2.2 分子的空间结构 第1课时（表格型教学设计）化学人教版选择性必修2

第二节 分子的空间结构 第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构 教学设计 课题 分子结构的测定 多样的分子空间结构 课型 新授课 教材 选择性必修二第二章第二节第1课时（人教版） 一、教学目标 知识目标 1.通过分析红外光谱图和分子空间结构模型，能够解释分子中化学键的振动吸收特征，并据此推断分子所含官能团或化学键类型。 2.结合常见多原子分子的几何构型示意图，能够概括直线形、V形、平面三角形、三角锥形和四面体形等分子空间结构的特点及键角差异。 素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从红外光谱的吸收峰（宏观）推断化学键振动方式和分子结构（微观），建立宏观现象与微观本质的联系。 2.科学探究与创新意识：通过模拟谱图分析和结构模型观察，体验科学家测定分子结构的探究过程，激发运用现代仪器手段探索未知分子结构的创新思维。 3.科学态度与社会责任：认识红外光谱等现代分析技术在化学研究中的重要作用，理解科学技术进步对人类认知分子世界的重要意义，形成严谨求实的科学态度。 二、教学重难点 教学重点 1、通过红外光谱图识别分子中的化学键和官能团 2、根据分子中原子数目和键角判断常见分子的空间结构 3、利用模型认识CO₂、H₂O、CH₂O、NH₃、CH₄的空间构型 教学难点 1、理解红外光谱中吸收峰与化学键振动方式的对应关系 2、从二维结构式想象三维空间构型的几何关系 3、区分相似分子（如直线形与V形）的空间结构差异 三、教学分析 本章内容在高中化学知识体系中起着承上启下的作用，学生在学完物质结构初步和化学键概念后，进一步探究分子的微观空间特征，为后续学习有机化学、晶体结构及反应机理打下基础。教材先从分子结构测定方法入手，以红外光谱为例，通过图2-5展示分子吸收特定频率红外线形成吸收峰的原理，再结合图2-6具体谱图分析出含有、和等化学键，引导学生理解如何由实验数据推断官能团的存在。这种“先现象后本质”的编排逻辑符合科学探究的认知进阶，有助于培养学生基于证据的推理能力。接着教材转向分子空间构型，通过的直线形与的V形（键角）、的平面三角形与的三角锥形（键角）、以及甲烷的四面体结构（键角）等具体模型，帮助学生建立从二维结构式到三维空间想象的桥梁。教材借助多幅球棍模型图增强直观性，但学生常在键角记忆和空间构型判断上遇到困难，尤其是对孤电子对影响键角的理解尚浅，容易混淆类似分子的形状差异，需结合价层电子对互斥理论深化认识。 四、学情分析 学生已经在初中和高中前期学习了原子结构、化学键类型以及常见官能团的基本性质，对分子由原子构成且存在化学键连接有初步认识，但对分子内部空间排布和结构测定方法缺乏直观理解。高中生具备一定的抽象思维能力，能够通过模型想象简单分子的几何构型，如的直线形和的V形，也能借助键角数据理解四面体形的等典型结构。然而，在面对红外光谱图时，学生容易困惑于吸收峰与化学键振动之间的对应关系，难以将图谱中的、、吸收峰转化为实际官能团信息，尤其对“振动方式”和“频率匹配”等物理概念缺乏背景知识。此外，从二维结构式过渡到三维空间构型存在认知跳跃，学生可能误认为分子结构是静态固定的，忽视原子的动态振动本质，这对理解现代结构测定原理构成障碍，需借助可视化模型和类比帮助建立微观图像。 五、教学过程 教学环节 教学内容 设计意图 课堂导入 同学们，我们可以看见河流、湖泊、看见一杯水、一滴水，但却无法深入微观世界，我们可以看见火焰，感受到燃烧，却无法观察其内部结构。那么，科学家是如何“看见”这些肉眼无法观察的分子结构呢？原子与原子之间的联系是如何被观测？这就是我们今天要探究的第一个问题“如何测定分子结构”。 任务一 分子结构的测定 活动一 认识分子结构测定仪器 【教师提问1】阅读教材，归纳总结“测定分子结构相关信息的方法、仪器” 【学生活动】阅读教材，思考讨论 【学生回答】现代测量仪器用于分子结构测定的主要有：红外光谱仪、质谱仪、X涉嫌衍射仪 【教师补充】红外光谱仪主要用于分析分子中化学键、官能团的种类；质谱仪主要用于测定分子的相对分子质量；X射线衍射仪主要用于分析晶体结构 活动二 理解分子结构测定方法 【引入】这些仪器又是如何获知分子结构的呢？其背后的原理如何？ 【教师提问1】观看红外光谱法测定流程，结合教材阅读，分析红外光谱法的测定原理 【教学素材】 （分子振动模型）（红外光谱图） 【学生回答1】分子中原子不断震动，化学键的震动吸收能量，红外线能量吸收则会在谱图上产生对应的吸收峰，因此红外光谱可用与分析分子中所含的化学键 【教师归纳】分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动化学键就像弹簧，通过键的震动化解原子间的伸缩振动从而保持物质的状态，震动需要能量，因此分子会吸收跟它某些化学键的振动频率相同的红外线，图谱上呈现吸收峰和谱图库比对，通过量子化学计算，就可以分析分子中含何种化学键或官能团。 【教师提问2】如何通过红外光谱图获取分子结构的有关信息 【学生活动】根据教材信息，尝试读图，并总结方法 【教学素材】 （红外光谱图） 【教师归纳】通过红外光谱图可知，所测分子中含有C-H键、O-H键、C-O键，综合推断，该分子可能为醇类。 【教师提问3】为了进一步获知分子结构，还需要知道哪些信息？如何测定？观看质谱法测定流程，阅读教材有关内容，分析质谱法的测定原理。 【教学素材】质谱法测定流程视频（.Pm4）; （甲苯质谱图） 【学生回答】 质朴仪将分子变成不同粒子，通过高压电场分离后在记录仪上呈现一系列峰，可用于判断相对分子质量 【教师归纳】在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子，生成的离子具有不同的相对质量，高压电场加速后通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上呈现一系列峰，可用于分析丰度与质核比，判断相对分子质量。 【教师提问4】如何通过质谱图获取分子结构的有关信息 【学生活动】根据教材信息，尝试读图，并总结方法 【教学素材】 （甲苯质谱图） 【教师归纳】质荷比=粒子相对质量/粒子电荷数；谱图中，相对丰度较高，最大质荷比即为相对分子质量 【对应训练1】 TBC的一种标准谱图如图所示，它是(　　) A．核磁共振氢谱 B．质谱 C．红外光谱 D．紫外光谱 【答案】 C 【对应训练2】如图所示是某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为(　　) A．CH3COOCH2CH3 B．CH3CH2CH2COOH C．HCOOCH2CH2CH3 D．(CH3)2CHCH2COOH 【答案】A 【对应训练3】如图是有机物A的质谱图，则A的相对分子质量是(　　) A．29 B．43 C．57 D．72 【答案】D 【对应训练4】已知某分子质谱图如图所示，且分子的红外光谱信息中含有C—O、C—H、O—H的吸收峰。下列关于其分子结构的叙述正确的是(　　) A．该分子的结构为CH3CH2OH B．该分子的相对分子质量可能为27、31、45 或46 C．该分子的结构为CH3—O—CH3 D．该分子的红外光谱和质谱都可以全面反映分子结构的信息 【答案】A 从学生已有的知识出发，初步认识现代分子结构的测定仪器和方法，为后续深入理解测定原理、识别测定谱图打下基础。 通过红外光谱法、质谱法的测定流程、测量原理、谱图识别的归纳总结，建立分子结构测定的思路和方法，深化对分子结构的理解，拓宽学生对现代测量方法的认识，掌握重点谱图的识别能力，发展证据推理意识 任务二 多样的分子空间结构 【引入】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 【教学素材】一些分子的空间结构模型 【教师提问1】尝试从化学式、电子式、结构式等角度分析以下三原子分子的空间结构 化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 三原子分子 CO2 H2O 【学生活动】以二氧化碳、水为例，书写三原子分子的电子式、结构式、判断键角和空间结构 【教师归纳】 【教师提问2】尝试从化学式、电子式、结构式等角度分析以下四原子分子的空间结构 化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 四原子分子 CH2O NH3 【学生活动】以甲醛、氨气为例，书写四原子分子的电子式、结构式、判断键角和空间结构 【教师归纳】 【教师提问3】尝试从化学式、电子式、结构式等角度分析以下五原子分子的空间结构 化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 五原子分子 CH4 CCl4 【学生活动】以甲烷、四氯化碳为例，书写五原子分子的电子式、结构式、判断键角和空间结构 【教师归纳】 【对应训练1】 下列分子的空间结构错误的是(　　) 【答案】B 【对应训练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 【答案】B 【对应训练3】 硫化氢(H2S)分子中，两个H—S的夹角接近90°，说明H2S分子的空间结构为________ (2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C==S的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为________ (3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是__________(填字母) a．两个键之间的夹角为109°28′ b．C—H为极性共价键 c．4个C—H的键能、键长都相等 d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体) 【答案】V型、直线形、ad 以问题链驱动学生从现象观察走向原理探究，层层递进构建分子空间结构的认知体系，为后续深入学习化学键理论打下坚实基础。 六、课堂小结 七、板书设计 分子结构的测定与空间构型 1. 红外光谱分析 吸收峰 ↔ 化学键振动（匹配）→ 官能团识别 质谱↔ 碎片粒子相对质量不同→ 最大质荷比判断相对质量 2. 空间结构规律 三原子：直线形（）↔ V形（） 四原子：平面三角（）↔ 三角锥（） 五原子：四面体（，键角 ） 八、随堂练习 【练1】不能够测定分子结构和化学键的方法是（ ） A．质谱法 B．红外光谱 C．紫外光谱 D．核磁共振氢谱 【答案】A 【详解】A．利用质谱仪可以测定分子的相对分子质量，A错误； B．通过红外光谱可以测定物质所含化学键及官能团，能够测定分子结构和化学键，B正确； C．利用紫外光谱可鉴别物质是否含共轭体系或测定芳香结构，能够测定分子结构和化学键，C正确； D．核磁共振氢谱可以反映等效氢的种类及相对数目，能够测定分子结构和化学键，D正确； 故选A。 【练2】某有机物A用质谱仪测定如图1，核磁共振氢谱示意图如图2，则A的结构简式可能为（    ） A．CH3CH2OH B．CH3OCH3 C．HCOOH D．CH3CH2COOH 【答案】A 【详解】由图1可知，有机物A的相对分子质量为46，由图2可知，有机物A的核磁共振氢谱有3组峰，含有三类氢原子，则CH3CH2OH符合题意，故选A。 【练3】下列说法中正确的是(　　) A．在核磁共振氢谱中有5个吸收峰 B．红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类和数目 C．质谱法不能用于相对分子质量的测定 D．核磁共振氢谱、红外光谱和质谱都可用于分析有机物结构 【答案】D 【详解】A.有3种等效氢原子，在核磁共振氢谱中有3个吸收峰，A错误； B.红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类，无法确定数目，B错误； C.通过质谱法可以测定相对分子质量，C错误； D.红外光谱仪用于测定有机物的官能团；核磁共振氢谱用于测定有机物分子中氢原子的种类和数目；质谱法用于测定有机物的相对分子质量；可以确定分子中共轭体系的基本情况；所以核磁共振氢谱、红外光谱和质谱都可用于有机化合物结构的分析，D正确； 答案选D。 【练4】下列分子中的立体结构模型正确的是 A．CO2的立体结构模型   B．H2O的立体结构模型   C．NH3的立体结构模型   D．CH4的立体结构模型   【答案】D 【详解】A.CO2的立体构型是直线形，故A错误； B.H2O的立体构型是V形,故B错误； C.NH3的立体构型是三角锥形，故C错误； D.CH4的立体构型为正四面体，故D正确； 综上所述，本题应选D。 【练5】有下列分子或离子：①；②；③；④；⑤；⑥；⑦；⑧。 微粒立体构型 选项序号 直线形 V形 平面三角形 三角锥形 正四面体形 【答案】 ① ③⑧ ④⑦ ②⑤ ⑥ 【详解】中心原子上孤电子对数及粒子的立体构型如下表： 中心原子 孤电子对数 分子或离子 分子或离子 的立体构型 0 直线形 平面三角形 正四面体形 1 V形 三角锥形 2 V形 九、教学反思 本节课围绕分子结构的测定与空间构型展开，通过红外光谱原理及典型分子几何形状的分析，引导学生理解现代仪器在分子结构研究中的应用。教学设计紧扣课程标准，注重科学方法教育与微观思维培养，基本达成教学目标。成功之处在于结合图谱实例（如未知物红外谱图）和空间模型（如CO₂、H₂O、CH₄等），将抽象的分子结构可视化，提升学生认知效率；同时渗透“结构决定性质”的化学核心观念。不足之处在于对红外光谱的量子化学解释过于简略，部分学生对吸收峰归属理解模糊，建议补充简单类比或增加互动解析环节以强化关键概念。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $