实验现象并填写表格。
固体
CuSO4
白色
CuCl2·2H2O
绿色
CuBr2
深褐色
NaCl
白色
K2SO4
白色
KBr
白色
哪些溶液呈天蓝色
天蓝色
天蓝色
天蓝色
无色
无色
无色
实验说明什么离子呈天蓝色，什么离子没有颜色
可知Na＋、K＋、Cl-、Br-、SO42-等离子无色。
而Cu2＋在水溶液中有颜色
[讲]上述实验中呈天蓝色的物质是水合铜离子，可表示为[Cu（H2O）4]2＋，叫做四水合铜离子。
在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键是由水分子提供孤电子对给予铜离子，铜离子接受水分子的孤电子对形成的，这类“电子对给予—接受键”被称为配位键。
[板书]1、配位键
（1）定义：
“电子对给予—接受键”被称为配位键。
一方提供孤电子对；一方有空轨道，接受孤电子对。
如：
[Cu（H2O）4]2＋、NH4＋中存在配位键。
[讲]配位键是一种特殊的共价键，但形成配位键的共用电子对由一方提供而不是由双方共同提供的。
[板书]
（2）成键条件：
形成配位键的一方是能够提供孤电子对的原子，另一方是具有能够接受孤电子对的空轨道原子。
（3）配位键的表示方法：
A→B（表明共用电子对由A原子提供而形成配位键）
[讲]存在配位键的物质有很多，比如我们常见的NH4＋、H3O＋、Fe（SCN）3、血红蛋白等等。
通常把金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。
[板书]2、配合物
（1）定义：
通常把金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物。
[讲]已知配合物的品种超过数百万，是一个庞大的化合物家族。
[板书]
（2）配合物的组成
中心原子：
配合物的中心原子一般都是带正电的阳离子，过渡金属离子最常见。
配位体：
可以是阴离子，也可以是中性分子，配位体中直接同中心原子配合的原子叫配位原子，配位原子必须是含有孤电子对的原子。
配位数：
直接同中心原子配位的原子的数目叫中心原子的配位数。
配离子的电荷数：
配离子的电荷数等于中心离子和配位体的总电荷数的代数和。
[讲]如：
[Co（NH3）5Cl]Cl2这种配合物，其配位体有两种：
NH3、Cl-，配位数为5+1=6。
中心原子为Co2+，配离子电荷数为2，[Co（NH3）5Cl]2+是配合物的内界，Cl-是配合物的外界离子。
[过渡]配合物是怎么形成的呢？
[实验2－2]向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解，得到深蓝色的透明溶液；若加入极性较小的溶剂（如乙醇），将析出深蓝色的晶体。
[实验2-3]向盛有氯化铁溶液（或任何含Fe3＋的溶液）的试管中滴加1滴硫氰化钾（KSCN）溶液，观察到试管里溶液的颜色跟血液极为相似，这种颜色是三价铁离子跟硫氰酸根（SCN-）离子形成的配离子。
利用该离子的颜色，可鉴定溶液中存在Fe3＋
[板书]（3）配合物的形成：
Cu2＋+2NH3·H2O=Cu（OH）2↓+2NH4＋
Cu（OH）2+4NH3·H2O=[Cu（NH3）4]2＋+2OH－+4H2O
[Cu（NH3）4]2＋深蓝色
[讲]在[Cu（NH3）4]2＋里，NH3分子的氮原子给出孤对电子对，Cu2＋接受电子对，以配位键形成了[Cu（NH3）4]2＋
[板书]（4）配合物的性质
I、配合物溶于水后难电离
[讲]配合物溶于水易电离为内界配离子和外界离子，而内界的配体离子和分子通常不能电离。
[讲]配位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的很不稳定。
许多过渡金属离子对多种配体具有很强的结合力，是因为过渡金属原子或离子都有接受孤对电子的空轨道，对多种配体具有较强的结合力，因而，过渡金属配合物远比主族金属配合物多。
[板书]II、配位键越强，配合物越稳定。
[投影]科学视野：
已知的配合物种类繁多，新的配合物由于纷繁复杂的有机物配体而层出不穷，使得无机化合物的品种迅速增长。
叶绿素、血红素和维生素B12都是配合物，它们的配体大同小异，是一种称为卟啉的大环有机物，而中心离子分别是镁离子、亚铁离子和钴离子。
图2—25是叶绿素的结构示意图（可让学生分析其中的配位键）：
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