高中化学人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第二节 分子的立体构型第二课时教案设计

课题：第二节　分子的立体构型（2）

授课班级

课  时

第二课时

教

学

目

的

知识

与

技能

1.认识杂化轨道理论的要点

2.进一步了解有机化合物中碳的成键特征

3.能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型

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、综合的能力和空间想象能力

情感

态度

价值观

重 点

杂化轨道理论的要点

难 点

杂化轨道理论

知

识

结

构

与

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、AB m杂化类型的判断

公式：电子对数n=

教学过程

教学步骤、内容

教学方法、手段、师生活动

[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、AB m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］

［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］

教学回顾：