人教新课标 选修三 分子结构与性质 整章教案.docx
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人教新课标选修三分子结构与性质整章教案
2-1共价键
【教学目标】之知识与技能
1、复习化学键的概念，能用电子式表示常见物质的离子键或共价键的形成过程
2、知道共价键的主要类型σ键和π键和σ键和π键的明显差别和一般规律
3、能用键参数——键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质
4、能举例说明“等电子原理”的含***义及应用
【教学目标】之过程与方法
1、通过制作原子轨道模型的方式来帮助学生理解σ键和π键的特征
2、运用类比、归纳、判断、推理的方法理清各概念的区别与联系，让学生熟悉掌握各知识点的共性和差异性
【教学目标】之情感态度与价值观
1、在分子水平上进一步形成有关物质结构的基本观念，能从物质结构决定性质的视角解释分子的某些性质，并预测物质的有关性质，体验科学的魅力，进一步形成科学的价值观
【教学重点】
1、σ键和π键的特征和性质
2、用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质
【教学难点】
【教学方法】指导阅读法、讨论归纳法、讲练结合法、类比、制作模型等
【课时安排】4课时
第一课时
【复习提问】
一、共价键
1、定义：
原子间通过共用电子对形成的化学键
【学与问】请用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程
【思考与交流】为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3分子的形成？
【讲解】按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。
H原子、Cl原子都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，不能形成H3、H2Cl、Cl3分子
【思考与交流】我们学过电子云，如何用电子云的概念来进一步理解共价键？
2、价键理论
【讲解】我们以H2分子为例来说明共价键是如何形成的
【讲解】电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了
价键理论要点：
3、σ键
⑴σ键的形成过程
①s-sσ键的形成：
成键原子的s电子“头碰头”重叠形成
②s-pσ键的形成：
成键原子的s电子与p电子“头碰头”重叠形成
未成对电子的原子轨道相互靠拢原子轨道相互重叠形成共价键
③p-pσ键的形成：
成键原子的p电子与p电子“头碰头”重叠形成
pxpx
未成对电子的原子轨道相互靠拢原子轨道相互重叠形成共价键
【问题探究】从σ键的三种形成方式来看，σ键是如何形成的？
⑵σ键的形成方式：
σ键是由成键原子的s电子或p电子沿轴方向“头碰头”重叠形成
【问题探究】仔细观察σ键的电子云图，它们有什么共同特点？
【讲解】以形成化学键的两原子核的连线作旋转操作，共价键的电子云图形不变，这种特征称为轴对称
⑶σ键的特征：
⑷σ键的分类：
【思考与交流】两个原子的p轨道以“头碰头”的方式重叠而成的是σ键，那么，两个原子的p轨道以“头碰头”的方式重叠外，还有没有其他的重叠方式？
如果有，那又是什么键？
4、π键
⑴π键的形成：
两个原子的p轨道以“肩并肩”重叠
【问题探究】仔细观察π键的电子云图，与σ键比较，它有什么特点？
【讲解】π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特征为镜像对称
【思考与交流】在我们已知的物质中，你知道哪些物质含有σ键？
哪些物质含有π键？
它们的活泼性如何？
【讲解】在我们已知的物质中，含有典型的σ键如烷烃（比如乙烷），通常烯烃、炔烃等的双键或三键中就含有π键。
总的来说，烷烃的性质比较稳定，而烯烃、炔烃的双键或三键不稳定，容易断裂而发生化学反应，所以一般来说，π键不如σ键牢固，容易断裂。
因此含有π键的乙烯、乙炔比只有σ键的乙烷容易发生化学反应
⑵π键的特征：
5、价键轨道：
由原子轨道相互重叠形成的σ键和π键总称价键轨道
【小结】
1、价键理论要点：
2、σ键：
3、π键：
形成：
4、由原子轨道相互重叠形成的σ键和π键总称价键轨道
【作业】
第二课时
【复习】σ键与π键是如何形成的？
它们各有什么特点？
【思考与交流】根据σ键与π键的形成方式及其轨道重叠程度看，它们的稳定性如何？
6、σ键与π键比较：
一般π键不如σ键牢固
【思考与交流】我们知道一个物质是共价化合物，怎么才知道哪些共价键是σ键，哪些是π键呢？
7、σ键与π键判断规律：
一般：
【讲解】以上由原子轨道相互重叠形成的σ键和π键总称价键轨道，是分子结构的价键理论中最基本的组成部分。
一般地，我们把形成σ键的电子叫作σ电子，形成π键的电子叫作π电子
【科学探究】已知氮分子的共价键是三键（N≡N），你能模仿图2－1、图2－2、图2－3，通过画图来描述吗？
8、共价键的特点：
【科学探究】钠和氯通过的是电子同样是形成电子对，为什么这对电子不被钠原子和氯原子公用形成共价键而形成离子键呢？
你能从原子的电负性差别来理解吗？
讨论后请填写教材P30的表，然后分析归纳出形成离子键和形成共价键的规律
【结论】当原子的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是离子键；而共价键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
一般地：
9、共价键形成条件
【科学探究】乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成？
（见教材）
【结论】
第三课时
二、键参数——键能、键长与键角
【讲解】原子失去电子要吸收能量，反过来，原子吸引电子要放出能量。
因此，原子相互结合形成共价键，要放出能量，由此我们就有了键能的概念。
所谓键能，就是指气态基态原子形成1mol化学键时释放的最低能量。
1、键能
⑴定义：
气态基态原子形成1mol化学键时释放的最低能量
【讲解】反过来说，破坏1mol化学键形成气态基态原子所需的最低能量也就是。
如形成1molH—H键释放的最低能量为436.0kJ，形成1molN≡N键释放的最低能量为946kJ，那么，它们对应的键能就是：
H—H为436.0kJ/mol，N≡N为946kJ/mol。
⑵单位：
kJ/mol
【问题探究】清大家分析表2－1《某些共价键的键能》，结合物质的稳定性进行比较，看看键能与物质稳定性之间有何关系？
【讲解】对比H－H、F－F、Cl－Cl等，以及H－F、H－Cl、H－Br、H－I键等的键能来看，各物质的键能都随着其稳定性增强而增强。
所以有，键能越大，形成化学键时释放的能量越多，意味着这个化学键越稳定，越不容易被破坏，因此，该物质就越稳定
⑶规律：
键能越大，键越稳定
【讲解】两个原子在形成共价键时，两个原子核之间总是有一定的距离，这个距离我们称之为键长
⑷应用：
计算化学反应的反应热：
△H＝∑E反－∑E生
2、键长
⑴定义：
形成共价键的两原子核之间的距离
⑵单位：
pm（1pm＝10－12m）
【问题探究】键长也是衡量共价键稳定性的一种依据，请根据P31的表2－2《某些共价键的键长》数据，根据物质的稳定性分析其对应键长的递变规律
⑶规律：
键长越短，键越稳定
【思考与交流】试利用P32的表2－1的数据进行计算，1molH2分别根1molCl2、Br2（蒸汽）反应，分别形成2molHCl、HBr分子，哪一个反应释放的能量更多?
如何用计算的结果说明HCl分子和HBr分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？
【讲解】形成2mo1HCl释放能量：
2mol×431.8kJ/mol-（436.0kJ/mol+242.7kJ/mol）=184.9kJ/mol形成2mo1HBr释放能量：
2mol×366kJ/mol-（436.0kJ/mol+193.7kJ/mol）=103.0kJ/molHCl释放能量比HBr释放能量多，因而生成的HCl更稳定，即HBr更容易发生热分解生成相应的单质
【思考与交流】N2、O2、F2根H2的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解？
【讲解】键能大小是：
F－H＞O－H＞N－H
【思考与交流】通过上述例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？
【结论】键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性质越活泼
【阅读】请大家阅读《资料卡片》，看看什么是共价半径？
它与共价键的键长有什么关系？
⑷共价半径：
相同原子的共价键键长的一半
3、键角
⑴定义：
两个共价键之间的夹角
【思考与交流】共价键要形成键角，需要什么条件？
为什么共价键之间会形成键角？
【讲解】在分子中，共价键之间要形成键角，至少需要两个共价键，也就是说，至少需要三个原子才能形成键角；共价键之间之所以形成键角，原因是共价键本身具有方向性
⑵意义：
多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性
⑶作用：
【讲解】键能、键长以及键角都是用来描述化学键性质的一些参数，叫作键参数
4、键参数：
键能、键长、键角
5、等电子原理
【思考与交流】请分析表2－3的数据，为什么CO与N2的性质有许多相似之处？
【讲解】从表中来看，CO与N2的熔点、非典、溶解度以及分子的离解能都非常的相近，这说明它们的性质相似。
之所以它们的性质具有一定的相似性，是因为它们就有相等的价电子总数，导致它们具有相似的化学结构，我们把这个叫作等电子原理
⑴等电子体：
的分子
⑵等电子原理：
原子总数、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质具有相似性
【科学视野】请大家仔细阅读教材的《科学视野》，看看科学家在实验室是如何测定分子的结构的
【小结】
【作业】P34习题：
2、3、4、5
2-2分子的立体构型
【教学目标】之知识与技能
1、认识共价分子的多样性和复杂性；认识杂化轨道理论的要点；初步认识价层电子对互斥模型
2、了解杂化轨道概念的基本思想，并能用杂化轨道知识解释甲烷、乙烯、乙炔、氨、苯等分子中共价键的成因及立体构型。
3、配位键、配位化合物的概念；配位键、配位化合物的表示方法
4、认识分子的极性与分子构型的关系.了解“手性分子”在生命科学等方面的应用。
【教学目标】之过程与方法
1、利用分子模型和多媒体辅助教学展现分子的立体结构，并动态演示SP型杂化轨道，帮助并加深学生对杂化轨道理论的理解；
2、通过具体实例BeCl2、BF3、CH4等中心原子的杂化轨道和分子的空间构型，使学生理解杂化轨道的空间排布与形成分子的立体构型的关系。
【教学目标】之情感态度与价值观
1、宏观的秩序与和谐源于微观的规则和对称，使学生对微观世界有更深刻的理解，激发学生探索科学的兴趣；
2、通过对鲍林的介绍，让学生学会赞赏科学家的杰出成就，培养他们崇尚科学的精神。
【教学重点】
【教学难点】
【课时安排】4课时
第一课时
【阅读】请仔细阅读教材P35～P39的内容
一、形形色色的分子
【学与问】在O2、HCl这样的双原子分子中存在分子的立体结构问题吗？
何谓“分子的立体结构”？
【讲解】所谓“分子的立体结构”指多原子构成的共价分子中的原子的空间关系问题。
对于双原子分子而言，它们永远都只有两个核，所以是直线形，不存在立体结构问题
【思考与交流】大家阅读了教材，就会发现：
同样为三原子分子的CO2和H2O，四原子分子的NH3和CH2O，为什么它们的空间结构不同？
【科学探究】同为三原子分子或四原子分子，分子的空间构型为什么不同？
【探究1】写出H、C、N、O原子的电子式，讨论分别可以形成几个共价键
原子
H
C
N
O
电子式
H·
·
·C·
·
‥
·N·
·
‥
·O·
‥
可形成共用电子对数
1
4
3
2
【探究2】写出CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的电子式、结构式并根据电子式、结构式推测其分子的空间构型；分析其电子式的中心原子价电子层电子对成键情况
1、中心原子
【讲解】对ABn型分子，B围绕A成键，则A为中心原子，n值为中心原子结合的原子数
2、孤对电子：
未用于形成共价键的电子对
【讲解】氮原子和氢原子形成氨分子时，N提供3个未成对电子与3个H形成3对共用电子对，还有1对电子未与其他原子共用，这对电子就称为孤对电子
代表物
电子式
结构式
中心原子结合的原子数
中心原子孤对电子对数
空间构型
比例模型
CO2
‥‥
︰O∷C∷O︰
O＝C＝O
2
0
直线
H2O
‥
H︰O︰H
‥
O
HH
2
2
V形
HCHO
︰O︰
∷
H︰C︰H
O
‖
H－C－H
3
0
平面三角形
NH3
‥
H︰N︰H
‥
H
H－N－H
︱
H
3
1
三角锥形
CH4
H
‥
H︰N︰H
‥
H
H
︱
H－C－H
︱
H
4
0
正四面体
【思考与交流】请你试总结分子的空间构型各不同的原因。
【讲解】经分析、比较可知，由于中心原子的孤对电子对占有一定的空间，对其他成键电子对存在排斥力，影响其分子的空间结构
【总结】由于分子中的成键电子对及中心原子上的孤对电子对相互排斥，结果趋向尽可能彼此远离，以减小排斥力，从而影响了分子的空间构型
二、价层电子对互斥理论——VSEPR
1、定义：
中心原子价电子层电子对（包括成键电子对和未成键的孤对电子对）的互相排斥作用，使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，即分子尽可能采取对称的空间构型
2、价层电子对
⑴指分子中的中心原子上的电子对，包括：
【思考与交流】我们如何才知道分子的中心原子上有几个孤电子对呢？
⑵电子对数的确定
①σ键电子对：
由分子式确定
【讲解】分子中中心原子形成了几个σ键就有几对σ键电子对。
如H2O分子的中心原子O原子，O有2对σ键电子对，CH4中心原子C原子，C有4对σ键电子对
②孤电子对
【讲解】对于化学式为ABx，计算方法为：
孤电子对数＝
（a－xb）
a：
中心原子的价电子数
b：
与中心原子结合的原子最多能接受的电子数
x：
与中心原子结合的原子数
【思考与交流】以S和P为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它的价电子数
元素
周期表中位置
价电子数
结论
S
第三周期，ⅥA族
6
价电子数＝主族的族序数
P
第三周期，ⅤA族
5
【思考与交流】以N和Cl为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它最多能接受的电子数
元素
周期表中位置
价电子数
最多能接受的价电子数
结论
N
第三周期，ⅥA族
6
2
b＝8－价电子数
Cl
第三周期，ⅤA族
5
3
【练习】请完成下表中的内容
分子
中心原子
a
x
b
中心原子上的孤电子对数
H2O
O
6
2
1
2
CO2
C
4
2
2
0
NH3
N
5
3
1
1
【练习】请计算NH4+、CO32－中的中心原子的孤电子对数
离子
中心原子
a
x
b
中心原子上的孤电子对数
NH4+
N
5－1=4
4
1
0
CO32－
C
4+2=6
3
2
0
③中心原子孤电子对的算法：
ABx：
中心原子孤电子对数＝
（a－xb）
⑶价层电子对数的确定
价层电子对数＝中心原子σ键电子对数+中心原子孤电子对数
【练习】请根据CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子式，完成下表：
离子
中心原子
a
x
b
中心原子上的孤电子对数
价层电子对数
CO2
C
4
2
2
0
2
H2O
O
6
2
1
2
4
HCHO
C
4
3
12
0
3
NH3
N
5
2
1
1
4
CH4
C
4
4
1
0
4
SO32－
S
6
3
2
1
4
NO3－
N
5
3
2
0
3
SO42－
S
6
4
2
0
4
【小结】1、由于成键电子对、孤电子对的之间的排斥作用，使分子具有一定的立体构型
2、分子中孤电子对的求法：
ABx：
孤电子对数＝
（a－xb）
3、价层电子对数＝σ键电子对数+孤电子对数
【作业】状元之路
第二课时
【复习】
【思考与交流】根据价层电子对互斥理论，价层电子对数与其在空间的分布有什么关系？
3、价层电子对在空间的分布——VSEPR模型
电子对数
2
3
4
不要求
5
6
电子对构型
空间结构
直线
平面三角形
正四面体
三角双锥
正八面体
4、价层电子对互斥理论对分子立体构型的推测
【思考与交流】一个分子一般有几个价层电子对，但由于存在孤电子对，所以分子的空间构型与价层电子对的空间构型存在一定的差异。
如何来根据价层电子对的空间构型来推测分子的立体结构呢？
【科学探究】完成下表内容，归纳确定分子或离子的立体构型的方法
分子或离子
中心原子上的孤电子对数
分子或离子的价层电子对数
VSEPR模型（价层电子对构型）
VSEPR
模型名称
分子或离子的立体构型
分子或离子的立体构型名称
CO2
0
2
直线形
直线形
SO2
1
3
平面三角形
V形
CO32－
0
3
平面三角形
BF3
0
3
SO32－
1
4
正四面体形
三角锥形
NH3
1
4
NH4+
0
4
正四面体形
CH4
0
4
【结论】确定分子立体构型的方法
【科学探究】请根据上表，分析价层电子对数相同的分子其立体构型是否相同？
其价层电子对构型是否相同？
又是什么原因引起了其分子的立体构型不同？
价层电子对数
有无孤对电子
代表物
中心原子结合的原子数
分子类型
空间构型
2
无
CO2
2
AB2
直线形
3
无
BF3
3
AB3
平面三角形（120°）
有
SO2
2
AB2
V形
4
无
CH4
4
AB4
正四面体形
NH4+
有
NH3
3
AB3
三角锥形
SO32－
H2O
2
AB2
V形
【归纳】
【讲解】对于分子中有双键、叁键等多重键时，使用价层电子对理论判断其分子构型时，双键的两对电子和叁键的三对电子只能作为一对电子来处理。
或者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时，不包括π键电子。
【练习】根据价电子对互斥理论，推测下列粒子的立体构型
化学式
中心原子孤对电子数
中心原子结合的原子数
空间构型
HCN
0
2
直线
SO2
1
2
V形
NH2－
2
2
V形
BF3
0
3
平面三角形
H3O+
1
3
三角锥
SiCl4
0
4
正四面体
CHCl3
0
4
四面体
SO42－
0
4
正四面体
【小结】价层电子对互斥理论推测分子立体构型的方法
【作业】P44习题：
1《状元之路》第一课时
第三课时
【科学探究】写出C原子电子排布的轨道表示式，并由此推测：
CH4分子的C原子有没有可能形成四个共价键？
怎样才能形成四个共价键？
【讲解】C原子的电子排布的轨道表示式为：
↑↓
↑
↑
，只有2个未成对电子，因此只能形成2个共价键。
要形成4个共价键，则必须2s上的两个电子也分别与其它原子成键
【科学探究】如果C原子就以1个2s轨道和2个2p轨道上的单电子，分别与四个Ｈ原子的1s轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？
这与CH4分子的实际情况是否吻合？
【讲解】按照价键理论，CH4的4个C－H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个互相垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们根4个氢原子的的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体的CH4分子
【问题探究】如何才能使CH4分子中的C原子与四个H原子形成完全等同的四个共价键呢？
【讲解】杂化轨道理论是鲍林提出了“轨道杂化”理论来解释分子的空间构型
三、杂化轨道理论——解释分子的立体构型
1、定义：
同一原子中能量相近的某些原子轨道，在成键过程中重新组合成一系列能量相等、数目相同的新轨道，从而改变了原有轨道的状态的过程
2、杂化轨道：
原子在重新组合成新的能量相等的新轨道，称为杂化轨道
3、研究对象：
非过渡元素，由于其ns、np能级比较接近，往往采用sp型杂化
4、杂化过程：
（以C与H形成CH4为例）
⑴sp3杂化
【讲解】碳原子的2s能级与2p能级的三个轨道进行杂化后，得到4个完全相同的轨道，根据价层电子对互斥理论可知，这4个轨道的电子要排斥力最小，其在空间的分布就只能是正四面体形，所以当H原子跟它们成键的时候，也只能从这四个方向成键，所以CH4分子为正四面体形
⑵sp2杂化
【讲解】sp2杂化是由1个s轨道和2个p轨道杂化而得到3个完全相同的轨道，根据价层电子对互斥理论可知，只有这3个轨道处于平面三角形结构时，其排斥力才最小，所以三个轨道的夹角为120°的平面三角形杂化轨道。
⑶sp杂化
【讲解】sp杂化是由1个s轨道和个p轨道杂化而得到3个完全相同的轨道，根据价层电子对互斥理论可知，只有这2个轨道处于直线结构时，其排斥力才最小，所以2个轨道的夹角为180°的直线杂化轨道。
【思考与交流】确定BF3和H3O+的中心原子的杂化轨道类型
【结论】杂化轨道只用于形成σ键或容纳孤对电子，未杂化的p轨道则形成π键
5、杂化轨道类型及其空间结构
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道
1s+1p
1s+2p
1s+3p
杂化轨道数
2个sp杂化轨道
3个sp2杂化轨道
4sp3杂化轨道
杂化轨道间夹角
180°
120°
109°28′
空间构型
直线
正三角形
正四面体
实例
BeCl2、C2H2、CO2
BF3、C2H4
CH4、CCl4
【思考与交流】对一个具体的分子，我们如何确定它的杂化类型？
【结论】杂化轨道数＝
＝价层电子对数（不包括π键）
【练习】用杂化轨道理论分析下表中分子的空间构型。
物质
价层电子对数
杂化轨道数
杂化类型
杂化轨道空间构型
分子空间构型
CO2
2
2
sp
直线
直线形
H2O
4
4
sp3
正四面体
V形
C2H2
2
2
sp
直线
直线形
C2H4
3
3
sp2
平面正三角形
平面正三角形
HCHO
3
3
sp2
平面正三角形
平面三角形
HCN
2
2
sp
直线
直线形
SO3
3
3
sp2
平面正三角形
平面正三角形
【小结】杂化理论：
【作业】教材P44习题：
1、2、3
第四课时
【实验探究】演示实验2－1，观察发生的现象并完成P41的表
物质
CuSO4
CuCl2·2H2O
CuBr2
NaCl
K2SO4
KBr
固体颜色
白色
绿色
深褐色
白
白色
白色
溶液颜色
蓝色
蓝色
蓝色
无色
无色
无色
【思考与交流】前三种溶液呈蓝色大概与数目
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