高中化学 2.2.1共价键与分子的空间构型教案 鲁教版选修3

第二章 化学键与分子间的作用力第二节 共价键与分子的空间构

型第一课时

【教学目标】

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】

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】

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】

采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学 【教学过程】 【课题引入】

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。

1

【板书】

一、一些典型分子的空间构型 （一） 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l09．5o，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2s2p，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】

为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论， 【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sp杂化轨道，这些sp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sp杂化外，还有sp 杂化和sp杂化，sp 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

2

3

2

2

3

3

2

2

（1）sp杂化

3

【阐述】

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sp杂化形成的四个杂化轨道则称为sp杂化轨道。鲍林还根据精确计算得知每两个sp杂化轨道的夹角为l09．5o。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】

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sp杂化

3

1

3

3

3

直线型（BeCl2） 【交流与讨论】

用杂化轨道理论分析乙炔分子的成键情况 （3）sp杂化

2

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2s2p，，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90o。但是，实验测得氨分子中N—H键的键角为107．30o。试解释其中的原因，并与同学们进行交流。 【阐述】

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

4

2

3

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】

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 CH2O C2H2 【板书设计】

一、一些典型分子的立体结构 （一） 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 （3）sp2杂化

5