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第2节 共价键与分子的空间构型
第2课时 一些典型分子的空间构型(2)
【教学目标】
1. 学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型；
2. 了解等电子原理，结合实例说明“等电子原理的应用”
3. 初步认识价层电子对互斥模型
【教学重点】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型
【教学难点】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型
【教学方法】w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学
【教学过程】
【复习填空】
杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道间夹角 空间构型 实例
杂化轨道理论21世纪教育网 sp 2 1800[来源:21世纪教育网] 直线21世纪教育网 BeCl221世纪教育网[来源:21世纪教育网]
sp2 3 1200 平面三角形 BF3
sp3 4 109028’ 四面体形 CH4
【引入课题】通过化学必修课程的学习，你已知道苯分子的结构简式为 从结构简式来看，苯分子好像具有双键，苯应当具有类似乙烯的化学性质，能使酸性KMn04溶液退色或使溴的四氯化碳溶液退色，但实验事实并非如此。那么，苯为什么不能使酸性KMn04溶液或溴的四氯化碳溶液退色呢 苯分子中究竟存在着怎样的化学键呢
【板书】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
2. 苯分子的空间构型
【阅读p-42-43】
【探究内容】w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
1. 苯分子中碳原子采用的那种杂化方式，碳碳间，碳氢间是如何成键的？
2. 大π键是如何形成的？
【阐述】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
根据杂化轨道理论，形成苯分子时每个碳原子中的原子轨道发生sp2杂化（如S、Px、Py），由此形成的三个SP2杂化轨道在同一平面上，这样，每个碳原子的两个SP2杂化轨道上的电子分别与邻近的两个碳原子的SP2杂化轨道上的电子配对形成σ键，于是六个碳原子组成一个正六边形的碳环;每个碳原子的另一个SP2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1S电子配对形成σ键。与此同时，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参加杂化的2P轨道（如2PX），它们均含有一个未成对电子。这六个碳原子的2p轨道相互平行，它们以“肩并肩”的方式相互重叠，从而形成含有六个电子、属于六个原子的π键。人们把这种在多原子间形成的多电子的π键称为大π键。所以，在苯分子中，整个分子呈平面正六边形、六个碳碳键完全相同，键角皆为120°。正是由于苯分子所具有的这种结构特征，使得它表现出特殊的稳定性，而不象乙烯那样容易被酸性高锰酸钾溶液氧化或溴的四氯化碳溶液褪色。
【拓展视野】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
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
【板书】
3.价层电子对互斥模型
【讲解分析】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
价层电子对互斥模型
把分子分成两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。如HgCl2、BF3、CCL4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 立体结构 范例
n=2 直线型 HgCl2
n=3 平面三角形 BF3
n=4 正四面体型 CCL4
【归纳总结】
（1）对ABm型分子，若中心原子A价层电子对只有成键电子对（即中心原子的价电子都用于形成共价键），则价层电子对的相对位置就是分子的构型；
（2）若中心原子A价层电子对包括成键电子对和孤对电子（中心原子上有孤对电子），则价层电子对的相对位置不是分子的构型
【活动探究】
等电子原理
【板书】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
3.等电子原理及其应用
【阅读后思考】
1. 等电子原理的概念
2. 根据上述原理，思考并讨论仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是： 和 ； 和 。
3. 此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数
相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。
根据上述原理，思考并讨论在短周期元素组成的物质中，与NO2—互为等电子体的分子有： 、 。
【课堂练习】
1. 下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( )
A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4
2. 对SO2与CO2说法正确的是( )
A．都是直线形结构 B．中心原子都采取sp杂化轨道
C．S原子和C原子上都没有孤对电子 D． SO2为V形结构， CO2为直线形结构
【板书设计】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
2.苯分子的空间构型
3.价层电子对互斥模型
3.等电子原理及其应用
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第2节 共价键与分子空间构型
第3课时 分子的空间构型和分子性质
【教学目标】
1. 使学生了解一些分子在对称性方面的特点，知道手性化学在现代化学领域医药的不对称合成领域中的重大意义。
2. 了解分子的极性；
3. 能判断一些简单分子是极性分子还是非极性分子；
4. 知道分子的极性与分子的立体构型密切相关；
【教学重点】
1. 了解一些分子在对特性方面的特点
2. 能判断一些简单分子是极性分子还是非极性分子；
【教学难点】
1. 了解一些分子在对特性方面的特点
2. 键的极性与分子极性的关系。21世纪教育网
【教学方法】
采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学
【教学过程】
【联想质疑】
请你举出身边显示一定对称性的物体。宏观物体具有对称性，构成它们的微观粒子也具有对称性吗？
【板书】
二、分子的空间构型与分子性质
【阅读思考】
1.分子的对称性
（1）含义：对称性是指一个物体包含若干等同部分，这些部分相互对应且相称，它们经过不改变物体内任意两点间距离的操作能够复原，即操作前在物体中某地方有的部分，经操作后在原有的地方依旧存在相同的部分，也就是说无法区别操作前后的物体。
（2）对称轴：分子中的所有原子以某条轴线为对称，沿该轴线旋转1200或2400时，分子完全复原，我们称这根连线为对称轴。
（3）对称面：对于甲烷分子而言，相对于通过其中两个氢和碳所构成的平面，分子被分割成相同的两部分，我们称这个平面为对称面。
（4）联系：分子的许多性质如极性、旋光性及化学反应等都与分子的对称性有关。
2. 手性
（1）手性和手性分子定义：如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。
（2）手性碳原子：当四个不同的原子或基团连接在碳原子（如CHBrC1F）上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。
【讨论】
1. 有人说“手性分子和镜像分子完全相同，能重叠”是吗？二者什么关系？分别用什么标记？
2. 举例说明手性分子对生物体内进行的化学反应的影响？
3. 构成手性碳原子的条件？
【课堂练习】媒体展示
【学生分组实验】
在滴定管中加入四氯化碳，打开活塞，将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近液流，观察液流方向是否发生变化；再改用水做实验。
【引入】分子极性
【思考】
1. 为什么水分子中有正、负两极
2. 根据电荷分布是否均匀，共价键有极性、非极性之分，以共价键结合的分子是否也有极性、非极性之分呢？
3. 分子的极性又是根据什么来判定呢？
【板书】
3. 分子极性
（1）极性分子：分子内存在正、负两极的分子；
（2）非极性分子：分子内没有正、负两极的分子
【讨论】
分子极性如何判断
①双原子分子的极性：[来源:21世纪教育网]
双原子分子的极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性，以极性键结合的双原子分子是极性分子；以非极性键结合的双原子分子为非极性分子。
由此可知，对双原子分子来说，键的极性与分子的极性是一致的：化学键有极性，分子就有极性;反之，化学键无极性，通常分子也无极性。
②多原子分子的极性
多原子分子的极性与分子中的键的极性关系比较复杂。如果组成分子的所有化学键均为非极性键，则分子通常为非极性分子，
【讨论总结】
分子极性判断方法
1. 化合价法
①若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子；
②若中心原子有孤对电子(未参与成键的电子对)则为极性分子，若无孤对电子则为非极性分子。
2. 物理模型法
将分子中的共价键看作作用力，不同的共价键看作不相等的作用力，运用物理上力的合成与分解，看中心原子受力是否平衡，如平衡则为非极性分子；否则为极性分子
【小结】
⑴只含有非极性键的单质分子是非极性分子。
⑵含有极性键的双原子化合物分子都是极性分子。
⑶含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的为极性分子。
巩固练习：
1. 下列叙述正确的是（ ）：
1) 凡是含有极性键的分子一定是极性分子。21世纪教育网
2) 极性分子中一定含有极性键。
3) 非极性分子中一定含有非极性键。
4) 非极性分子中一定不含有极性键。
5) 极性分子中一定不含有非极性键。
6) 凡是含有极性键的一定是极性分子。
7) 非金属元素之间一定形成共价键。
8) 离子化合物中一定不含有共价键。
【板书设计】
二、分子的空间构型与分子性质
1.分子的对称性
2.手性[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
3.分子极性
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第2节 共价键与分子的空间构型
第1课时 一些典型分子的空间构型
高考资源网【教学目标】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
1. 理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型；
2. 学会用杂化轨道原理解释常见分子的成键情况与空间构型过程与方法：
【教学重点】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型
【教学难点】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
理解杂化轨道理论的主要内容，掌握三种主要的杂化轨道类型
【教学方法】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学
【教学过程】21世纪教育网
【课题引入】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
在宏观世界中，花朵、蝴蝶、冰晶等诸多物质展现出规则与和谐的美。科学巨匠爱因斯坦曾感叹：“在宇宙的秩序与和谐面前，人类不能不在内心里发出由衷的赞叹，激起无限的好奇。”实际上，宏观的秩序与和谐源于微观的规则与对称。
通常，不同的分子具有不同的空间构型。例如，甲烷分子呈正四面体形、氨分子呈三角锥形、苯环呈正六边形。那么，这些分子为什么具有不同的空间构型呢
【思考】
美丽的鲜花、冰晶、蝴蝶与微观粒子的空间构型有关吗？
【活动探究】
你能身边的材料动手制作水分子、甲烷、氨气、氯气的球棍模型吗？
【过渡】
我们知道，共价键具有饱和性和方向性，所以原子以共价键所形成的分子具有一定的空间构型。
【板书】w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
一、一些典型分子的空间构型
（1） 甲烷分子的形成及立体构型
【联想质疑】
研究证实，甲烷(CH4)分子中的四个C—H键的键角均为l09．5 ，从而形成非常规则的正四面体构型。原子之间若要形成共价键，它们的价电子中应当有未成对的电子。碳原子的价电子排布为2s22p2，也就是说，它只有两个未成对的2p电子，若碳原子与氢原子结合，则应形成CH2；即使碳原子的一个2s电子受外界条件影响跃迁到2p空轨道，使碳原子具有四个未成对电子，它与四个氢原子形成的分子也不应当具有规则的正四面体结构。那么，甲烷分子的正四面体构型是怎样形成的呢
【过渡】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，[来源:21世纪教育网]
【阅读教材40页】
【板书】
1. 杂化原子轨道
在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程叫做原子轨道的杂化，组合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。
【思考与交流】
甲烷分子的轨道是如何形成的呢？
形成甲烷分子时，中心原子的2s和2px，2py，2pz等四条原子轨道发生杂化，形成一组新的轨道，即四条sp3杂化轨道，这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。
根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，除了有sp3杂化外，还有sp2 杂化和sp杂化，sp2 杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的
【板书】
2. 常见的SP杂化过程
（1）sp3杂化
【阐述】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
杂化轨道在角度分布上比单纯的S或P轨道在某一方向上更集中(比较图2-2-2中的S、P轨道和杂化后形成的sp，杂化轨道)，从而使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。由于甲烷分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和三个2p轨道重新组合而成的，故称这种杂化为sp3杂化形成的四个杂化轨道则称为sp3杂化轨道。鲍林还根据精确计算得知每两个sp3杂化轨道的夹角为l09．5 。由于这四个杂化轨道的能量相同，根据洪特规则，碳原子的价电子以自旋方向相同的方式分占各个轨道。因此，当碳原子与氢原子成键时，碳原子中每个杂化轨道的一个未成对电子与一个氢原子的1s电子配对形成一个共价键，这样所形成的四个共价键是等同的，从而使甲烷分子具有正四面体构型，
【过渡】 w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
s轨道与p轨道的杂化(简称sp型杂化)有多种情况
【板书】
（2）SP杂化：一个s轨道和一个P轨道杂化可形成两个sp杂化轨道，这种杂化称为sp1杂化
直线型（BeCl2）
【交流与讨论】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
用杂化轨道理论分析乙炔分子的成键情况
（3）sp2杂化
平面正三角形（BF3）
【交流与讨论】
用杂化轨道理论分析乙烯分子的成键情况
【交流·研讨】
氮原子的价电子排布为2s22p3，，三个2p轨道中各有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的ls电子形成一个盯键。如果真是如此，那么三个2p轨道相互垂直，所形成的氨分子中N—H键间的键角应约为90 。但是，实验测得氨分子中N—H键的键角为107．30 。试解释其中的原因，并与同学们进行交流。
【阐述】21世纪教育网
在形成氨分子时，氮原子的2s和2p原子轨道也发生了sp，杂化，生成四个sp3杂化轨道。在所生成的四个Sp3杂化轨道中，有三个轨道各含有一个未成对电子，可分别与一个氢原子的1s电子形成一个σ键，另一个sp3杂化轨道中已有两个电子(孤对电子)，不能再与氢原子形成σ键了。所以，一个氮原子只能与三个氢原子结合，形成氨分子。
【总结评价】w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
应用轨道杂化理论，探究分子的立体结构。
化学式 杂化轨道数 杂化轨道类型 分子结构
CH4
C2H4
BF3 21世纪教育网[来源:21世纪教育网]
CH2O
C2H2
【板书设计】
一、一些典型分子的立体结构
（1） 甲烷分子的形成及立体构型
1. 杂化原子轨道
2. 常见的SP杂化过程
（1）sp3杂化
（2）SP杂化w.w.w.21世纪教育网.c.o.m
（3）sp2杂化
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