第二单元 分子结构与性质（单元教学设计）-【大单元教学】高二化学同步备课系列（人教版2019选择性必修第二册）

分子结构与性质 一、大单元教学主题内容分析 1.课程标准 《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》要求：认识共价键的本质。结合常见的共价分子的实例，认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系。认识分子间存在相互作用，知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力，了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。知道根据原子轨道的重叠方式，共价键可分为σ键和π键等类型；知道共价键可分为极性和非极性共价键。共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测。知道分子的结构可以通过波谱、晶体 X 射线行射等技术进行测定。知道分子可以分为极性分子和非极性分子，知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。 2.教材分析 本章比较系统地介绍了分子的结构和性质，内容比较丰富。在必修教材中，已介绍了化学键，并从电子得失或共用电子对的视角，用电子式的方式表示了离子键或共价键的形成过程，也对分子的空间结构作了简单介绍。本章将对共价键、分子的空间结构、分子的结构对物质性质的影响等内容进行更为深人的探讨。通过本章的学习，学生能够在分子水平上，从分子结构的视角认识物质的性质，进一步形成有关物质结构的基本观念，提升化学学科核心素养。 本章从两个维度对分子结构进行探讨，一是探讨分子中原子间的相互作用，认识原子间形成共价键的本质和特征；二是探讨分子中原子间的几何关系和形状，即分子的空间结构。基于对分子结构的基本认识，以及分子间存在相互作用的认识，介绍了分子结构对物质性质的影响。本章多采用图片或表格的呈现方式来形象地引出有关概念或原理。例如，通过图片的方式展示原子轨道重叠，很形象地引出了共价键的主要类型σ键和π键；通过原子轨道的杂化图片，很形象地介绍了sp3、sp2和 sp 杂化，让学生比较容易理解"杂化轨道理论"；通过含孤电子对的 VSEPR 模型和分子的空间结构模型的图片，形象地介绍了"价层电子对互斥模型"和分子的空间结构；本章内容的编排尽可能地引导学生开展探究活动和实践活动。例如，通过对"共价键"的探究活动，让学生自主探究共价键的本质和特征；通过"制作分子的空间结构模型"的实践活动，体验实物模型，帮助对分子的空间结构的直观认识，使抽象性极强的分子结构直观化；通过"碘在水和四氯化碳中的溶解性"的实验来帮助学生理解"相似相溶"规则。在第三节"分子结构与物质的性质"中，注重引导学生运用分子结构知识理解物质结构对物质性质的影响。例如，根据共价键及分子的空间结构知识，阐述了键的极性和分子的极性；根据化学键、分子的极性等概念介绍了范德华力的特点及其对物质性质的影响；根据电负性的概念介绍了氢键的特点及其对物质性质的影响；根据极性分子与非极性分子的概念介绍了"相似相溶"规则。 3.学情分析 学科知识方面：在初中和高中必修阶段，学生对原子结构有了初步认识，知道共价键及其分类，共价键分为极性共价键和非极性共价键；了解了一些分子的空间结构；知道了同一物质在不同溶剂中的溶解性不同。通过选择性必修２第一章的学习，学生进一步认识了能级ｓ和ｐ能级的电子云轮廓图；能结合构造原理、能量最低原理、 泡利不相容原理、洪特规则等书写1-36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，还能应用核外电子排布解释相关问题。 化学学科素养方面：通过必修和选择性必修二第一章的学习，学生已经初步具备宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学态度与社会责任的化学学科核心素养。 二、单元教学设计思路及教学目标 基于学生已有基础及课程标准要求，“分子结构与性质”大单元教学目标的重点是巩固与发展学生认识物质结构的一般思路（从结构微粒 ↔ 微粒间的相互作用 ↔ 微粒的空间分布 ↔ 结构与性质的关系角度）。整体构思及课时安排如下图所示： （一）单元教学设计 （二）教学目标及教学课时安排 课时1 共价键 1. 从原子轨道重叠的视角认识共价键本质，知道共价键具有饱和性和方向性，能用模型、图像、符号等正确表征H2、Cl2、HCl等简单分子中原子轨道的重叠方式。 2. 知道σ键和π键的区别和特征，能说明C2H6、C2H4、C2H2等分子的成键类型。 课时2 键参数——键能、键长与键角 1. 了解共价键键参数的含义，能用键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。 2. 通过认识共价键的键参数对物质性质的影响，探析微观结构对宏观性质的影响。 课时3 多样的分子空间结构 1. 认识物质的空间结构可以借助某些实验手段,通过这些手段所获得的信息为建立物质结构模型或解释相关理论提供支撑。 2. 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。 课时4 价层电子对互斥模型 1. 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。 2. 运用相关理论和模型对分子或离子的空间结构进行解释和预测。 课时5 杂化轨道理论 1. 通过对杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化轨道类型对分子空间结构的影响。 2. 通过对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。 课时6 共价键的极性 1. 能从微观角度理解共价键的极性和分子极性的关系。 2. 通过键的极性对物质性质的影响的探析，形成“结构决定性质”的认知模型。 课时7 分子间作用力、分子的手性 1. 掌握范德华力、氢键的概念。 2. 通过范德华力、氢键对物质性质影响的探析，形成“结构决定性质”的认知模型。 3. 能从微观角度理解分子的手性，形成判断手性分子的思维模型。 三、教学内容 课时1共价键 任务 活动 设计意图 任务1：共价键形成的本质 问题1：如何通过原子轨道知识进一步理解H2中共价键的形成？ 两个氢原子电子自旋方向相反 相互靠近到一定距离时，两个1s原子轨道发生重叠 核间形成一个电子概率密度较大的区域。 像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 共价键的本质：由于原子轨道重叠，原子核间电子概率密度增大，吸引原子核而成键。 H2中的共价键称为σ键，是s—s轨道形成的，称为s—s σ键 σ键特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作共价键的电子云的图形不变，轴对称。 问题2：如何通过原子轨道知识进一步理解HCl中共价键的形成？ 1s与3px未成对电子的原子轨道相互靠拢 相互靠近到一定距离时，1s与3px原子轨道发生重叠 形成氯化氢分子的共价单键(H-Cl) HCl中的共价键为σ键，是s—p轨道形成的，称为s—p σ键 问题3：如何通过原子轨道知识进一步理解Cl2中共价键的形成？ 两个3px未成对电子的原子轨道相互靠拢 相互靠近到一定距离时，原子轨道发生重叠 形成氯气分子的共价单键(Cl-Cl) Cl2中的共价键为σ键，是p—p轨道形成的，称为p—p σ键 现代价键理论 （1）电子配对原理： 两个原子各自提供1个自旋方向相反的电子彼此配对 （2）最大重叠原理： 两个原子轨道重叠越大，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定 运用学过的原子轨道概念，从原子轨道重叠视角进一步认识共价键的本质与特征，通过图片方式学习原子轨道重叠并形成共价键的过程。 任务 活动 设计意图 任务2：共价键的类型 问题4：请根据所学知识，归纳H-H、H-Cl和Cl-Cl的σ键特点 问题5：原子轨道除了以“头碰头”的方式重叠以外，还有没有可能以其他的方式重叠成键？ 问题6：用电子式表示N2的形成过程，并用原子轨道重叠来解释其共价键的形成过程。 问题7：通过氮气中氮氮三键形成过程的分析，如何判断共价键是σ键或是π键？ 问题7：通过氮气中氮氮三键形成过程的分析，如何判断共价键是σ键或是π键？ 乙烷分子中的共价键由7个σ键构成 乙烯分子中的共价键由5个σ键和1个π键构成 乙炔分子中的共价键由3个σ键和2个π键构成 课堂训练： 1.下列物质的分子中既有σ键又有π键的是(　　) ①NH3　②HClO　③N2　④H2O2　⑤HCHO(甲醛)　⑥C2H2 A.③⑤⑥ B.③④⑤⑥ C.①②③ D.②⑤⑥ 2.下列关于化学键的说法正确的是(　　) A.s－s σ键与s－p σ键的电子云对称性不同 B.物质只有发生化学变化时才会有化学键的断裂 C.成键的原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固 D.非金属元素之间形成的化合物中只含有共价键 3.下列说法正确的是(　　) A.若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的方向性 B.s轨道和p轨道重叠可以形成π键 C.共价键都具有方向性 D.C2H4与Cl2的加成反应C2H4只涉及π键断裂 4.下列有关σ键和π键的说法中，错误的是(　　) A.H只能形成σ键，O可以形成σ键和π键 B.在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键 C.σ键的电子云图形是轴对称的，π键的电子云图形是镜面对称的 D.丁烯二酸(HOOCCH===CHCOOH)分子结构中含有11个σ键，3个π键 答案：A C D B 总结 原子轨道重形成共价键过程电子云发生变化，不同重叠方式，形成的共价键电子云形状不一样，形象的引出共价键的类型。 课时2 键参数——键能、键长与键角 任务 活动 设计意图 任务1：共价键键参数——键能 思考：根据1000℃时卤化氢分解率，你能得出什么结论？说明什么问题？ ①卤化氢的热稳定性大小为：HCl＞HBr ＞ HI ②H-Cl、H-Br、H-I中的 σ键牢固。 问题1：如何衡量共价键的强度呢？ 一、键能 1.概念：气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量 2.单位:kJ/mol。键能通常取正值。 3.条件：键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。 4.数据：键能可以通过实验测定，更多却是推算获得的。 结论1：键能越大,共价键越牢固, 由此形成的分子越稳定 问题2：根据下表，总结键能数据中的规律。 规律1：相同原子间的键能：单键＜双键＜三键 规律2：碳碳双键键能小于碳碳单键键能的两倍，碳碳叁键小于碳碳单键的三倍：碳碳键：σ键键能 ＞ π键键能 氮氮双键键能大于氮氮单键键能的两倍，氮氮叁键大于氮氮单键的三倍：氮氮键：σ键键能 ＜ π键键能 规律3：形成共价键的原子的原子半径越大，键能越小 注意： 断开CH4中的4个C—H，所需能量并不相等。因此，CH4中的C—H只能是平均值，而表中的C—H键能是更多分子中的C—H键能的平均值。 问题3：已知N—N、N==N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C==C、C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34。如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？ 键能数据表明，N≡N的键能大于N—N的键能的三倍，N=N的键能大于N—N的键能的两倍；而C≡C的键能却小于C—C的键能的三倍，C=C的键能小于C—C的键能的两倍，说明乙烯和乙炔中的π键不牢固，易发生加成反应，而N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易发生加成反应。 问题4：键能在化学学习中有哪些应用？ ①判断共价键的稳定性（键能越大，共价键越稳定） ②判断分子的稳定性（一般键能越大，分子越稳定） ③估算化学反应的反应热 通过氢气与卤素单质的宏观反应事实出发，引导学生从微观视角解释反应难易变化趋势，由此强化学生对化学反应围观本质的认识，进而定量地分析这些反应的反应热与共价键强度的关系，定量引入键能的概念。充分利用数据，引导学生探究键能数据规律，强化结构与性质的关系。 任务 活动 设计意图 任务2：共价键键参数——键长 二、键长 1、概念：构成化学键的两个原子的核间距。不过，分子中的原子始终处于不断振动之中，键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。 2、单位：pm（1 pm＝10-12 m） 3、键长大小：原子半径决定共价键的键长。原子半径越小，共价键的键长越短。 问题5：根据下表，总结数据中的键长规律。 规律1：同种类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越小。 规律2：成键原子相同的共价键的键长:单键键长 ＞ 双键键长 ＞ 三键键长 问题6：F-F不符合“键长越短，键能越大”的规律，为什么？ F原子半径很小，因此F-F的键长短，而由于键长短，两个F原子形成共价键时，原子核之间的距离小，排斥力大，因此键能小。 问题7：如何从键能和键长角度解释HCl、HBr和HI的稳定性的差异 原子半径： Cl ＜ Br ＜ I 键长：H-Cl ＜ H-Br ＜ H-I 键能：H-Cl ＞ H-Br＞ H-I 在相同的温度下，HCl最稳定，分解的百分数最小，HI最不稳定，分解的百分数最大。 问题8：键长在化学学习中有哪些应用？ ①判断共价键的稳定性（键长越短，键能越大，表明共价键越稳定） ②判断分子的空间结构 通过展示分子模型等直观方法引入键长概念，阐明其物理意义，说明其数据可通过晶体的X射线衍射实验获得。我们能通过实验方法间接获得微观数据，而这些微观数据又可以帮助我们预测新的宏观事实。充分利用数据，引导学生探究键长数据规律，强化结构与性质的关系。 任务 活动 设计意图 任务3：共价键键参数——键角 问题9：同为三原子分子，为什么CO2的空间结构是直线形， 而H2O的空间结构是V形（角形）？ 2、 键角 1、概念：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角 2、意义 ：多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。 键角是描述分子结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关 3、键角的应用 ①键长和键角决定分子的空间结构。②常见分子中的键角与分子空间结构。 问题10：如图白磷和甲烷均为正四面体结构：它们的键角是否相同，为什么？ 不同，白磷分子的键角是指P—P之间的夹角，为60°；而甲烷分子的键角是指C—H的夹角，为109°28′。 课堂训练： 1.氰气的化学式为(CN)2，结构式为NCCN，性质与Cl2相似，下列叙述正确的是( 　) A．在一定条件下可发生加成反应 B．分子中NC键的键长大于C—C键的键长 C．分子只含有2个σ键和4个π键 D．不和NaOH溶液反应 2.下列能说明BF3 分子中4个原子在同一平面的理由是( )。 A.任意两个键的夹角为120° B.B-F 是非极性共价键 C.3个B-F的键能相等 D.3个 B-F的键长相等 3.下列叙述正确的是( ) A.键长和键角的数值可以通过晶体的X射线衍射实验获得 B.因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2的反应能力逐渐减弱 C.水分子的结构可表示为H—O—H，分子中的键角为180° D.H—O键的键能为463kJ/mol，即18g H2O分解成H2和 O2时，消耗的能量为2×463kJ 答案：A A A 总结 分类呈现AB2、AB3、AB4型典型物质的分子模型，让学生直观感受共价键的方向性和分子的空间结构，从而引入键角概念。进一步强调"分子结构"主要关注的两个方面：一是分子中原子的成键特征；二是分子的空间结构（可用球棍模型、比例模型等描述），这两个方面是影响分子性质的主要因素。 课时3 多样的分子空间结构 任务 活动 设计意图 任务1：多样的分子空间结构 引入：美丽的分子结构 问题1：双原子分子的结构是什么形状？ 直线形 大多数分子是由两个以上原子构成的，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。 问题2：三原子分子的结构可以是什么形状？ 问题3：四原子分子的结构可以是什么形状？ 问题4：五原子分子的结构可以是什么形状？ 问题5：根据元素周期律并结合本节所学知识，推断出PCl3、SiCl4分子的空间结构。 NH3分子的空间结构为三角锥形，CCl4分子的空间结构为正四面体形，根据同族元素原子的最外层电子排布相同，形成分子的空间结构相似可以进行推断。PCl3、SiCl4分子的空间结构分别为三角锥形、正四面体形。 分子空间结构与其稳定性有关。例如：图中S8像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式C6H12稳定。 通过所学知识分析不同原子数构成分子的结构，认识到分子的空间结构具有多样性。感受分子是具有空间结构的。 任务 活动 设计意图 任务2：原子核外电子的空间运动状态 问题6：如何测定这些分子的结构呢？ 1、 红外光谱法 (1) 原理： 分子振动需要能量，所以当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，记录到图谱上呈现吸收峰。 (2) 分子结构的确定 2、 质谱法 (1) 原理： (2)相对分子质量的确定 课堂训练： 1.某有机化合物A的红外光谱和质谱图如下图所示，由此可判断该有机化合物A是 (　 　) 2.下列说法错误的是（ ） A、原子光谱上的特征谱线可以确定组成分子元素 B、红外光谱法是用高能电子流等轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等微粒 C、质谱法具有快速、微量、精确的测定有机物相对分子质量的物理方法 D、通过红外光谱法可以测知有机物所含的官能团 3.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(　　) A．键角为180°的分子，空间结构是直线形 B．键角为120°的分子，空间结构是平面三角形 C．键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形 D．键角为90°～109°28′之间的分子，空间结构可能是V形 4.下列各组分子中所有的原子都处于同一平面的是(　　) A．CH4、CS2、BF3 B．CO2、H2O、NH3 C．甲醛(CH2O)、C2H2、苯(C6H6) D．CCl4、BeCl2、PH3 答案：ABBC 总结 通过视频、图片让学生知道分子是可以测定的，红外光谱等技术是测定物质结构的基本方法和实验手段。 课时4 价层电子对互斥模型 任务 活动 设计意图 任务1：价层电子对互斥模型 思考1：回忆CO2和H2O的空间结构并书写电子式，为什么它们的空间结构不同？ 思考2：回忆NH3和CH2O的空间结构并书写电子式，为什么它们的空间结构不同？ 思考3：根据CO2、H2O、NH3和CH2O的空间结构和电子式，分析结构不同的原因。 1.分子的空间结构除了和中心原子与结合原子间的成键电子对有关，还和中心原子的孤电子对有关。 2.由于中心原子的孤电子对占有一定空间，对其他成键电子对存在排斥力，影响其分子的空间结构。 科学史话 1940年，希吉维克和坡维尔在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。 这种理论模型后经吉列斯比和尼霍尔姆在20世纪50年代加以发展，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR。 1.价层电子对 中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子的孤电子对，两者合称为中心原子的“价层电子对”。 2.价层电子对互斥模型——VSEPR模型 问题1：思考价层电子对数分别为2、3、4时的VSEPR模型？ 问题2：思考H2O、NH3和CH4的VSEPR模型 均为正四面体形 问题3：实验测得NH3的键角为107°，H2O的键角为105°,为什么NH3和H2O的键角均小于109°28′？ 相较成键电子对，孤电子对有较大的排斥力 问题4：思考H2O、NH3和CH4的VSEPR模型与分子结构的关系 借助学过的分子模型，直观感受分子结构，引导学生分析分子的结构与价层电子对数的关系。通过思考H2O、NH3和CH4的VSEPR模型和实际空间结构，总结分子空间结构与VSEPR模型之间的关系。 任务 活动 设计意图 任务2：VSEPR模型的应用 问题5：如何利用VSEPR模型判断分子结构？ 计算价层电子对数 判断VSEPR理想模型 略去孤电子对得到分子空间结构 中心原子无孤电子对的分子：VSEPR理想模型就是其分子的空间结构。 中心原子有孤电子对的分子：先判断VSEPR理想模型，后略去孤电子对，便可得到分子的空间结构 问题6：如何计算价层电子对数？ 问题7：中心原子上的孤电子对数如何计算？ 方法一：根据电子式直接确定 方法二：公式计算中心原子上的孤电子对数 孤电子对数＝ 1/2 (a-xb) a为中心原子的价电子数(对于主族元素等于原子的最外层电子数)； x为与中心原子结合的原子数； b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数（氢为1，其他原子为“8减去该原子的价电子数”，氧和氧族元素中的S、Se等均为2卤族元素均为1 问题8：计算表格中对应中心原子的孤电子对数？ 问题9：将表格补充完整 问题10：应用VSEPR模型预测分子的空间结构 课堂训练 1.下列说法中正确的是(　　) A. SO2中S原子无孤电子对 B. NF3的VSEPR模型与其分子的空间结构一致 C. O3和SO2空间结构相同 D. BeCl2的空间结构为V形 2．下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(　　) A．键角为180°的分子，空间结构是直线形 B．键角为120°的分子，空间结构是平面三角形 C．键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形 D．键角为90°～109°28′之间的分子，空间结构可能是V形 3.下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是(　　) A．PCl5 B．NO3- C．SiCl4 D．PbCl2 4.用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是(　　) A.SO2、CS2、HCN都是直线形的分子 B.BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C.CH2O、CO32-、SO3都是平面三角形的粒子 D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 答案：CBDC 总结 分子空间结构的确定方法是先确定VSEPR模型，后略去孤电子对。如何确定VSEPR模型的核心问题就是价层电子对数的计算方法，通过示例帮助学生理解价层电子对数的计算方法，建构模型。 课时5 杂化轨道理论 任务 活动 设计意图 任务1：杂化轨道理论 思考1：写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2 ？ 按照所学原子轨道知识，C原子只有两个单电子，无法形成CH4。 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的甲烷分子。 科学史话：杂化轨道理论 问题1：试着解释C原子与H原子形成甲烷的过程？ 甲烷分子中碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-Hσ键，呈正四面体形。 1.概念：外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。 2.条件 ①只有在形成化学键时才能杂化 ②只有能量相近的轨道间才能杂化 3.杂化类型 （1）sp3杂化 1个s轨道与3个p轨道形成4个相同的sp3杂化轨道，夹角109°28′，空间结构为正四面体形。 sp3杂化轨道特征： ①1个ns 轨道与3个np 轨道进行的杂化,形成4个sp3 杂化轨道。 ②每个sp3杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有 1/4 s 轨道和 3/4 p 轨道的成分。 ③每两个轨道间的夹角为109º28′，空间构型为正四面体形。 问题2：NH3的VSEPR模型跟CH4一样也是四面体形，它的中心原子采取的杂化方式？ 氨气分子中氮原子的3个sp3杂化轨道与3个氢原子的1s原子轨道重叠形成3个N-Hσ键，其中1个sp3杂化轨道中占有孤电子对。 问题3：请类比NH3的中心原子N的杂化和成键过程，尝试用杂化轨道理论来解释H2O的空间结构。 水分子中氧原子的2个sp3杂化轨道与2个氢原子的1s原子轨道重叠形成2个O-Hσ键，其中2个sp3杂化轨道中占有孤电子对。 （2） sp2杂化 sp2杂化轨道特征： ①1个s 轨道与2个p 轨道进行的杂化,形成3个sp2 杂化轨道。 ②每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和 2/3 p 轨道的成分。 ③每两个轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。 ④ 3个sp2杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的p轨道用于形成π键。 问题4：应用VSEPR模型预测BF3的空间结构，尝试用杂化轨道理论来解释。 问题5：如何用杂化轨道理论解释CH2=CH2的空间结构呢？ CH2=CH2分子中碳原子的3个sp2杂化轨道有一个相互重叠形成sp2-sp2σ键，另外2个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个s-sp2σ键，未参与杂化的2P轨道相互重叠形成π键。 （3）sp杂化 sp杂化轨道特征： ①1个s 轨道与1个p 轨道进行的杂化,形成2个sp杂化轨道。 ②每个sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分。 ③两个轨道间的夹角为180°，呈直线型。 ④ 2个sp杂化轨道用于形成σ键，未参与杂化的2个p轨道用于形成2个π键。 问题6：应用VSEPR模型预测BeCl2的空间结构，尝试用杂化轨道理论来解释。 问题7：如何用杂化轨道理论解释CH≡CH的空间结构呢？ CH≡CH分子中碳原子的2个sp杂化轨道有一个相互重叠形成sp-spσ键，另外1个杂化轨道与氢原子1s轨道重叠形成两个s-spσ键，未参与杂化的2个2P轨道相互重叠形成2个π键。 问题8：总结VSEPR模型预测的空间结构与中心原子的杂化类型之间的关系，完成下表。 设置驱动问题，激发学生的学习动机，依据学生的认知规律，构建杂化轨道理论模型。 任务 活动 设计意图 任务2：杂化轨道与分子的空间结构的关系 问题9：应用VSEPR模型和杂化轨道理论预测和解释分子的空间结构。 课堂训练 1.根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为(　　) A.直线形　sp杂化 B.平面三角形　sp2杂化 C.三角锥形　sp2杂化 D.三角锥形　sp3杂化 2. 下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是 ( ) A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4 3.以下有关杂化轨道的说法中正确的是(　　) A．sp3 杂化轨道中轨道数为 4，且 4 个杂化轨道能量相同 B．杂化轨道既能形成σ键，也能形成π键 C．杂化轨道不能容纳孤电子对 D．sp2杂化轨道最多可形成 2 个σ键 4.下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是(　　) ①C2H2　②C2H4　③C3H8　④CO2 ⑤BeCl2　⑥SO3　⑦BF3 A．①⑥⑦　　 B．③⑤⑦ C． ② ⑥⑦ D．③⑤⑥ 答案：DBAC 总结 引导学生总结多原子分子或离子的中心原子杂化类型与VSEPR模型的关系。 课时6 共价键的极性 任务 活动 设计意图 任务1：键的极性和分子的极性 引入：微波炉加热原理 极性分子：分子内正电中心和负电中心不重合。 非极性分子：分子内正电中心和负电中心重合。 问题1：为什么水分子内部正电中心和负电中心不重合？ 问题2：CO2分子内部正电中心和负电中心重合吗？ 问题3：书写HF和H2的电子式、结构式。 非极性键 电子对不发生偏转的共价键是非极性共价键，简称非极性键。如H-H键 极性键 电子对发生偏转的共价键是极性共价键，简称极性键。如H-F键 形成极性键两个键合原子一个呈正电性(δ+)，一个呈负电性(δ-)。形成非极性键两个键合原子不显电性。 问题4：共价键的极性和分子的极性之间有必然的联系吗？ 问题5：如何判断分子的极性？ 方法一：向量的角度判断分子的极性 ①若分子中共价键的极性的向量和等于0，则分子中没有带正电和带负电的两部分，为非极性分子，如BF3、CH4等。 ②若分子中共价键的极性的向量和不等于0，则分子中存在带正电和带负电的两部分，为极性分子，如H2O、NH3等。 方法二：化合价法 问题6：臭氧是极性分子还是非极性分子？从结构上如何理解？ O3是极性分子；臭氧分子的空间结构与水分子的相似，由于中心氧原子有1个孤电子对，孤电子对对成键电子对排斥力大，故臭氧分子中的共价键是极性键，中心氧原子呈正电性，端位的两个氧原子呈负电性，故其分子具有微弱的极性。 课堂训练 ①以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子（ ） ②以极性键结合起来的分子一定是极性分子（ ） ④非极性分子只能是双原子单质分子（ ） ④非极性分子中一定含有非极性共价键（ ） ⑤同种元素之间的共价键一定是非极性键（ ） ⑥H2O2是由极性键和非极性键构成的极性分子( ) 答案：√ × × × × √ 通过生活问题引入，引出分子具有极性的概念，引导学生讨论分析不同分子的极性，初步学会判断分子极性的方法。再从宏观到微观理解共价键的极性。引导学生可以依据极性键的向量和是否为0来确定分子的极性。 任务 活动 设计意图 任务2：键的极性对化学性质的影响 问题7：从键的极性角度考虑为什么钠和水的反应比钠和乙醇的反应剧烈？ 乙醇分子中的C2H5—是推电子基团，使得乙醇分子中的电子云向着远离乙基的方向偏移，羟基的极性比水分子中的小，因而钠和乙醇的反应不如钠和水的剧烈 问题8：分析表格中甲酸、乙酸、丙酸pKa数据的变化规律及原因 烃基是推电子基团，烃基越长，推电子效应越大，使羧基中的羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱。 问题9：分析表格中氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸pKa数据的变化规律及原因 由于氯的电负性较大，极性：Cl3C— ＞ Cl2CH— ＞ ClCH2—,导致三氯乙酸中的羧基的极性最大，更易电离出氢离子 问题10：分析表格中三氟乙酸、三氯乙酸pKa数据的变化规律及原因 由于氟的电负性大于氯的电负性，极性：F3C— ＞ Cl3C— ，导致三氟乙酸中的羧基的极性更大，更易电离出氢离子 课堂训练 2.下列说法正确的是（ ） A.含有非极性键的分子一定是非极性分子 B.非极性分子中一定含有非极性键 C.由极性键形成的双原子分子一定是极性分子 D.两个原子之间共用两对电子对，形成的化学键一定有极性 3.下列物质：①BeCl2　②Ar　③白磷　④BF3　⑤NH3　⑥H2O2，其中含极性键的非极性分子是 (　　) A. ①④⑥ B. ②③⑥ C. ①④ D. ①③④⑤ 4.下列各组物质的分子中,都属于含极性键的非极性分子的是(　　) A.CO2、H2S B.C2H4、CH4 C.Cl2、C2H2 D.NH3、HCl 5.下列羧酸的酸性比较错误的是(　　) A．甲酸>乙酸>丙酸 B．氟乙酸>氯乙酸>溴乙酸 C．氯乙酸>二氯乙酸>三氯乙酸 D．二氟乙酸>二氯乙酸>二溴乙酸 答案：CCBC 总结 通过对数据对比分析，从电负性角度探究键的极性与羧酸电离能力大小的关系，深刻理解与羧酸结合的基团不同，羧酸酸性不同，得出羧酸酸性强弱与分子的组成和结构有关。 课时7 分子间作用力、分子的手性 任务 活动 设计意图 任务1：范德华力 思考1：水的沸腾、酒精的挥发有没有破坏化学键，说明什么问题？ 科学史话：范德华力 问题1：分析表中数据，思考范德华力有什么特点？ ①范德华力很弱，比化学键的键能小1～2个数量级 ②分子结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大 问题2：分析表中数据，思考范德华力有什么特点？ ③相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大。 问题3：分析表中数据，思考范德华力对物质的熔沸点有什么影响？ 分子间的范德华力越大，物质的熔、沸点越高。 组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点越高 问题4：分析表中数据，思考同分异构体的范德华力受什么因素影响？ 同分异构体中，一般来说，支链数越多，范德华力越小，熔、沸点就越低 问题5：总结范德华力对物质性质的影响。 问题6：根据所学知识预测第IVA族、第VIA族元素的氢化物的沸点相对大小？ 组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点越高 通过生活中的实例感悟分子间作用力的存在，结合表格分析范德华力的影响因素有分子的极性和相对分子质量等，分子表格中卤素化合物的性质，深刻理解范德华力对物质性质的影响。 任务 活动 设计意图 任务2：氢键 问题7：为什么H2O的相对分子质量比H2S的小，而沸点比H2S的高得多？ 在水分子的O-H中，共用电子对强烈的偏向O，使得H几乎成为“裸露”的质子，其显正电性，它能与另一个水分子中相对显负电性的O的孤电子对产生静电作用，这种静电作用就是氢键。 1.定义：已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力 2.本质：静电作用 3.表示方法： 问题8：根据图表，分析氢键的形成条件。 ①要有与电负性很大的原子X以共价键结合的氢原子 ②要有电负性很大且含有孤电子对的原子Y 问题9：根据图表，分析氢键的特征。 ①方向性(分子间X－H…Y尽可能在同一条直线上) ②饱和性(一个X－H只能和一个Y原子结合) ③氢键比化学键的键能小，不属于化学键，是除范德华力外的另一种分子间的作用力。 问题10：为什么邻羟基苯甲醛和对羟基苯甲醛熔、沸点不同？请将氢键表示出来说明。 由于邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔化时，需要较多的能量克服分子间氢键，所以对羟基苯甲醛的熔沸点高于邻羟基苯甲醛的熔、沸点。 问题11：解释冰的密度比液态水的密度小的原因。 一个水分子的氧原子与另一个水分子的氢原子沿该氧原子的一个sp3杂化轨道的方向形成氢键，因此当所有H2O全部缔合——结冰后，所有的H2O按一定的方向全部形成了氢键，成为晶体，因此在冰的结构中形成许多空隙，体积膨胀，密度减小。故冰的体积大于等质量的水的体积，冰的密度小于水的密度。 从学生已有经验出发，分析第VIA族沸点变化规律的异常，引导学生对异常现象进行分析，得出分子间作用力除了范德华力还有氢键的存在。进而从元素电负性角度分析氢键形成条件。 任务3：相似相溶 非极性溶质一般能溶于非极性溶剂， 而极性溶质一般能溶于极性溶剂。 问题13：怎样用“相似相溶”规律理解NH3和CH4在水中的溶解度不同? NH3是极性分子，易溶于极性溶剂水中；而且NH3可以和H2O形成分子间氢键，使溶解度更大，所以NH3极易溶于水。而CH4是非极性分子，难溶于水。 问题14：分析表中数据，解释溶解度变化规律。 随分子中的碳原子数增加，饱和一元醇在水中的溶解度逐渐减小。 C2H5OH中的—OH和H2O中的—OH相近，因而乙醇易溶于水。 戊醇(CH3CH2CH2CH2CH2OH)中烃基较大，其中的—OH跟水分子中的—OH相似性差异较大，因此它在水中溶解度明显减小。 问题15：根据图表，分析物质在水中的溶解性的影响因素 CO2、Cl2是非极性分子，但在水中具有较好的溶解度。 水是极性溶剂，根据“相似相溶”，非极性溶质在水中的溶解度不大。 化学反应：如果溶质与水发生化学反应,可增大其溶解度。 NH3是极性分子，NH3和H2O发生反应，且NH3分子和H2O分子间能形成氢键 通过实验分析，理解物质的溶解度与分子的极性有关。通过表格数据分析得到相似相溶规律还适用于分子结构的相似性。 任务4：分子的手性 问题16：思考这两个分子能叠合吗？ 像这样具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左右手一样互为镜像，却在三维空间里不能叠合，互称手性异构体（或对映异构体）。有手性异构体的分子叫做手性分子 问题17：搭建CH2ClBr和CHFClBr的分子模型并制作其镜像模型，思考二者是否是同种分子？ 手性分子形成的条件 同一个碳原子上连有四个不同的原子（基团） 互为镜像的分子在三维空间里不能叠合 互为手性异构体 科学史话 2001年，诺贝尔化学奖授予三位用手性催化剂生产手性药物的化学家。用他们的合成方法，可以只得到一种或者主要只得到一种手性分子，不得到或者基本上不得到它的手性异构分子，这种独特的合成方法称为手性合成。手性合成的药物生产造福人类并带来巨大的经济效益。 课堂训练 1.下列事实可用氢键解释的是（ ） 氯气易液化 B. 氨气极易溶于水 C.HF的酸性比HI的弱 D.水加热到很高的温度都难以分解 2. 关于氢键的说法正确的是 (　　) A.每一个水分子内含有两个氢键 B.冰、水中都存在氢键 C.分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点降低 D.邻羟基苯甲醛的沸点比对羟基苯甲醛的沸点高 3.下列现象不能用“相似相溶”规律解释的是(　　) A．氨极易溶于水 B．氯气易溶于NaOH溶液 C．酒精与水以任意比互溶 D．苯萃取碘水中的I2 4.下列说法不正确的是(　　) A．互为手性异构体的分子互为镜像 B．利用手性催化剂可主要得到一种手性分子 C．手性异构体分子组成相同 D．手性异构体性质相同 答案：BBBD 总结 举例建立分子手性的感性认识，搭建CH2ClBr和CHFClBr模型进一步帮助学生理解分子的手性。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$