高中化学 22 分子的立体结构教案 新人教版选修3.docx
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高中化学22分子的立体结构教案新人教版选修3
分子的立体结构
一、教材分析
在第二节“分子的立体结构”中，首先按分子中所含的原子数直间给出了三原子、四原子和五原子分子的立体结构，并配有立体结构模型图。
为什么这些分子具有如此的立体结构呢？
教科书在本节安排了“价层电子对互斥模型”和“杂化轨道理论”来判断简单分子和离子的立体结构。
在介绍这两个理论时要求比较低，文字叙述比较简洁并配有图示。
还设计了“思考与交流”、“科学探究”等内容让学生自主去理解和运用这两个理论。
第1课时
一、三维目标
1、知识与技能
认识共价分子的多样性和复杂性；初步认识价层电子对互斥模型；能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构
2、过程与方法
复习化学键的概念，能用电子式表示常见物质的离子键或共价键的形成过程
3、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
二、教学重点
分子的立体结构；利用价层电子对互斥模型预测分子的立体结构
三、教学难点
价层电子对互斥理论
四、教学策略
首先按分子中所含的原子数直间给出了三原子、四原子和五原子分子的立体结构，并配有立体结构模型图。
为什么这些分子具有如此的立体结构呢？
教科书在本节安排了“价层电子对互斥模型”和“杂化轨道理论”来判断简单分子和离子的立体结构。
在介绍这两个理论时要求比较低，文字叙述比较简洁并配有图示。
还设计了“思考与交流”、“科学探究”等内容让学生自主去理解和运用这两个理论。
五、教学准备
多媒体、黑板、教材、学案
六、教学环节
1、课堂导入
[复习]共价键的三个参数。
[过渡]我们知道许多分子都具有一定的空间结构，如：
„„，是什么原因导致了分子的空间结构不同，与共价键的三个参数有什么关系？
我们开始研究分子的立体结构。
2、课堂讲授
[板书]第二节 分子的立体结构 一、形形色色的分子
[讲]大多数分子是由两个以上原子构成的，于是就有了分子中的原子的空间关系问题，这就是所谓“分子的立体结构”。
例如，三原子分子的立体结构有直线形和V形两种。
如C02分子呈直线形，而H20分子呈V形，两个H—O键的键角为105°。
[投影]
[板书]1、三原子分子立体结构：
有直线形C02、CS2等，V形如H2O、S02等。
[讲]大多数四原子分子采取平面三角形和三角锥形两种立体结构。
例如，甲醛（CH20）分子呈平面三角形，键角约120°；氨分子呈三角锥形，键角107°。
[投影]
[板书]2、四原子分子立体结构：
平面三角形：
如甲醛（CH20）分子等，三角锥形：
如氨分子等。
[讲]五原子分子的可能立体结构更多，最常见的是正四面体形，如甲烷分子的立体结构是正四面体形，键角为109°28。
投影]
[板书]3、五原子分子立体结构：
正四面体形如甲烷、P4等。
[讲]分子世界是如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收,常使人流连忘返.分子的立体结构与其稳定性有关。
例如，S8分子像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式稳定。
[投影]
[设问]分子的空间结构我们看不见，那么科学家是怎样测定的呢？
［投影］
[阅读]科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？
肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分子的形状的呢?
早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，红外光谱就是其中的一种。
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。
所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。
当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。
通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。
［讲］分子中原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。
所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。
当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。
通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，结合这些信息，可分析出分子的立体结构。
[板书]4、测分子体结构：
红外光谱仪→吸收峰→分析。
[过渡]C02和H20都是三原子分子，为什么CO2呈直线形而H20呈V形?
CH20和NH3都是四原子分子，为什么CH20呈平面三角形而NH3呈三角锥形?
为了探究其原因，发展了许多结构理论。
[板书]二、价层电子对互斥模型
［讲］在1940年，希吉维克（Sidgwick）和坡维尔（Powell）在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。
这种理论模型后经吉列斯比（R.J,Gillespie）和尼霍尔姆（Nyholm）在20世纪50年代加以发展，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR（ValenceShellElectronPairRepulsion）。
［板书］1、价层电子互斥模型
［讲］分子的空间构型与成键原子的价电子有关。
价层电子对互斥模型可以用来预测分子的立体结构。
［讲］应用这种理论模型，分子中的价电子对（包括成键电子对和孤电子对），由于相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。
［问］价电子对间的斥力又是怎么样的呢？
［投影小结］价电子对之间的斥力
1、电子对之间的夹角越小，排斥力越大。
2、由于成键电子对受两个原子核的吸引，所以电子云比较紧缩，而孤对电子只受到中心原子的吸引，电子云比较“肥大”，对邻近电子对的斥力较大，所以电子对之间的斥力大小顺序如下：
孤电子对—孤电子对>孤电子对—成键电子>成键电子—成键电子
3、由于三键、双键比单键包含的电子数多，所以其斥力大小次序为三键>双键>单键
[讲]价层电子对互斥模型认为，它们之所以有这样的立体结构是由于分子中的价电子对相互排斥的结果。
[板书]2、价层电子对互斥理论：
对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对（包括用于形成共价键的共用电子对和没有成键的孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低。
[讲]这种模型把分子分成以下两大类：
一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，如C02、CH20、CH4等分子中的碳原子，在这类分子中，由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离，成键原子的几何构型总是采取电子对排斥最小的那种结构。
它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下：
[板书]3、价层电子对互斥模型：
（1）、中心原子上的价电子都用于形成共价键：
分子中的价电子对相互排斥的结果
ABn
立体结构
范例
n=2
直线型
C02、BeCl2
n=3
平面三角形
CH20、BF3
n=4
正四面体型
CH4、CCl4
n=5
三角双锥形
PCl5
n=6
正八面体形
SF6
［投影］
[讲]另一类是中心原子上有孤对电子（未用于形成共价键的电子对）的分子，如H2O和NH3，对于这类分子，首先建立四面体模型，每个键占据一个方向（多重键只占据一个方向），孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。
例如，H20和NH3的中心原子上分别有2对和l对孤对电子，跟中心原子周围的σ键加起来都是4，它们相互排斥，形成四面体，因而H：
O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。
[投影]
[板书]
（2）、中心原子上有孤对电子：
孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，使分子的空间结构发生变化。
[思考与交流]用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构。
[汇报]
直线型价电子都用于成键，同CO2；
空间正四面体；
三角锥型；
V型；
空间正三角型。
［讲］利用价层电子对互斥理论时，首先要根据原子的最外层电子数，判断中心原子上有没有孤对电子，然后再根据中心原子结合的原子的数目，就可以判断分子的空间构型
［板书］4、价层电子对互斥理论的应用
［讲］推断分子或离子的空间构型的具体步骤
［板书］
（1）确定中心原子A价层电子对数目
［讲］中心原子A的价电子数与配体X提供共用的电子数之和的一半，即中心原子A价层电子对数目。
计算时应注意：
［投影小结］
（1）氧族元素原子作为配位原子时，可认为不提供电子，但作为中心原子时可认为它所提供所有的6个价电子
（2）如果讨论的是离子，则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。
如PO43-中P原子价层电子数就加上3，而NH4＋中N原子的价层电子数应减去1
（3）如果价层电子数出现奇数电子，可把这个单电子当作电子对来看待
［板书］
（2）价电子对数计算方法
［讲］对于ABm型分子（A为中心原子，B为配位原子），分子的价电子对数可以通过下式确定
［投影］
n=
［板书］（3）确定价层电子对的空间构型
［讲］由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可的相互远离。
价层电子对的空间构型与价层电子对数目的关系：
［投影］价层电子对数目与价层电子对构型关系
价层电子对数目
2
3
4
5
6
价层电子对构型
直线
三角形
四面体
三角双锥
八面体
［板书］（4）分子空间构型确定
［讲］根据分子中成键电子对数和孤对电子数，可以确定相应的稳定的分子几何构型。
［思考与交流］请应用VESPR理论，判断下列粒子构型：
CH4、ClO3―、PCl5
［讲］在CH4中，C有4个电子，4个H提供4个电子，C的价层电子总数为8个，价层电子对为4对。
C的价层电子对的排布为正四面体，由于价层电子对全部是成键电子对，因此CH4的空间构型为正四面体。
在ClO3―中，Cl有7个价电子，O不提供电子，再加上得到的1个电子，价层电子总数为8个，价层电子对为4对。
Cl的价层电子对的排布为四面体，四面体的3个顶角被3个O占据，余下的一个顶角被孤对电子占据，因此为三角锥形。
在PCl5中，P有5个价电子，5个Cl分别提供1个电子，中心原子共有5对价层电子对，价层电子对的空间排布方式为三角双锥，由于中心原子的价层电子对全部是成键电子对，因此PCl5的空间构型为三角双锥形。
［讲］利用价层电子对互斥理论，可以预测大多数主族元素的原子所形成的共价化合物分子或离子的空间构型
［投影小结］
[小结]价层电子对互斥模型对少数化合物判断不准，不能适用于过渡金属化合物，除非金属具有全满、半满或全空的d轨道。
根据价层电子对互斥理论：
分子的立体结构是由于分子中的价电子对相互排斥的结果，其规律如下：
［投影］
分子类型
中心原子
空间构型
AB2
有孤对电子
V型
无孤对电子
直线形
AB3
有孤对电子
三角锥形
无孤对电子
平面三角形
AB4
无孤对电子
四面体形
随堂练习］
1、用VSEPR模型预测，下列分子形状与H2O相似，都为V型的是
A.OF2B.BeCl2C.SO2D.CO2
2、用VSEPR模型预测，下列分子中键角不是1200的是
A．C2H2B．C6H6C．BF3D．NH3
3、根据价电子对互斥理论,判断H3O+的空间结构式
A.三角锥形B.正四面体C.平面正三角形D.变形四面体
八、板书设计
第二节分子的立体结构
一、形形色色的分子
1、三原子分子立体结构：
有直线形C02、CS2等，V形如H2O、S02等。
2、四原子分子立体结构：
平面三角形：
如甲醛（CH20）分子等，三角锥形：
如氨分子等。
3、五原子分子立体结构：
正四面体形如甲烷、P4等。
4、测分子体结构：
红外光谱仪→吸收峰→分析。
二、价层电子对互斥模型
1、价层电子互斥模型
2、价层电子对互斥理论：
对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对（包括用于形成共价键的共用电子对和没有成键的孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低。
3、价层电子对互斥模型：
（1）中心原子上的价电子都用于形成共价键：
分子中的价电子对相互排斥的结果
（2）中心原子上有孤对电子：
孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，使分子的空间结构发生变化。
4、价层电子对互斥理论的应用
（1）确定中心原子A价层电子对数目
（2）价电子对数计算方法
（3）确定价层电子对的空间构型
（4）分子空间构型确定
九、教学反思
第2课时
一、三维目标
1、知识与技能
认识杂化轨道理论的要点；进一步了解有机化合物中碳的成键特征；能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型
2、过程与方法
采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学
3、情感态度与价值观
培养学生分析、归纳、综合的能力和空间想象能力
二、教学重点
杂化轨道理论的要点
三、教学难点
分子的立体结构，杂化轨道理论
四、教学策略
采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学
五、教学准备
黑板、模型、学案、多媒体
六、教学环节
[复习]共价键类型：
σ、π键，价层电子对互斥模型。
[质疑]我们已经知道，甲烷分子呈正四面体形结构，它的4个C--H键的键长相同，H—C--H的键角为109～28°。
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π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ls原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。
为什么？
［讲］碳原子具有四个完全相同的轨道与四个氢原子的电子云重叠成键。
［引入］碳原子的价电子构型2s22p2，是由一个2s轨道和三个2p轨道组成的，为什么有这四个相同的轨道呢？
为了解释这个构型Pauling提出了杂化轨道理论。
[板书]三、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。
[讲]杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的立体结构提出的。
为了解决甲烷分子四面体构型，鲍林提出了杂化轨道理论，它的要点是：
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。
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。
［讲］我们需要格外注意的是，杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子剩余的p轨道可以形成π键
[投影]sp3杂化轨道
[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。
[讲]价层电子对互斥模型时我们知道，H20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个是由孤对电子占据的，而氨分子的氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤对电子占据。
[板书]空间结构：
空间正四面体或V型、三角锥型。
［讲］凡属于VESPR模型的AY4的分子中心原子A都采取sp3杂化类型。
例如CH4、NH3、H2O等。
其中像CH4这类与中心原子键合的是同一种原子，因此分子呈高度对称的正四面体构型，其中的4个sp3杂化轨道自然没有差别，这种杂化类型叫做等性杂化。
而像NH3、H2O这类物质的中心原子的4个sp3杂化轨道用于构建不同的σ键或孤对电子，这个的4个杂化轨道显然有差别，叫做不等性杂化，
[讲]除sp3杂化轨道外，还有sp杂化轨道和sp2杂化轨道。
sp2杂化轨道由1个s轨道和2个p轨道杂化而得。
[板书]
（2）sp2杂化：
同一个原子的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道。
［投影］
[板书]sp2杂化轨道间的夹角是120°，分子的几何构型为平面正三角形。
[投影]
[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对电子。
而没有填充电子的空轨道一般都不参与杂化。
［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。
［投影］
［讲］苯环分子中的碳原子的原子轨道采用了sp2杂化。
每个碳原子上的三个sp2杂化轨道分别与两个相邻的碳原子和一个氢原子形成三个σ键并形成六碳环，每个碳原子上的未杂化2p轨道采用“肩并肩”的方式重叠形成大Π键。
大Π键的形成使苯环上的所用原子处于同一平面，且结构稳定。
［投影］
［讲］sp杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得
[板书]（3）sp杂化：
同一原子中ns-np杂化成新轨道：
一个s轨道和一个p轨道杂化组合成两个新的sp杂化轨道。
［投影］
[板书]sp杂化：
夹角为180°的直线形杂化轨道，
［投影］
［讲］杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理，键与键间的排斥力大小决定于键的方向，即决定于杂化轨道间的夹角。
由于键角越大化学键之间的排斥能越小，对sp杂化来说，当键角为180时，其排拆力最小，所以sp杂化轨道成键时分子呈直线形；对sp2杂化来说，当键角为120时，其排斥力最小，所以sp2杂化轨道成键时，分子呈平面三角形。
由于杂化轨道类型不同，杂化轨道夹角也不相同，其成键时键角也不相同，故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。
［讲］为了清晰的表示出成键电子和孤对电子，更有利的解释物质空间构型的关系，我们引入了路易斯式。
路易斯结构式是用短线表示键合电子，小黑点表示未键合的价电子的结构式。
[投影]
[科学探究]1、写出HCN分子和CH20分子的路易斯结构式。
2．用VSEPR模型对HCN分子和CH2O分子的立体结构进行预测（用立体结构模型表示）
3．写出HCN分子和CH20分子的中心原子的杂化类型。
4．分析HCN分子和CH2O分子中的π键。
[汇报]1、
2、直线型平面三角型
3、sp杂化sp2杂化
4、
HCN分子中有2个σ键和2个Π键，
即C-H和C-N之间各有一个σ键，另外C-N之间有两个Π键。
甲醛分子中C-H之间有2个σ键，C-O之间有1个σ键和1个Π键
［板书］3、ABm杂化类型的判断
公式：
电子对数
n=
［讲］在上述公式使用时，电荷为正值时，取负号，电荷为负值时，取正号。
当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为零。
［投影小结］
电子对数n
2
3
4
杂化类型
sp
Sp2
Sp3
［讲］例如，SO2电子对数为（6+0）/2=3,为sp2杂化。
［小结］无论是价层电子对互斥理论还是杂化轨道理论，我们都是为了合理的解释分子的空间构型，
［投影］
杂化类型
杂化轨道数目
杂化轨道间的夹角
空间构型
实例
Sp
2
180°
直线
BeCl2
Sp2
3
120°
平面三角形
BF3
Sp3
4
109°28′
四面体形
CH4
七、板书设计
三、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。
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：
空间正四面体或V型、三角锥型。
（2）sp2杂化：
同一个原子的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道。
sp2杂化轨道间的夹角是120°，分子的几何构型为平面正三角形。
（3）sp杂化：
同一原子中ns-np杂化成新轨道：
一个s轨道和一个p轨道杂化组合成两个新的sp杂化轨道。
sp杂化：
夹角为180°的直线形杂化轨道，
3、ABm杂化类型的判断
公式：
电子对数n=
九、教学反思
第3课时
八、三维目标
1、知识与技能
配位键、配位化合物的概念；配位键、配位化合物的表示方法
2、过程与方法
采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学
3、情感态度与价值观
培养学生分析、归纳、综合的能力和空间想象能力
九、教学重点
配位键、配位化合物的概念
一十、教学难点
配合物理论
一十一、教学准备
黑板、模型、学案、多媒体
一十二、教学环节
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]四、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。
［投影］
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（H20）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对电子对给予铜离子，铜离子接受水分子的孤对电子形成的，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。
一方提供孤对电子；一方有空轨道，接受孤对电子。
如：
[Cu（H2O）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）成键粒子：
原子
（3）成键性质：
共用电子对对两原子的电性作用
（4）成键条件：
形成配位键的一方是能够提供孤对电子的原子，另一方是具有能够接受孤对电子的空轨道原子。
（5）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＋、SO42－、P2O5、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
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