資源簡介

4.1分子的空間結構(第2課時)
一、核心素養發展目標
1、了解價層電子互斥模型，通過對價層電子互斥模型的探究，建立判斷分子空間結構的思維模型；
2、了解等電子體的概念及判斷方法，能用等電子體原理解釋物質的結構和某些性質。
二、教學重點及難點
重點 價層電子互斥模型
難點 分子空間結構的判斷
三、教學方法
講授法、討論法
四、教學工具
PPT、視頻、相關的球棍模型
五、教學過程
【展示】二氧化碳、水、氨氣和甲烷的空間結構圖及相關數據。
【問】CH4、NH3、H2O分子中，中心原子形成什么類型的雜化軌道？請寫出氨氣中N的電子軌道式及雜化過程。
【生】獨立完成N的電子軌道式及雜化過程。
【展示】氮原子sp3雜化過程
【講述】氮原子的3個sp3雜化軌道與3個氫原子的1s原子軌道重疊形成3個N-H σ鍵，其中1個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
孤電子對：未用于形成共價鍵的電子對
【問】請寫出水中氧原子的電子軌道式及雜化過程。
【生】獨立完成氧原子的電子軌道式及雜化過程。
【展示】氧原子sp3雜化過程
【講述】氧原子的2個sp3雜化軌道與2個氫原子的1s原子軌道重疊形成2個O-H σ鍵，其中2個sp3雜化軌道中占有孤電子對。
【展示】水、氨氣和甲烷的電子式、空間結構圖
【講述】由于中心原子的孤電子對占有一定空間，對其他成鍵電子對存在排斥力，影響其分子的空間結構。
分子的空間結構除了和中心原子與結合原子間的電子對有關，還和中心原子的孤電子對有關。
一、價層電子對互斥(VSEPR models)模型
【講述】內容:分子的空間結構是中心原子的“價電子對”相互排斥的結果。
分子中的價電子對（包括成鍵電子對和孤電子對）由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠離以減小斥力，分子盡可能采取對稱的空間結構
二、價電子對的計算
ABm型分子的價電子對計算方法
對于ABm型分子（A是中心原子，B是配位原子），分子的價電子對數可以通過下式確定：
n=（中心原子的價電子數+每個配位原子提供的價電子數×m）/2
其中：中心原子的價電子數：
對于主族元素，等于原子的最外層電子數，如：C為4個，N為5個；
對于陽離子，等于價電子數-離子電荷數，如：NH4+為5-1=4個；
對于陰離子，等于價電子數+|離子電荷數|，如：PO43- 為5+3=8個。
每個配位原子提供的價電子數：
作為配位原子，鹵素原子、氫原子提供1個價電子，氧原子和硫原子按不提供價電子計算；
作為中心原子，鹵素原子按提供7個價電子計算，氧族原子按提供6個價電子計算；
為與中心原子結合的原子最多能接受的電子數，H為1，
其他原子＝ 8－該原子的價電子數。 如：O為2、N為3（化合價數）
【展示】價電子對數、空間結構、價電子對（n）分布的幾何構型對應圖。
【講述】價電子對互斥模型（VSEPR模型）的用途
預測分子或離子的空間構型
步驟：價層電子對數＝σ鍵電子對數+孤電子對數，判斷VSEPR理想模型，略去孤電子對得到分子空間結構。
中心原子無孤電子對的分子：VSEPR理想模型就是其分子的空間結構。
若有：先判斷VSEPR理想模型，后略去孤電子對，便可得到分子的空間結構
【問】思考：CO2為什么不是直角形狀，而是直線型呢？
【生】CO2分子的價電子對數：n=（4+0×2）/2=2
CO2分子價電子對為2。這2對價層電子對之間彼此排斥，便得到了直線型的VSEPR模型，也就是二氧化碳分子的空間構型。
【講述】具有相同價電子對數的分子，中心原子的雜化軌道類型相同，價電子對分布的幾何構型也相同。
CH4、NH3和H2O分子的價電子對數都是4，中心原子均采取sp3雜化，價電子對分布的幾何構型均為正四面體。
如果分子中中心原子的雜化軌道上存在孤電子對，由于孤電子對比成鍵電子對更靠近中心原子的原子核，因而價電子對之間的斥力大小順序為：
孤電子對與孤電子對之間的斥力>孤電子對與成鍵電子對之間的斥力>成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力。
隨著孤電子對數目的增多，孤電子對對成鍵電子對的排斥作用增強，使得成鍵電子對與成鍵電子對之間的鍵角也被“壓縮”而減小。
CH4分子中C原子的雜化軌道上沒有孤電子對，NH3分子中N原子的雜化軌道上有1對孤電子對，H2O分子中O原子的雜化軌道上有2對孤電子對，因此CH4、NH3和H2O分子中鍵角依次減小。
【展示】常見分子或離子的分子或離子的空間結構判斷過程。
常見分子的價電子對互斥模型和空間結構圖。
三、等電子原理
【講述】1、等電子體：具有相同價電子數和相同原子數的分子或離子；
2、等電子體原理：具有相同的結構特征，性質相近
【展示】氮氣和一氧化碳的結構式及相關性質
【講述】3、等電子原理應用：可以判斷一些簡單分子或離子的立體結構。
核外電子總數不一定相同； 等電子體可以拓展到離子。
常見等電子體：
等電子原理應用：制造新材料等
晶體硅、鍺是良好的半導體材料，它們的等電子體磷化鋁（AlP）、砷化鎵（GaAs）也都是良好的半導體材料。
【課堂小結】師生一起回顧和總結。
1、價層電子對互斥理論
分子(或離子) 構型，主要取決于價電子對數
價層電子對數= σ鍵個數 + 孤對電子對數
2、常見分子、離子立體構型
價層電子對數→VSEPR模型→中心原子有無孤對電子→決定分子立體構型
3. 等電子體
原子總數、價電子總數相同的分子。
具有相似的化學鍵特征，許多性質相近。
【課堂練習】
1、多原子分子的立體結構有多種，三原子分子的立體結構有 形和 　　 形，大多數四原子分子采取 　　 　　 形和 　 形兩種立體結構，五原子分子的立體結構中最常見的是 　 形。
答案：直線 V 平面三角 三角錐 正四面體
2 、下列分子或離子中，不含有孤對電子的是 。 　　
A、H2O、 B、H3O+、 C、NH3、 D、NH4+
答案：D
3 、下列分子①BCl3、②CCl4、③H2S、④CS2中,其鍵角由小到大的順序為 。 　　
答案：③ ② ① ④
4、在BrCH=CHBr分子中,C—Br鍵采用的成鍵軌道是(　　)
A.sp-p B.sp2-s
C.sp2-p D.sp3-p
答案：D

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