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人教版高中化學選修三第二章第二節分子的立體構型-烏

視頻標簽:分子的立體構型

所屬欄目:高中化學優質課視頻

視頻課題:人教版高中化學選修三第二章第二節分子的立體構型-烏

教學設計、課堂實錄及教案:人教版高中化學選修三第二章第二節分子的立體構型-烏魯木齊市第二中學

 
 
第二節 分子的立體構型 
(第1課時) 
一、知識與技能  
1、認識共價分子的多樣性和復雜性  2、初步認識價層電子對互斥模型;  
3、能用VSEPR模型預測簡單分子或離子的立體結構  
重 點:分子的立體結構;利用價層電子對互斥模型預測分子的立體結構 難 點:價層電子對互斥理論 二、教學步驟、內容  
【引入】我們前面一起學習了構成分子的共價鍵的相關知識,這節課我們一起來學習分子在三維空間的結構特征,也就是分子的立體構型。請同學們閱讀教材35頁,找出什么是分子的空間構型。 
【資料展示】老師在這里收集了一些常見分子的三維模型,我們一起來看看。 
如C02分子呈直線形,而H20分子呈V形,兩個H—O鍵的鍵角為105°,白磷的空間結構:磷原子位于正四面體的體心處,鍵角為60°,氨氣分子為三角錐形,
 
甲醛分子為平面三角形結構。甲烷分子為正四面體結構。 
我們能明顯的感受到,隨著構成分子的原子個數增加,分子的空間構型呈現出越來越復雜的趨勢。 
教材的第35和36頁展示了許多常見的分子空間構型特征,請大家閱讀教材,填寫表格,老師請兩位同學在黑板上寫出這幾種物質的電子式。 【多媒體展示】 
 
【講】這些分子的空間構型是如何獲得的呢?教材37頁的科學視野中向大家介紹了一種分子立體構型的測定方法:紅外光譜分析。 
分子中的原子不是固定不動的,而是不斷地振動著的。所謂分子立體結構其實只是分子中的原子處于平衡位置時的模型。當一束紅外線透過分子時,分子會吸收
 
                    
             
                    
                             
 
跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線,再記錄到圖譜上呈現吸收峰。通過計算機模擬,可以得知各吸收峰是由哪一個化學鍵、哪種振動方式引起的,綜合這些信息,可分析出分子的立體結構。  
【問】這種方法非常高效,但里離我們有點遠,大家接觸這種大型儀器的機會很少,那么,有沒有什么簡單的方法,能夠迅速預測一些簡單常見的分子的立體構型呢? 
【講】要想預測分子的空間構型,我們首先要了解影響分子空間構型的因素有哪些。在這節課剛開始的時候,我們一起欣賞了許多分子的空間模型圖,當時我們有個明顯感受,那就是分子空間構型的復雜程度和形成分子的原子個數正相關。 所以我們可以得到結論:影響分子空間構型的第一個因素,是與中心原子結合的原子個數。 
【講】如果把σ鍵視作骨骼,那么π鍵可以看作為皮肉,事實上,我們可以簡單認為中心原子與其它原子首先通過σ鍵結合在一起,那么,與中心原子結合的原子有幾個,這個分子中就有多少σ鍵。 
【問】知道分子中的σ鍵個數就能預測分子的空間構型了嗎?我們來一起看看C02 和H2O,這兩個分子都是三原子分子,與中心原子結合的原子都為兩個,但C02是直線型分子,而H2O是”V”字型的。問題出在哪里呢?請同學們注意觀察這兩個分子的電子式,有什么明顯的區別,C02的中心原子周圍無孤電子對。而H2O 的中心原子周圍有兩對孤電子對。 
【講】所以,中心原子周圍所含的孤電子對數也會影響到分子的空間構型。 同時考慮這兩個因素的影響,預測分子空間構型的方法,被稱作價層電子對互斥模型,簡稱VSEPR(Valence Shell Electron Pair Repulsion)模型。【講】運用VSEPR模型預測分子的空間構型包括兩個步驟: 1)首先是計算分子中心原子的價層電子對數目=σ電子對數 
2)然后計算中心原子包含的孤電子對數目=½(A原子價電子數±離子電荷數 -與中心原子結合的原子數目×該原子最多能接受的電子) 3)最后計算價層電子對數=σ電子對數+孤電子對數目 
【講】中心原子的價層電子對數目與分子的空間構型有如下關系: 
 
【講】我們以甲烷為例: 
甲烷分子的σ電子對數=4,孤電子對數=½(4 -4×1)=0; 則甲烷分子的價層電子對數=4+0=4; 
對照表格,可知甲烷分子的空間構型為四面體,與甲烷分子的實際空間構型一致。 【問】為什么分子的空間構型與中心原子的價層電子對數呈上述關系?我么還以甲烷為例。我們看甲烷的結構式,看起來是個平面正方形,對稱度很高,看起來也很和諧,為什么甲烷分子實際空間構型卻是正四面體。我們通過一個小實驗來分析一下。 
【演示】取四個圓氣球,視作為甲烷分子的四個氫原子,將氣球扎起來,拋向空中,氣球自發得形成正四面體結構。 
【問】為什么會這樣呢?我們觀察一下,氣球之間是相互擠壓排斥的。現在我們把目光放回到價層電子對互斥理論上。我們看看這個概念: 
價層電子對  互斥理論 
有兩個關鍵詞,價層電子對數,互斥,兩個化學鍵互斥會形成怎樣的結果呢?是
 
                    
             
                    
                             
 
彼此間夾角更大,還是更小呢?顯然,互斥的結果是化學鍵的夾角更大。正四面體結構中C-H鍵的夾角為109°28′,平面正方形結構中C-H鍵的夾角為90°,顯然前者更穩定。 
【講】下面我們來討論分子的理論空間模型與實際空間模型的關系。請同學們運用剛才所學VSEPR理論分析并填表。 
【結論】 中心原子無孤對電子,其分子立體結構與VSEPR模型相同。 
【結論】中心原子有孤對電子,其分子立體結構為VSEPR模型略去孤對電子占據位置后的立體結構。 
【牛刀小試】請同學們運用今天所學,預測下列分子或離子的空間構型。 
 
                    
             
                    
                             
 
【講】如果討論的是離子,則應加上或減去與離子電荷相應的電子數。如PO43-中P原子價層電子數就加上3,而NH4+ 中N原子的價層電子數應減去1  【小結】這節課我們一起學習了價層電子對互斥理論,用于預測分子的空間構型,中心原子的價層電子對數與分子的空間構型存在以下關系。 
 
中心原子無孤對電子,其分子立體結構與VSEPR模型相同。 
中心原子有孤對電子,其分子立體結構為VSEPR模型略去孤對電子占據位置后的立體結構。

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