新人教版化学选修3高中《分子的立体结构》教案一

新人教版化学选修3高中《分子的立体结构》教案一 一、认识形形色色的分子。 [创设问题情境]：

[学生活动]阅读课本P37-40内容；观察一些典型分子的立体结构

[投影]展示CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4分子的球辊模型（或比例模型）；(见下页)

105 °

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提出问题]：⑴什么是分子的空间结构？ ⑵同样三原子分子CO2和H2O，四原子分子NH3和CH2O，为什么它们的空间结构不同？ [学生讨论交流]

1、讨论H、C、N、O原子分别可以形成几个共价键； 2.、写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4的电子式和结构式；

3、根据电子式、结构式描述CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4的分子结构。 [归纳]1.

原子 电子式 可形成 1 共用电子对数 2. 分子 CO2 H2O 电子式 O∷C∷O H：O：H ? H H H H-N-H 结构式 O=C=O H-O-H H H C C 4 N N 3 O O 2 NH3 ? CH2O CH4 H ? H：N：H O H：C：H H：C：H O ‖ ? H-C-H H H-C-H H 2 / 19

中心原子 无 有无孤对电子 空间结构 直线型 V型 三角锥形 平面三角形 正四面体 有 有 无 无 [模型探究]

由CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4的球辊模型，对照其电子式分类对比的方法，分析结构不同的原因。 [引导交流]

引导学生得出由于中心原子的孤对电子占有一定的空间，对其他成键电子对存在排斥力，影响其分子的空间结构。 引出价层电子对互斥模型（VSEPR models） [讲解分析]

二.价层电子对互斥模型

基本观点:分子中的价电子对----成键电子对和孤对电子由于相互排斥作用,尽可能趋向彼此远离，排斥力最小。

把分子分成两大类：

1.中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测，概括如下：

ABn n=2 n=3 n=4 立体结构 直线型 平面三角形 正四面体型 范例 CO2 CH2O CH4 2.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

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H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。（如图）课本P40。 [小结]

中心原子 代表物 结合的原子数 CO2 中心原子 CH2O 无孤对电子 CH4 中心原子 有孤对电子 [应用反馈]

应用VSEPR理论判断下表中分子或离子的构型。进一步认识多原子分子的立体结构。 化学式 H2S NH2- BF3 CHCl3 SiF4 中心原子含有孤中心原子结合的空间构型 对电子对数 原子数 2 2 0 0 0 2 2 3 4 4 V形 V形 正三角形 四面体 正四面体 H2O NH3 2 3 AB2 AB3 V型 三角锥形 4 AB4 正四面体型 3 AB3 平面三角形 2 AB2 直线型 分子类型 空间构型 [知识迁移]学生在以上知识讲授的基础上,完成P40的(思考与交流)

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启发归纳：在确定VSEPR模型的时,可根据各分子或离子的的电子式和结构式,分子中心原子的孤对电子数,依据中心原子连接的原子数和孤对电子来确定,但要注意VSEPR模型和分子或离子的立体结构不一定相同. [过渡引入]

值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲烷中四个 C?H的键长、键能相同及H?C ?H的键角为109  28′。因为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。 [理论分析]

为了解决这一矛盾，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，得到4个相同的sp3杂化轨道，夹角109  28 ′ ，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的如下图所示：

资料在线:P50 鲍林的贡献

三.杂化轨道理论简介

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图像分析: (一)例：CH4 1s22s22p2

sp3 杂化轨道

激发

激发 2s

杂化 2p

成键 2s

2p

sp3

sp3-s

每个杂化轨道占有原s原子轨道的成分。 = 10928

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sp3轨道杂化形成示意图

分析:

1. 每一个杂化轨道的能量高于2s轨道能量而低于2p轨道能量；杂化轨道的形状也可以说介于s轨道和p轨道之间。

2.四个杂化轨道在空间均匀对称地分布??以碳原子核为中心，伸向正四面体的四个顶点。这四个杂化轨道的未成对电子分别与氢原子的1s电子配对成键，这就形成了甲烷分子。

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①形成分子时，由于原子间的相互作用，使同一原子内部能量相近的不同类型原子轨道重新组合形成的一组新的能量相同的杂化轨道。有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。

②杂化轨道的电子云一头大，一头小，成键时利用大的一头，可以使电子云重叠程度更大，从而形成稳定的化学键。即杂化轨道增强了成键能力。 ③杂化轨道之间在空间取最大夹角分布，使相互间的排斥能最小，故形成的键较稳定。不同类型的杂化轨道之间夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。 (二)sp2杂化轨道

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sp2 杂化轨道

例：BF3 1s22s22p1

激发 2p

2s

2s

杂化 成键 sp2 2p

sp2 杂化轨道空间呈平面三角形 (三)sp 杂化

例：Hg [Xe]5d106s2

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2p sp2-P

2p

激发 6s

杂化 6p

成键 6s 6p

sp

6p

sp-P

6p

2.杂化轨道的应用范围:

杂化轨道只应用于形成σ键或者用来容纳未参加成键的孤对电子 [学以致用]判断下列分子或离子中,中心原子的杂化轨道类型 NH4+、NH3、H2O 、CH2O 、SO2 BeCl2、CO2 [思考与交流]根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？

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[知识拓展]已知：杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳孤对电子 杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数 代表物 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O

[迁移应用]练习：在学习价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的基础上描述化合物中每个化学键是怎样形成的？ 1．CO2

C原子发生SP杂化生成了两个SP轨道分别与两个O原子的一个P轨道形成两个σ键； C原子剩余的两个P轨道分别与两个O原子剩余的1个P轨道形成两个π键。

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杂化轨道数 0+2=2 0+3=3 0+4=4 1+2=3 1+3=4 2+2=4 杂化轨道类型 SP SP2 SP3 SP2 SP 3 SP3 分子结构 直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 V形 2 ．H2O

O原子发生sp3杂化生成了四个sp3杂化轨道，其中的两个分别与两个H原子的S轨道形成两个σ键； O原子剩余的两个sp3杂化轨道分别被两对孤对电子占据。

[科学探究]：用杂化轨道理论探究氰化氢（HCN）分子和甲醛（CH2O）分子的结构：

1.写出HCN分子和CH2O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.写出这两种分子的中心原子的杂化类型； 4.分析这两种分子的π的键。

四. 配合物理论简介： [实验探究] 固体颜色 溶液颜色 CuSO4 白色 天蓝色 CuCl2.2H2O 绿色 天蓝色 CuBr2 深褐色 天蓝色 NaCl 白色 无色 K2SO4 白色 无色 KBr 白色 无色 思考：前三种溶液呈天蓝色大概与什么物质有关？依据是什么？

结论：上述实验中呈天蓝色的物质叫做四水合铜离子，可表示为[Cu(H2O) 4]2+。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中的O原子提供孤对电子对给予铜离子（铜离子提供空轨道），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。 [创设问题情景]

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什么是配位键？配位键如何表示？配位化合物的概念？ 学生阅读教材，然后讨论交流。 1、配位键 （1） 概念

共用电子对由一个原子单方向提供给另一原子共用所形成的共价键。 （2） 表示

A B 电子对给予体 电子对接受体

（3）条件：其中一个原子必须提供孤对电子。

另一原子必须能接受孤对电子轨道。

[提问]举出含有配位键的离子或分子 举例：H3O+

NH4+

[过渡]什么是配位化合物呢？

[讲解]金属离子或原子与某些分子或离子以配位键结合而形成的化合物称为配合物。

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实验2-2 已知氢氧化铜与足量氨水反应后溶解是因为生成了[Cu(NH3) 4]2+ ，其

结构简式为：

试写出实验中发生的两个反应的离子方程式？ Cu 2+ +2NH3 H2O= Cu（OH）2 ↓ +2 NH4+

Cu（OH）2 + 4NH3．H2O = [Cu(NH3) 4] +2OH+4H2O 蓝色沉淀 深蓝色溶液

[活动与探究] 实验：向试管中加入2mL5%的硫酸铜溶液，再逐滴加入浓氨水，振荡，观察。然后加酒精过滤，将得到的晶体分成三份溶于水，分别进行如下实验：（1）用pH试纸测定酸碱度（2）加入稀NaOH（3）加入BaCl2+HNO3溶液 通过实验探究，分析结论：

结论：溶液中没有NH3，没有Cu2+、但是却有SO42-，便很清晰的知道Cu2+ 和NH3形成了一种复杂的稳定离子。 实验2-3

Fe 3+ +SCN= [Fe (SCN) ]2+

硫氰酸根 血红色

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- 2+

[课堂小结] 依据板书

【例题精析】 【例题1】.有关苯分子中的化学键描述正确的是 ( ) A.每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大π键 B.每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键 C.碳原子的三个sp2杂化轨道与其它形成三个σ键 D.碳原子的未参加杂化的2p轨道与其它形成σ键 【解析】苯分子中每个碳原子中的三个sp2杂化轨道分别与两个碳原子和一个氢原子形成σ键.同时每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道 ,他们均有一个未成对电子.这些 2p轨道相互平行,以 “肩并肩”方式相互重叠,形成一个多电子的大∏键. 【答案】BC

【例题2】．试用杂化轨道理论分析为什么BF3的空间构型是平面三角形，而NF3是三角锥形的？

【解析】BF3中B的价电子结构为2s22p1，形成分子时，进行sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的p轨道成键，故BF3分子为平面三角形；NF3中的N价电子结构为2s22p3，形成分子时，进行sp3不等性杂化，其中一个sp3杂化轨道为孤对电子占有，另三个电子分别与F成键，故分子结构为三角锥型 【例题3】氮可以形成多种离子，如N3-、NH2-、N3-、NH4+、N2H5-等。已知N2H5-离子的形成过程类似于NH4+的形成过程，N2H5+在碱性溶液中生成电中性的分子和水。填写：

（1）该电中性分子的化学式为_________，电子式为_________，分子中所有原子是否共平面_________（填“是”或“否”）。 （2）N2H5+离子的电子式_______________。 （3）一个N3-共有电子数为________________。 【解析】（1）联系NH4+的形成过程： NH3HNH4

又因为N2H5+在碱性溶液中生成电中性分子和水。水可由H-和OH-结合而成。故N2H5+在碱性条件下推动H-，即发生下列反应。

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N2H5OHN2H4H2O

N2H4可看成NH2中一个H被-NH2取代。故可先写出其结构简式为H2N?NH2。

由于NH3分子是三角锥形的，其中一个H被-NH2取代后，每个N仍处在锥顶，且两个N上各有一对孤对电子，若同侧，斥力大，不稳定，故应在异侧。由此可知，整个分子中的原子不可能为共平面。

课堂练习:教材 作业 [教学反思]：

1、本节课从分子的构型入手，通过列表比较使学生来对分子的空间构型的规律性有定性的认识，让学生从低的层次上手来学习，比较容易接受。同时在活动与探究中既锻炼了探究能力、实验能力、观察能力，同时也体现了学生相互合作、相互探讨的精神。在对课本实验进行改进的前提下，更易让学生理解配合物的内界与外界的知识。

2、整个教学里面教师要讲的内容并不多，只是一种引导，大部分环节均由学生自主完成。充分体现了新课程的“过程与方法”的教学目标。为学生提供主动参与、乐于探究、积极实践的机会，让学生体验了过程，同是也学到了知识。 3、本节课相对有多个环节要学生活动，加上信息量较大，为了让各环节紧扣，设计了教学用PPT演示文档，既有利于时间的控制，又克服了传统教学方法的不足,使学生对分子的空间构型,轨道杂化理论有一定的认识.

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4、本节课的习题除了学生解决的课本的思考与交流以及科学探究的问题外，还选择了一道综合性较强的习题，巩固了学生对理论的掌握，而且进行了变化，同时考察了学生的应变能力。 附板书设计： 第二节分子的立体结构 一、认识形形色色的分子 二.价层电子对互斥模型

基本观点:分子中的价电子对----成键电子对和孤对电子由于相互排斥作用,尽可能趋向彼此远离，排斥力最小。

把分子分成两大类：1.中心原子上的价电子都用于形成共价键。 ABn n=2 n=3 n=4 立体结构 直线型 平面三角形 正四面体型 范例 CO2 CH2O CH4 2.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。

中心原子 代表物 结合的原子数 CO2 中心原子 CH2O 无孤对电子 CH4 4 AB4 正四面体型 3 AB3 平面三角形 2 AB2 直线型 分子类型 空间构型 17 / 19

中心原子 有孤对电子 H2O NH3 2 3 AB2 AB3 V型 三角锥形 三.杂化轨道理论简介 1.主要类型 (一)sp3 杂化轨道 (二)sp2杂化轨道 (三)sp 杂化

2.杂化轨道的应用范围:

杂化轨道只应用于形成σ键或者用来容纳未参加成键的孤对电子 杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数 代表物 CO2 CH2O CH4 SO2 NH3 H2O 四. 配合物理论简介 1、配位键

(1)概念:共用电子对由一个原子单方向提供给另一原子共用所形成的共价键。 (2)表示

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杂化轨道数 0+2=2 0+3=3 0+4=4 1+2=3 1+3=4 2+2=4 杂化轨道类型 SP SP2 SP3 SP2 SP 3 SP3 分子结构 直线形 平面三角形 正四面体形 V形 三角锥形 V形 A B 电子对给予体 电子对接受体

（3）条件：其中一个原子必须提供孤对电子,另一原子必须能接受孤对电子轨道。

2.配位化合物

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