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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3《物質結構與性質》第二章第二節分子的立體構型第一課時-四川省優課
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分子的立體構型 （第1課時）
【教材分析】
本節課選自人教版高中化學選修3《物質結構與性質》第二章第二節分子的立體構型第一課時。本節課是學生在學習了共價鍵的基礎上為進一步解釋分子的立體構型而學習“價層電子對互斥理論”，并以此理論為基礎認識幾種常見分子的立體構型，用VSEPR模型預測簡單分子或離子的立體結構。本節課的學習將更有利于學生正確認識分子構型，進一步體會物質結構與性質的內在聯系。
【學情分析】
學生在第一節中已經學習了核外電子排布和共價鍵的相關知識，這些都為本節課的學習打下知識基礎。但是分子的立體構型和“價層電子對互斥理論”較為抽象，學生的學科思維較為生疏，因此在本節課的教學中教師要充分利用模型、圖片、討論等多種形式引導學生完成本節課的學習。
【教學目標】
知識與技能：1.正確理解價層電子對互斥理論
2.學會運用價層電子對互斥理論預測分子（離子）的立體構型 過程與方法：1.通過探究分子的立體構型，培養空間想象能力
2.通過價層電子對互斥理論的學習，提升化學理論素養 情感態度價值觀：1.體驗科學探究的樂趣
2.培養獨立思考、積極進取的精神和嚴謹的科學態度
【重難點】
重點：1.常見分子的立體構型 2.價層電子對互斥理論 難點：價層電子對互斥理論
【教學設計】
引課 三個活動元 小結
活動三：感受分子的立體構型
活動一：探秘分子的立體構型
活動二：理解價層電子對互斥理論
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【引課】由反應停事件引課
正如PPT上所展示的，分子的構型豐富多彩，千變萬化。分子是微觀的，我們肉眼看不到分子的構型，但它卻與我們生活息息相關。
給大家講一個故事，有關反應停事件：1956年上市的一種名為沙利度胺的鎮靜劑，它對減輕婦女懷孕早期出現的惡心、嘔吐等反應有非常有效的作用。但當時由于孕婦服用了該藥物，在美國日本等地誕生了12000多例像海豚一樣的嬰兒，這種嬰兒手腳比正常人短，甚至沒有手腳。為什么一種鎮定劑能帶來如此嚴重的后果呢？后來人們發現，在這種鎮靜劑的使用過程中出現了另一種跟它分子式相同，但立體構型非常相似的分子，這種結構的分子就是導致嬰兒畸形的罪魁禍首！由此可以看到，分子的立體構型對其性質有著很大的影響。
提問：那如何確定分子的立體構型呢？通過本節課的學習，希望我們能共同解答這個問題！
【活動一】 探秘分子的立體構型
1.運用氣球模型感知電子對的互斥 ★探秘CH4的分子構型
問題一、CH4是什么立體構型的分子？
學生拼模型：我先介紹模型的使用方法，讓學生拼出CH4的球棍模型，并分析這個模型所代表的含義，同時回答CH4是正四面體形分子。 問題二、CH4是正四面體構型的本質原因是什么？
提問：為什么CH4的立體構型是正四面體形而不是平面正方形呢？學生寫出CH4
的電子式。
提問：在CH4分子內一共有多少對共用電子對？學生回答：4對。 提問：這4對共用電子對之間存在什么作用力？學生回答：排斥力。 提問：這4對共用電子對相互排斥的結果是什么？學生思考 那我們先用氣球模型來感受一下！
氣球模型演示：我們用這個氣球模型（正四面體形）代表CH4，C位于這個模型的中間，每個氣球代表C、H形成的共用電子對。如果CH4是平面正方形，那它能穩定存在嗎？我展示平面正方形的氣球模型，并讓學生輕輕晃動氣球，可以看到平面構型被破壞，取而代之的是正四面體形。讓另一位學生晃動正四面體形的氣球模型，它不會重新回到平面正方形，依然保持正四面體的結構。
提問：以上現象說明了什么？學生回答：說明CH4的平面正方形結構沒有正四面體結構穩定。
提問：為什么正四面體形更穩定呢？是什么作用力使得CH4以正四面體形結構穩定存在？講：氣球之所以由平面正方形變為正四面體形，是因為氣球之間會（略停頓，讓學生思考）互相（這里也可以略停頓，讓學生思考）排擠（或排斥）。
提問：這類似于共用電子對之間的什么作用力？學生回答：排斥力。 提問：要使CH4處于一種最穩定的狀態，電子對之間的排斥力要最大還是最小？學生回答：最小。繼續提問：那電子對之間的距離就要盡量保持最遠還是最近？學生思考后回答：最遠。
提問：4對電子相互排斥，怎樣的結構才能使電子對之間的距離都達到最遠？借助氣球模型讓學生感受電子對之間的排斥力，并理解要使四對電子的距離都達到
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最遠，電子對在空間必然以正四面體的結構排布，且夾角為109。28、
，再次借助平面正方形氣球模型分析，從而說明平面正方形不夠穩定的原因。 總結：分子的構型是受分子內共用電子對之間排斥力的影響。 提問并總結：
分子內有4對共用電子對時，分子的空間立體構型是正四面體形，如果分子內有3對共用電子相互排斥時，其作用的結果又是什么？ （平面三角形，氣球模型展示）
如果2對共用電子相互排斥，穩定結構是什么？（直線形） 2.通過書寫電子式理解價層電子 ★探秘NH3的立體構型
問題一、NH3是什么立體構型的分子？
學生用模型拼出NH3的球棍構型，并分析模型所代表的含義，同時回答NH3是三角錐形分子。
問題二、為什么NH3不是平面三角形分子？
提問：又是什么作用力在排斥？學生在學案上寫出NH3的電子式，觀察到孤電子對的存在：N、H之間一共形成了三對共用電子對，N上還有一對沒有參與成鍵的電子，我們將它稱為孤電子對。提問：孤電子對對分子的構型有沒有影響？學生回答：有影響。
提問：孤電子對是如何影響分子的構型？提示：如果不考慮孤電子對，NH3應該是什么構型？學生思考并回答。評論學生的回答并分析：根據剛剛的總結，如果不考慮孤電子對，NH3中就只存在3對共用電子對，而3對電子相互排斥所形成的穩定結構應該是平面三角形，事實上NH3卻是三角錐形。提問：這說明了什么？說明孤電子對對分子的構型有影響。
提問：這4對電子之間存在什么作用力？學生回答：排斥力。
提問：這4對電子相互排斥，它們在空間以什么構型排布？學生回答：正四面體形。
提問：這4對電子是否完全一樣？學生回答：不一樣。
提問：這4對電子的空間構型能和CH4的四對電子一樣構成正四面體的空間構型嗎？學生思考后回答：不能。再次強調NH3內的這4對電子的空間構型是四面體形，而不是正四面體形！
提問：NH3的4對電子形成的空間構型是四面體形，為什么NH3分子的空間構型卻是三角錐形？學生思考，稍作引導：分子的構型是由原子在空間的排布決定的，孤電子對的另一端是沒有原子的，我們在討論NH3的空間立體構型時就要在四對電子形成的四面體形的基礎上去掉孤電子對，所以我們看到的NH3分子的立體構型就是三角錐形。
總結：分子的構型受分子內共用電子對和中心原子上孤電子對排斥力的共同影響。 問題三：分子的構型是否受所有電子對之間排斥力的影響？
提出該問題，為下面CO2構型的分析埋下伏筆。
★探秘CO2的立體構型
問題一、CO2是什么構型的分子？
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提問：CO2是什么構型的分子？學生回答CO2是直線形分子。
提問：為什么CO2是直線形分子？要解決這個問題，接下來我們應該干什么？學生回答：寫電子式。學生寫出CO2的電子式，結合電子式加以分析：從CO2的電子式可以看到，每個O周圍有兩對孤電子對，C與O一共形成了4對共用電子。
提問：CO2的構型是不是受這8對電子排斥力的共同影響呢？學生思考。事實并非如此。O屬于非中心原子，它上面的孤電子對對分子的構型幾乎不造成影響，不用考慮；C、O之間形成的雙鍵，我們知道雙鍵中一個為σ鍵，一個為π鍵，提問：σ鍵和π鍵誰更牢固？學生回答：σ鍵更牢固。為什么呢？因為π鍵是依附于σ鍵而存在的（展示圖片，幫助學生理解）它對分子的構型也不造成影響，這樣分析下來，對CO2構型有影響的就只有幾對電子？學生回答：2對。剛剛總結了，兩對電子相互排斥電子對在空間以什么構型排布？學生回答：直線形。
總結：通過探秘以上三種分子的立體構型，我們知道分子的構型是受分子內中心原子的孤電子對和σ鍵電子對排斥力的共同影響（學生總結），我們將這兩種電子統稱為中心原子的價層電子對。其實早在1940年，英國的一位化學家西奇威克就已經注意到我們剛剛所探討的這個問題，并且提出了一個理論很好地解釋了分子的立體構型，這就是著名的價層電子對互斥理論。
【活動二】 理解價層電子對互斥理論
價層電子對互斥理論（Valence Shell Electron Pair Repulsion theory,簡稱為VSEPR理論）內容：分子的構型是價層電子對相互排斥的結果，價層電子對包括中心原子上的孤電子對和σ鍵電子對。為了加深大家對該理論的理解，我們一起來探討以下幾個問題：
問題一、如何判斷分子（離子）的中心原子？
提問：你們通常是怎么判斷中心原子的？學生思考。在此以一個班級為例，形象比喻所謂的中心，幫助學生理解，并說明：通常把分子中形成化學鍵最多的原子看做中心原子。給出一些分子（離子）讓學生直接判斷其中心原子。 問題二、如何判斷分子（離子）的中心原子上的孤電子對數？
提出問題，讓學生思考并回答。給出判斷方法：
方法1：結合已寫分子的電子式說明，對于簡單熟悉的分子，比如CH4、NH3，可以直接根據電子式進行判斷。
方法2：對于較復雜，不方便書寫電子式的分子則結合公式進行計算：
中心原子上的孤電子對數 = 1\2（a-xb）,分別解釋a、x、b所代表的含義，并舉出具體的例子加以分析。同時補充離子中孤電子對數的計算方法。 問題三、如何判斷分子（離子）的中心原子的σ鍵電子對數？
說明：兩個原子成鍵，有且只有一個σ鍵，所以σ鍵電子對數=配位原子數，直接數出來即可。
問題四、如何判斷分子（離子）的中心原子的價層電子對數？
價層電子對數=孤電子對數+σ鍵電子對數，二者相加就得到價層電子對數。 問題五、價層電子對數與VSEPR模型和分子（離子）構型的關系？
VSEPR模型：中心原子的價層電子對在空間的排布叫做VSEPR模型。
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價層電子對數為2，VSEPR模型為直線形，這種情況通常沒有孤電子對，所以分子的構型也是直線形；
價層電子對數為3，VSEPR模型為平面三角形。如果沒有孤電子對，分子的構型為平面正三角形；如果有1對孤電子對，分子的構型為V形；
價層電子對數為4，VSEPR模型為四面體形。如果沒有孤電子對，分子的構型為正四面體形；有1對孤電子對，分子的構型為三角錐形；有2對孤電子對，分子的構型為V形。
問題六、如何判斷分子（離子）的構型？
首先根據價層電子對數判斷VSEPR模型，分子（離子）構型是在VSEPR構型的基礎上減去孤電子對。結合下面的例子分析分子（離子）的構型。
中心原子上的 孤電子對數 σ鍵電子對數 價層電子對數 VSEPR 模型 分子（離子）構型
CH4 NH3 H2O SO2 BF3 BeCl2 CO2 NH4+
再次強調：CH4的VSEPR模型為正四面體形，而NH3和H2O為四面體形。SO2的VSEPR模型為平面三角形， BF3的則為平面正三角形。
【小結】
最后總結運用價層電子對互斥理論判斷分子（離子）構型的基本步驟：
算孤對電子對數（怎么算） 看σ鍵電子對數（看什么）
得價層電子對數
VSEPR模型（2、3、4對）
分子（離子）的構型
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【活動三】 感受分子的立體構型
借助模型感受價層電子對互斥模型與分子的構型。
有了價層電子對互斥理論這個基礎，下面我們一起來感受幾種常見分子的立體構型。請大家分小組活動，用桌上的模型拼出以下幾種分子的立體構型，最后集體展示結果。
BF3 SO2 BeCl2 CCl4
【拓展提升】
提問：對比CH4、NH3、H2O的構型，它們的價層電子對都是4對，VSEPR模型都為四面體形，為什么它們的鍵角卻呈現依次減小的規律？（提示學生結合電子式加以分析）
中心原子上的孤電子對數 σ電子對數 中心原子的價
層電子對數
CH4
0 4 4 NH3 1 3 4 H2O
2
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視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
