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spsp2sp3*dsp3或sp3d-三角双锥90、120PCl5*d2sp3或sp3d2-八面体90、180SF6思考、讨论NH3、H2O分子中键角分另为10718、104.5，与10928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10928，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10928。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BeCl2CO2BF3CH4NH4+H2ONH3PCl32. 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、CO2n=3平面三角形BF3、BCl3n=4四面体CH4 、NH4+n=5dsp3或sp3d三角双锥90、120PCl5三角双锥90、120n=6d2sp3或sp3d2八面体90、180SF6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120SO2、PbCl22211V型V型119.5-n=4正四面体10928H2O、NH32321V型、三角锥型104.5、10718*n=5三角双锥90、120XeF223直线型180*n=6正八面体90、180XeF4XeOF44521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CS2 NCl3 SO42- NO3- SO3 H3O+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1165。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 。AH2OBCO2 CSO2DBF3 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: 61/6=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 120800 几几十 （kJmol-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10928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