1.1烷烃的结构（讲义）-《有机化学》同步教学（化学工业出版社）

烷烃的结构 · 教学目的 1. 掌握sp3杂化轨道理论。 2. 掌握甲烷的空间结构。 3. 掌握烷烃分子的形成及δ键的特点。 · 教学思想 本节课的教学内容是第一模块烷烃，采用先行组织者教学策略，激发学生的求知欲，确保学生有意义地获取和保持知识，灵活运用所学知识解决实际问题。 · 教学重难点 重点：甲烷的结构、烷烃的结构及烷烃分子的形成 难点：sp3杂化轨道理论 · 教学方法和策略 · 采用先行组织者的教学策略，用旧知识联系当前的学习任务，扩充原来的认知结构。以讲授法为主，辅以提问法。 · 具体策略：从甲烷分子的构造式和分子模型分析甲烷分子的构型用杂化轨道理论解释烷烃的分子构型讲授烷烃分子的形成及δ键的特点 · 教学设计思路 教学内容 教学组织 教学意图 烷烃的结构 从甲烷分子构造式分析甲烷是平面结构，但是实验证明为正四面构型。 创设问题情境：甲烷的分子构型是什么，激发学生兴趣引出研究课题。 通过现代物理方法测定数据指出甲烷的分子构型并且通过PPT形象展示甲烷立体模型和正四面体构型。 通过PPT展示让学生更直观的认识甲烷分子的构型，培养学生处理信息的能力。 解释sp3杂化的理论的提出，系统的讲授sp3杂化理论及其特点。 让学生认识内容的连贯性由浅到深循序渐进的掌握知识，培养学生的思考能力。 利用sp3杂化理论和σ键特点分析烷烃的分子构型。 利用前面所学知识分析烷烃的构型，培养学生探索知识能力，突破教学的重点内容。 巩固小结 总结本节课的内容布置练习作业 加深对本节课所学知识的理解，能够应用知识解决实际问题。 教学过程设计 导入： 甲烷是最简单的烷烃，分子式为CH4，其构造式如图1-1所示，从其构造式来看甲烷分子应该是平面结构,那么甲烷分子是不是平面结构？怎么去解释甲烷分子的空间构型？其结构对于性质有什么影响？这些内容就是这节课需要解决的内容。 图1-1甲烷的构造式 1、甲烷的分子模型 通过实验测定，甲烷分子为正四面体构型，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子在四面体的四个顶点上，四个C-H键长都为0.110 nm，键角∠HCH都是109.5°（图1-2）。为了更加形象的表明分子的立体结构，常采用立体结构,常采用球棍模型和比例模型（图1-3）。 图1-2 甲烷的正四面体构型 图1-3 甲烷的立体模型 2、碳原子的sp3杂化 （1）碳原子的sp3杂化的提出 碳原子的基态电子排布是1s22s22p1x2p1y，按未成对电子的数目，碳原子应是二价的，但在烷烃分子中的碳原子都是四价的，且四个价键是完全相同的。为什么烷烃分子中碳原子为四价，且四个价键是完全相同的呢？为了解决这一矛盾，提出了杂化轨道理论。 （2）碳原子的sp3杂化 杂化轨道理论认为，碳原子在成键时，能量相同或相近的原子轨道可以重新组合成等价的新轨道，这一过程称为原子轨道的杂化，简称杂化。所组成的新轨道同时具有混合前的各轨道成分，但它又和原来的各轨道不同，因此称为杂化轨道（图1-4）。 图1-4 碳原子的外层电子构型基sp3杂化轨道 每一个杂化轨道含有(1/4)s轨道成分和(3/4)p轨道成分，这种杂化轨道叫做sp3杂化轨道。sp3杂化轨道的能级略高于2s轨道而略低于2p轨道,四个sp3杂化轨道对称的分布在碳原子的四周，对称轴之间的夹角为109.5°。这样可使价电子尽可能的最远，相互的斥力最小，有利于成键。sp3杂化轨道有方向性，图形为一头大，一头小，示意如下： 3、烷烃分子的构型 （1）甲烷分子的构型 形成甲烷分子时，四个氢原子的轨道沿着碳原子的四个杂化轨道的对称轴方向接近，实现最大程度的重叠，形成四个等同的C—Hσ键（图1-5）。 图1-5 甲烷的形成示意图 （2）sp3杂化轨道的特点： i具有更强的方向性，能更有效地与别的原子轨道重叠形成稳定的化学键。每个sp3杂化轨道都含1/4s轨道成分和3/4p轨道成分。 ii sp3杂化轨道的空间取向是指向正四面体的顶点。 iii sp3杂化轨道夹角是109.5°，使四个键之间尽可能远离，形成最稳定的分子。 （3）σ键的形成及其特性 碳原子sp3杂化轨道与氢原子s轨道沿对称轴方向进行最大程度重叠形成的键，即氢原子s轨道与碳原子sp3杂化轨道大头沿轴线方向“头顶头”地重叠形成的共价键，称为σ键，处于σ键的电子称为σ电子。氢原子s轨道与碳原子sp3杂化轨道形成的σ键就称为C(sp3)-H(s)σ键，如图1-6所示。图1-7表明了甲烷分子中有四个C(sp3)-H(s)σ键。 图1-6 C-H σ键 图1-7 CH4分子中的四个C-Hσ键 （4）其他烷烃