2.2.4 杂化轨道理论简介 教学设计 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

《杂化轨道理论简介》教学设计 课题 2.2.4杂化轨道理论 课 型 新课 学情分析 学生已经学过原子结构与相关性质、价键理论、价层电子对互斥理论，具有一定的知识基础。根据学生好奇心强、思维能力敏捷，但空间想象力弱的特点，采取问题驱动法结合动画演示、图表对比归纳和小组讨论的形式去突破重难点。 教材分析 杂化轨道理论安排在共价键和价层电子对互斥理论之后学习，丰富和完善了价键理论，和价层电子对互斥理论，三者结合解释了分子的空间构型，本节从杂化轨道理论解释分子结构的多样性和复杂性，并根据上述理论判断简单分子和离子的构型。为后续晶胞和配合物的学习奠定空间想象基础，具有承上启下的作用。 设计理念 教学目标 【教学目标】 1．了解杂化轨道形成的过程，熟记杂化轨道的要点 2．能判断共价分子或离子中原子的杂化类型。 【评价目标】 1．能利用杂化轨道理论解释常见分子的空间结构 2．结合价层电子对互斥理论分析常见共价分子或离子的杂化类型，在理解杂化轨道理论的基础上，对分子的空间构型进行解释和预测。 【素养目标】 1.微观探析：通过杂化轨道理论的学习,能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。 2.模型认知：通过杂化轨道理论的学习,掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法,建立分子空间结构分析的思维模型。 教学重点 重点：杂化轨道理论的要点及它与价层电子对互斥模型的对应关系 教学难点 难点：对杂化轨道形成过程的理解，应用杂化轨道理论解释分子的空间构型 教学方法 教法：讲授法、问题驱动法、图表法、对比归纳法、多媒体辅助教学法。 课前准备 PPT、教科书、相关习题等。 教 学 过 程 教师主导活动 学生主体活动 设计意图 【创设情境】 甲烷呈正四面体形，它的4个C—H键的键能、键长相同，H—C—H的键角109°28′，按照我们已经学过的价键理论，甲烷的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个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。请解释原因。 当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28'，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-H σ键，因此呈正四面体形的结构。 了解杂化轨道的形成过程， 【过渡】 了解了CH4的杂化方式，接下来我们就来具体学习杂化轨道理论。 【讲解】1.杂化轨道理论 (1)杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。 ①轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。 ②杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 ③轨道杂化的过程：激发→杂化→轨道重叠。 了解杂化轨道理论 (2)杂化轨道理论要点： ①原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 ②参与杂化的原子轨道数等于形成的杂化轨道数。 ③杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增加。 ④杂化前后原子轨道数目不变（参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目），且杂化轨道的能量相同。 ⑤原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。 ⑥杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。 ⑦杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。 2.杂化类型 sp3杂化：CH4是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的，sp3杂化轨道的夹角为109°28′，呈空间正四面体形这种杂化方式我们称为sp3杂化。 对sp3杂化轨道形成过程的理解 sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道杂化而得。sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形(如BF3)。 2.sp2杂化轨道——BF3分子的形成 对sp2杂化轨道形成过程的理解 sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道杂化而得。sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形(如BeCl2)。杂化后的2个sp杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠，形成2个σ键，构成直线形的BeCl2分子。 sp杂化轨道 对sp杂化轨道形成过程的理解 3.杂化轨道与分子空间构型 杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对，当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。 【学生活动】 试分析杂化轨道与分子的空间结构的关系。 【讲解】 当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与互相排斥，使分子的空间结构与杂化轨道的形态发生变化。如水分子的氧原子的sp3杂化轨道中有2个被孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子的氮原子的sp3杂化轨道中有1个被孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。 【学生活动】 分析CO2、SO2、SO3、H2O、NH3、CH4的杂化轨道类型、VSEPR模型、空间构型，总结VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系。 能运用杂化轨道理论解释和预测简单分子的空间结构 能判断共价分子或离子中原子的杂化类型。 【总结】 中心原子轨道杂化类型的判断 (1)根据杂化轨道的立体构型判断 (2)根据杂化轨道之间的夹角判断 (3)根据中心原子的价电子对数判断 如中心原子的价电子对数为4，是sp3杂化，为3是sp2杂化，为2是sp杂化。 运用杂化轨道理论解释和预测简单分子的空间结构，了解如何预测共价分子或离子中原子的杂化类型。 【设问】 CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都为sp3，键角为什么依次减小？从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法？ 比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时：一般键角按sp、sp2、sp3顺序依次减小；杂化类型相同，中心原子孤电子对数越多，键角越小。 CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子的孤电子对数依次为0个、1个、2个。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小。 【课堂小结】 1.总结理论要点： 1) 能量相近的原子轨道发生杂化 2) 杂化前后轨道总数不变 3) 杂化轨道能量相同、方向不同 4) 体系的能量降到最低 （轨道间的排斥力最小） 2.总结理论应用 1) 中心原子的杂化轨道数 = 价层电子对数 2) 杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对 未参与杂化的p轨道可用于形成π键 教学评价 通过对典型分子空间结构的学习，认识微观结构对分子空间结构的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性，培养学生宏观辨识与微观探析的素养：通过对价层电子对互斥模型的探究，建立解决复杂分子结构判断的思维模型，培养学生证据推理与模型认知的素养。 作业设计 1．下列分子或离子中含有孤电子对的是（ ） A．NH4+ B．CH4 C．SiH4 D．PH3 2. 应用价层电子对互斥理论推测BF3分子的空间构型（ ） A．平面三角形 B．四面体形 C．直线形 D．“V”形 3. 下列物质的空间结构与NH3相同的是（ ） A．H3O+ B．CH4 C．H2O D．CO2 4. 氯化亚硫(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚硫分子的空间结构说法正确的是（ ） A．直线形 B．四面体形 C．三角锥形 D．“V”形 5. 下列分子或离子中，价层电子对互斥模型与分子或离子的空间结构不一致的是（ ） A．NH3 B．SO3 C．CCl4 D．CO2 板书设计 教学反思 本节课能从价层电子对互斥理论和杂化轨道理论解释分子结构的多样性和复杂性，并根据上述理论判断简单分子和离子的构型。通过杂化轨道理论的学习,能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响，培养学生宏观辨识与微观探析的可续素养，通过杂化轨道理论的学习,掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法,建立分子空间结构分析的思维模型。培养学生证据推理与模型认知的科学素养。 学科网（北京）股份有限公司 $$