高中化学人教版 (2019)选择性必修2分子的空间结构表格教案设计

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2分子的空间结构表格教案设计，共5页。教案主要包含了思考交流，释疑解惑，案例讲解，学生活动等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
化学
年级
高二
学期
春季
课题
杂化轨道理论
教科书
书 名：物质结构与性质教材
出版社：人民教育出版社 出版日期：2020年05月
教学目标
1.了解杂化轨道理论的基本内容。
2.在理解杂化轨道理论的基础上，对分子的空间构型进行解释和预测。
教学内容
教学重点：
了解杂化轨道理论的基本内容。
教学难点：
在理解杂化轨道理论的基础上，对分子的空间构型进行解释和预测。
教学过程
【思考交流】
甲烷呈正四面体形，它的4个C—H键的键能、键长相同，H—C—H的键角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，不可能得到正四面体形的甲烷分子。请解释原因。
【释疑解惑】
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个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，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sp杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-H σ键，因此呈正四面体形的空间结构。
【过渡】
了解了CH4的杂化方式，接下来我们就来具体学习杂化轨道理论。
【讲解】
1.杂化轨道理论
(1)杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。
①轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。
②杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
③轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。
(2)杂化轨道理论要点：
①原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
②参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。
③杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。
④杂化前后原子轨道数目不变（参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目），且杂化轨道的能量相同。
⑤原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。
⑥杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。
⑦杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。
【讲解】
2.杂化类型
CH4是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的，sp3杂化轨道的夹角为109°28′，呈空间正四面体形这种杂化方式我们称为sp3杂化。
【展示】 sp3杂化轨道的形成。
【讲解】
在学习价层电子对互斥模型时，知道NH3和H2O的VSEPR模型跟CH4一样也是四面体形，因此它们的中心原子也是采取了sp3杂化。
【案例讲解】
氮原子的3个sp3杂化轨道与3个氢原子的1s原子轨道重叠形成3个N-Hσ键，其中1个sp3杂化轨道中占有孤电子对。
【学生活动】
请模仿NH3的中心原子N的杂化和成键过程，尝试用杂化轨道理论来解释H2O的空间结构。
【讲解】
sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道杂化而得。sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形(如BF3)。
sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如乙烯分子碳碳双键的形成。
【展示】
sp2杂化轨道——BF3分子的形成
【案例讲解】
CH2=CH2
【讲解】
sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道杂化而得。sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形(如BeCl2)。杂化后的2个sp杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠，形成2个σ键，构成直线形的BeCl2分子。
sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C≡C键的形成。
【展示】
sp杂化轨道
【案例讲解】
乙炔
【讲解】
3.杂化轨道与分子空间构型
杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。
【学生活动】
试分析杂化轨道与分子的空间结构的关系。
【总结】
杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
杂化轨道数 ＝ 价层电子对数
＝ 中心原子孤电子对数+中心原子σ键电子对数
形成π键的电子只能位于未杂化的原子轨道上。
价层电子对数
中心原子的杂化轨道类型
VSEPR理想模型
2
sp
直线形
3
sp2
平面三角形
4
sp3
四面体形
【学生活动】
分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的杂化轨道类型、VSEPR模型、空间构型，总结VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系。
【总结】
价电子对数
VSEPR模型
VSEPR模型名称
杂化轨道数
中心原子的杂化轨道类型
分子的空间构型
实例
2
直线形
2
sp
直线形
BeCl2、CO2
3
平面三角形
3
sp2
V形
SO2
3
平面三角形
3
sp2
平面三角形
SO3
4
四面体形
4
sp3
V形
H2O
4
四面体形
4
sp3
三角锥形
NH3
4
正四面体形
4
sp3
正四面体形
CH4、CCl4