2019-2020年高中化学《分子构型与物质的性质》教案1苏教版选修3.doc

2019-2020年高中化学 《分子构型与物质的性质》教案1 苏教版选修3
【学习目标】
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；
3.掌握价层电子对互斥理论，知道确定分子空间构型的简易方法；
4.了解等电子原理及其应用。
【学习重点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子空间构型的简易方法、等电子原理
【学习难点】杂化轨道理论、价层电子对互斥理论
【学习方法】讲解法、归纳法
【教学过程】
〖你知道吗〗
1.O原子与H原子结合形成的分子为什么是H2O，而不是H3O或H4O？
2.C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4，而不是CH2？CH4分子为什么具有正四面体结构？
3.为什么H2O分子是“V”型.键角是104.5°，而不是“直线型”或键角是“90°”？

一、杂化轨道理论（1931年，美国化学家鲍林L.Pauling提出）
1. CH4 —— sp3杂化
轨道排布式：

电子云示意图：

（1）能量相近的原子轨道才能参与杂化；
（2）杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向重叠，形成σ键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定，所以C原子与H原子结合成稳定的CH4，而不是CH2。
（3）杂化轨道能量相同，成分相同，如：每个sp3杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道；
（4）杂化轨道总数等参与杂化的原子轨道数目之和，如 个s轨道和 个p轨道杂化成 个sp3杂化轨道
（5）正四面体结构的分子或离子的中心原子，一般采取sp3杂化轨道形式形成化学键，如CCl4、NH4+等，原子晶体金刚石、晶体硅、SiO2等中C和Si也采取sp3杂化形式，轨道间夹角为 。

2. BF3 —— sp2杂化型
用轨道排布式表示B原子采取sp2杂化轨道成键的形成过程：

电子云示意图：

（1）每个sp2杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道；
（2）sp2杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ；
（3）中心原子通过sp2杂化轨道成键的分子有 、 等。

〖思考、讨论〗
根据现代价键理论即“电子配对理论”，Be原子外围电子排布式为2s2，电子已配对不能形成共价键，但气态BeCl2分子却能稳定存在，为什么？
3. 气态BeCl2—— sp杂化型
用轨道排布式表示Be原子采取sp杂化轨道成键的形成过程：

电子云示意图：

（1）每个sp杂化轨道占有 个s轨道、 个p轨道；
（2）sp杂化轨道呈 型，轨道间夹角为 ；
（3）中心原子通过sp杂化轨道成键的分子有 、 等。
〖思考〗为何不能形成气态BeCl4分子？

【例题选讲】
例1. 根据乙烯、乙炔分子的结构，试用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。

例2：试用杂化轨理论解释石墨、苯的结构

小结：请填写下表
表1 杂化轨道类型与杂化轨道空间构型
杂化类型
轨道成分
轨道空间构型
轨道间夹角
相关实例
sp

sp2

sp3

*dsp3或
sp3d
------

三角双锥
90°、120°
PCl5
*d2sp3或sp3d2
------

八面体
90°、180°
SF6

〖思考、讨论〗NH3、H2O分子中键角分另为107°18′、104.5°，与109°28′相差不大，由此可推测，N、O原子的原子轨道可能采取何种类型杂化？原子轨道间夹角小于109°28′，可能说明了什么问题？

二、价层电子对互斥理论（1941年西奇威克、吉来斯比等提出）
1. 价电子对：包括孤对电子对和成键电子对，一般孤对电子对离核较近。
2. 价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能远离，因此分子的空间构型受到影响，一般，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。
相邻电子对间斥力大小顺序：
孤对电子对孤对电子对>孤对电子对成键电子对>成键电子对成键电子对
*叁键叁键>叁键双键>双键双键>双键单键>单键单键
三、不等性杂化
NH3、H2O的分子构型也可通过不等性杂化解释，即中心原子的孤对电子也参与杂化，得到性质不完全等同的杂化轨道，轨道的s成分和p成分不全相同，孤对电子对较密集于氮原子或氧原子周围。由于孤对电子对的杂化轨道排斥成键电子的杂化轨道，以致轨道夹角不等，氨分子和水分子成键电子对之间的夹角都小于109°28′。水分子中的氧原子有两个孤对电子对，它的O-H键之间的夹角比氨分子中N-H键之间夹角受到的排斥力作用更大。

例3. BF3是平面三角型的几何构型，但NF3却是三角锥型的几何构型，试用所学理论加以说明。

四、确定分子空间构型的简易方法
1. 对于ABm型分子

（1）对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，
如：PCl5 中
（2）O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6；
（3）离子的价电子对数计算
如：NH4+ ： ； SO42- ：
例4. 计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表
物质
价电子对数
中心原子杂化轨道类型
杂化轨道/电子对空间构型
轨道夹角
分子空间构型
键角
气态BeCl2

CO2

BF3

CH4

NH4+

H2O

NH3

PCl3

2. 对于ABm型分子的空间构型(分子空间构型指不包括孤对电子对的空间的排布)
（1）价层电子对数=配位原子数时，分子空间构型与杂化轨道空间构型相同
价电子对数
中心原子杂化轨道类型
杂化轨道/电子对空间构型
轨道夹角
实例
分子空间构型
键角
n=2

直线型

气态BeCl2、CO2

n=3

平面三角形

BF3、BCl3

n=4

四面体

CH4 、NH4+

n=5
dsp3或
sp3d

三角双锥
90°、120°
PCl5
三角双锥
90°、120°
n=6
d2sp3或sp3d2

八面体
90°、180°
SF6
正八面体
90°、180°

（2）价层电子对数≠配位原子数时（一般存在孤对电子对），分子空间构型与杂化轨道空间构型不同，一般由于价层电子对之间的斥力不同导致。确定分子的稳定构型时应考虑三种电子对之间的排斥作用：一般孤对电子对间排斥作用数最少为最稳定构型，其次考虑孤对电子对-成键电子对排斥作用数，最后考虑成键电子对-成键电子对排斥作用数。
如：XeF4分子空间构型的确定：价层电子对为6，电子对构型为八面体，Xe的配位原子数为4，存在两对孤对电子对，分子空间构型可能存在以下两种：

（a） (b)
构型： （a） (b)
孤对电子对-孤对电子对排斥作用数： 0 1
孤对电子对-成键电子对排斥作用数： 8 6
成键电子对-成键电子对排斥作用数： 4 5
构型（a）比构型（b）的孤对电子对-孤对电子对排斥作用数少，因此，构型（a）是XeF4较稳定的空间构型。
说明：电子对空间构型与分子构型既有区别又有联系，分子构型可根据价层电子对互斥理论从电子对空间构型推导而得，此规律一般不适用于推测过渡金属化合物的几何构型，对极少数化合物判断也不准，如：CaF2、SrF2、BaF2，是弯曲型而不是预期的直线型。

表2 部分分子的空间构型与价层电子对空间构型

价电子对数
杂化轨道/电子对空间构型
轨道夹角
实例
成键电子对数
孤对电子对数
分子空间构型
键角
n=3

平面三角形
120°
SO2、
PbCl2
2
2
1
1
V型
V型
119.5°
----
n=4

正四面体
109°28′
H2O、NH3
2
3
2
1
V型、
三角锥型
104.5°、107°18′
*n=5

三角双锥
90°、120°
XeF2
2
3
直线型
180°
*n=6

正八面体
90°、180°
XeF4
XeOF4

4
5
2
1
正方形
四方锥形
90°
-----

例5： 用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型
①CS2 ② NCl3 ③SO42-

④NO3- ⑤SO3 ⑥H3O+

五、等电子原理
1. 规律内容：具有相同 和相同 的分子或离子具有相同的结构特征，某些物理性质也相似。如：CO与N2，SiCl4、SiO44-与SO42-
2. 等电子原理的应用
（1）判断一些简单分子或离子的立体构型；
（2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；
如 、 、 、 是良好半导体材料。
（3）利用等电子原理针对某物质找电子体；
例5：1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧做出特殊贡献的化学家。O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O3分子的结构如图，呈V型，键角116．5℃。三个原子以一个O原子为中心，与另外两个O原子分别构成一个非极性共价键；中间O原子提供2个电子，旁边两个O原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键——三个O原子均等地享有这4个电子。请从下列选项中选择合适的答案：中心原子与臭氧的中心氧原子的杂化轨道类型相同的有： 。与O3分子构型最相似的是 。
A．H2O B．CO2 C．SO2 D．BF3 E. NO2-

2019-2020年高中化学 《分子间作用力 分子晶体》教案1 苏教版选修3
[教学目标]
1．掌握三种不同类型晶体的结构和性质特点；掌握分子间作用力的概念,理解分子间作用力和化学键的区别, 理解分子间作用力对物质的物理性质的影响.
2．通过晶体的结构和性质的关系的讨论，认识本质和现象的关系。
3．由典型晶体的代表物归纳出晶体的基本结构特点和性质特点，学会归纳推理的思维
方法，通过对比不同类型晶体的结构和性质特点，理解晶体结构和性质的关系，学会类比推理。
[ 重 点 ] 三种不同类型晶体的结构和性质特点；分子间作用力的概念
[ 难 点 ] 离子晶体中阴、阳离子个数比的计算；分子间作用力与化学键的区别
[教学过程]
教师活动
学生活动
[引入]
[展示] 各种类型晶体的实物
氯化钠、胆矾、石英、硅晶体、碘、硫黄
提问：什么是晶体
[讲解] 晶体具有三维有序的结构
观察，思考
回答：晶体是物质经过结晶过程而形成的具有规则几何外形的固体。
[板书]
一、离子晶体
阴、阳离子间通过离子键结合所形成的晶体
如：NaCl，CsCl
笔记，理解
（1）构成微粒：阴、阳离子
（2）相互作用：离子键

[展示] 氯化钠晶体结构模型
[提问] 请同学们观察氯化钠的晶体模型，观察它的形状、每个钠离子周围有几个氯离子、每个氯离子周围有几个钠离子?
观察:
(1)基本形状: 立方体
(2)每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围有6个钠离子
[软件演示]
计算机三维动画模拟演示氯化钠的晶体结构, 突出显示每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围有6个钠离子
观察,理解
[讲解] 氯化钠晶体中, 钠离子和氯离子的个数比为1:1
理解:
每个钠离子周围有6个氯离子, 每个氯离子平均占有该钠离子的1/6; 每个氯离子周围有6个钠离子, 因此,每个氯离子平均占有的钠离子的个数为:
6×1/6=1
[强调] 在氯化钠晶体中, 不存在单个分子, NaCl称为化学式,只表示晶体中Na+和Cl-的个数比为1:1.
理解:
离子晶体中没有分子

[讲解] 在氯化钠晶体中, Na+可以从任意方向吸引Cl-,吸引Cl-的个数决定于Na+周围的空间大小, 若将Na+换成半径较大的Cs+,那么Cs+周围将可以吸引更多的Cl-.
请同学们观察计算机模拟的CsCl晶体结构模型
思考
[软件演示]
计算机三维动画模拟演示氯化铯的晶体结构, 突出显示每个Cs+周围有8个Cl-,每个Cl-周围有8个Cs+
观察，理解
在CsCl晶体中，Cs+和Cl-的个数比也是1：1
[讲解]
离子晶体的性质特点:熔沸点高,硬度大,熔融态和溶于水能导电.
[提问] 化学键的破坏是否一定发生化学变化?
倾听
回答：化学键的破坏不一定发生化学变化，如：NaCl熔融时，离子键被破坏，但没有发生化学变化
[板书]
二、分子晶体
[提问]
原子间可通过共价键构成分子,分子间有无相互作用?
回答：
分子之间存在相互作用，如：冰融化成水、水沸腾变成水蒸气均需要吸收能量，说明水分子之间存在相互作用，需要吸收能量克服分子间作用力。
[板书]
1.分子间作用力: 存在于分子间的相互作用,也称为范德华力
提问：冰的熔点为0℃，而NaCl的熔点为801℃，说明了什么？
笔记，回答：
说明水分子之间的相互作用力比NaCl中钠离子和氯离子之间的相互作用力要弱得多。
[讲解] 分子晶体的概念：分子通过范德华力结合所形成的晶体
理解：
（1）构成微粒：分子
（2）相互作用：分子间作用力（范德华力）
[讲解] 范德华力与化学键的比较
-------------------------------------
化学键 范德华力
-------------------------------------
存在范围 分子内, 晶体内 分子间
能量大小 120～800 几～几十
（kJ·mol-1）
-------------------------------------
倾听，理解
范德华力比化学键弱得多
[讲解] 影响范德华力大小的因素:
(1)分子量大小,分子量越大,一般分子间作用力越大.
(2)分子极性的大小,分子极性越强,分子间作用力越大,

理解：
（1）卤素单质，从F2到I2，熔沸点逐渐升高，说明分子间作用力逐渐增大。
（2）水的分子量小于硫化氢的分子量,但它的分子的极性很强,所以分子间作用力很强, 其熔沸点比硫化氢高得多.
[小结] 分子间作用力大小主要影响分子晶体的熔沸点
领悟
[展示] 干冰的晶体结构模型
[提问] 干冰晶体结构中的基本微粒是什么？
[再问] 干冰晶体中是不是只存在范德华力？

[三问] 干冰气化时，需要克服什么作用力？

观察，回答：
（1）干冰中基本微粒是二氧化碳分子
（2）不是，其分子间是以范德华力，但分子内存在共价键。
（3）在干冰气化时,只要克服范德华力,化学键并未被破坏，发生的是物理变化。
[小结]
（1）分子晶体的物理性质特点是：熔沸点低,硬度小
（2）分子晶体熔化或气化时,只需要克服范德华力，不破坏化学键
（3）多数非金属元素组成的单质和化合物固态时是分子晶体, 如:硫、碘等。
理解：
（1）熔沸点低、硬度小的原因是范德华力是弱的相互作用力
（2）离子晶体熔化时需要克服离子键
（3）一般，常温下是气体的物质，降温到其熔点以下，形成的结晶也是分子晶体。
[板书]
三. 原子晶体: 原子通过共价键连接形成的三维晶体
如：金刚石、晶体硅、石英（SiO2）等，展示晶体硅和石英的实物
笔记，观察，理解

[展示] 金刚石的结构模型
请同学们观察金刚石结构模型，归纳小结其结构特点。

观察
（1）碳原子间是以共价键结合,形成正四面体空间网状结构；
（2）最小的碳环为有六个碳原子
（3）键角为109°28’
[提问] 根据模型观察结果，思考原子晶体的构成微粒、相互作用是什么？

[强调] 在原子晶体中不存在分子
回答：
（1）构成微粒：原子
（2）相互作用：共价键
[讲解] 原子晶体的物理性质特点:
熔沸点高,硬度大,不溶于水.
如：金刚石的熔点为3550℃，是自然界硬度最大的固体，可用于做玻璃刀.
常见的原子晶体还有硅晶体、二氧化硅晶体等
[提问] 请思考原子晶体熔点高、硬度大的原因是什么？
倾听，理解

回答：原子晶体中原子间以共价键直接结合而成，由于共价键键能较大，因此，原子晶体熔点高、硬度大。
[展示] 石墨的结构模型
请同学们观察石墨结构模型，归纳小结其结构特点。

观察
（1）层状结构，层与层之间是通过范德华力结合
（2）层内为碳原子间以共价键结合形成正六边形平面网状结构
（3）最小的碳环有六个碳原子
（4）键角：120°
[讲解]
石墨的结构属于混合型晶体，层间以范德华力结合类似于分子晶体，层内以共价键结合类似于原子晶体，因此，其性质也是多重的。
请同学们阅读教材，归纳石墨的性质特点。
归纳：石墨的性质
（1）熔点高，类似于原子晶体
（2）硬度小，类似于分子晶体
（3）能导电，类似于金属

[小结]
石墨与金刚石都是由碳原子直接构成的单质, 它们之间的区别在于晶体内原子间的排列方式不同,它们之间互为同素异形体.
倾听，理解
同素异形体:同种元素组成的不同单质之间互为同素异形体
晶体类型
离子晶体
分子晶体
原子晶体
构成微粒
阴、阳离子
分子
原子
相互作用
离子键
范德华力
共价键
性质特点
熔沸点较高
硬度较大（脆）
均为电解质
熔沸点较低
硬度较小

熔沸点很高
硬度很大
不溶于水
举例
氯化钠
干冰
金刚石

[小结] 晶体类型

[小结] 原子构成物质的基本方式

┌得失电子─→阴、阳离子──（离子键）─→离子晶体
│ ┌→ 原子晶体
原子─┼→共用电子（共价键）┤
│ └ 分子──（范德华力）─→分子晶体
├→ 金属键(金属原子)──→金属晶体
└稀有气体原子(单原子分子) ──（范德华力）─→稀有气体分子晶体

[随堂检测]
(1）下列说法正确的是 （ ）
（A）分子晶体中只存在范德华力
（B）化学键被破坏,则物质一定发生化学变化
（C）非金属单质分子中一定存在共价键
（D）在离子晶体中可能存在共价键
(2）下列各组物质气化或熔化时, 所克服的微粒间的作用属于同种类型的是 （ ）
(A)碘和干冰升华 (B)二氧化硅和氧化钙熔化
(C)氯化钠和氯化铯的熔化 (D)水的气化和烧碱的熔化
(3）已知物质的熔点数据：NaCl 801℃，MgCl2 710℃，AlCl3 180℃，根据上述数据，判断AlCl3晶体类型可能是 （ ）
(A)分子晶体 (B)原子晶体 (C)离子晶体

[随堂检测答案] (1)D (2)AC (3）A