視頻標(biāo)簽：分子的立體構(gòu)型

所屬欄目：高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課視頻

視頻課題：人教版高中化學(xué)選修三第二章第二節(jié)分子的立體構(gòu)型-烏

教學(xué)設(shè)計、課堂實錄及教案：人教版高中化學(xué)選修三第二章第二節(jié)分子的立體構(gòu)型-烏魯木齊市第二中學(xué)

 
 
第二節(jié) 分子的立體構(gòu)型 
(第1課時) 
一、知識與技能  
1、認(rèn)識共價分子的多樣性和復(fù)雜性  2、初步認(rèn)識價層電子對互斥模型；  
3、能用VSEPR模型預(yù)測簡單分子或離子的立體結(jié)構(gòu)  
重 點：分子的立體結(jié)構(gòu)；利用價層電子對互斥模型預(yù)測分子的立體結(jié)構(gòu) 難 點：價層電子對互斥理論 二、教學(xué)步驟、內(nèi)容  
【引入】我們前面一起學(xué)習(xí)了構(gòu)成分子的共價鍵的相關(guān)知識，這節(jié)課我們一起來學(xué)習(xí)分子在三維空間的結(jié)構(gòu)特征，也就是分子的立體構(gòu)型。請同學(xué)們閱讀教材35頁，找出什么是分子的空間構(gòu)型。 
【資料展示】老師在這里收集了一些常見分子的三維模型，我們一起來看看。 
如C02分子呈直線形，而H20分子呈V形，兩個H—O鍵的鍵角為105°，白磷的空間結(jié)構(gòu)：磷原子位于正四面體的體心處，鍵角為60°，氨氣分子為三角錐形，
 
甲醛分子為平面三角形結(jié)構(gòu)。甲烷分子為正四面體結(jié)構(gòu)。 
我們能明顯的感受到，隨著構(gòu)成分子的原子個數(shù)增加，分子的空間構(gòu)型呈現(xiàn)出越來越復(fù)雜的趨勢。 
教材的第35和36頁展示了許多常見的分子空間構(gòu)型特征，請大家閱讀教材，填寫表格，老師請兩位同學(xué)在黑板上寫出這幾種物質(zhì)的電子式。 【多媒體展示】 
 
【講】這些分子的空間構(gòu)型是如何獲得的呢？教材37頁的科學(xué)視野中向大家介紹了一種分子立體構(gòu)型的測定方法：紅外光譜分析。 
分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。所謂分子立體結(jié)構(gòu)其實只是分子中的原子處于平衡位置時的模型。當(dāng)一束紅外線透過分子時，分子會吸收
 
                    
             
                    
                             
 
跟它的某些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過計算機模擬，可以得知各吸收峰是由哪一個化學(xué)鍵、哪種振動方式引起的，綜合這些信息，可分析出分子的立體結(jié)構(gòu)。  
【問】這種方法非常高效，但里離我們有點遠(yuǎn)，大家接觸這種大型儀器的機會很少，那么，有沒有什么簡單的方法，能夠迅速預(yù)測一些簡單常見的分子的立體構(gòu)型呢？ 
【講】要想預(yù)測分子的空間構(gòu)型，我們首先要了解影響分子空間構(gòu)型的因素有哪些。在這節(jié)課剛開始的時候，我們一起欣賞了許多分子的空間模型圖，當(dāng)時我們有個明顯感受，那就是分子空間構(gòu)型的復(fù)雜程度和形成分子的原子個數(shù)正相關(guān)。 所以我們可以得到結(jié)論：影響分子空間構(gòu)型的第一個因素，是與中心原子結(jié)合的原子個數(shù)。 
【講】如果把σ鍵視作骨骼，那么π鍵可以看作為皮肉，事實上，我們可以簡單認(rèn)為中心原子與其它原子首先通過σ鍵結(jié)合在一起，那么，與中心原子結(jié)合的原子有幾個，這個分子中就有多少σ鍵。 
【問】知道分子中的σ鍵個數(shù)就能預(yù)測分子的空間構(gòu)型了嗎？我們來一起看看C02 和H2O，這兩個分子都是三原子分子，與中心原子結(jié)合的原子都為兩個，但C02是直線型分子，而H2O是”V”字型的。問題出在哪里呢？請同學(xué)們注意觀察這兩個分子的電子式，有什么明顯的區(qū)別，C02的中心原子周圍無孤電子對。而H2O 的中心原子周圍有兩對孤電子對。 
【講】所以，中心原子周圍所含的孤電子對數(shù)也會影響到分子的空間構(gòu)型。 同時考慮這兩個因素的影響，預(yù)測分子空間構(gòu)型的方法，被稱作價層電子對互斥模型，簡稱VSEPR（Valence Shell Electron Pair Repulsion）模型。【講】運用VSEPR模型預(yù)測分子的空間構(gòu)型包括兩個步驟： 1）首先是計算分子中心原子的價層電子對數(shù)目=σ電子對數(shù) 
2）然后計算中心原子包含的孤電子對數(shù)目=½(Ａ原子價電子數(shù)±離子電荷數(shù) －與中心原子結(jié)合的原子數(shù)目×該原子最多能接受的電子) 3）最后計算價層電子對數(shù)=σ電子對數(shù)+孤電子對數(shù)目 
【講】中心原子的價層電子對數(shù)目與分子的空間構(gòu)型有如下關(guān)系： 
 
【講】我們以甲烷為例： 
甲烷分子的σ電子對數(shù)=4，孤電子對數(shù)=½(4 －4×1)=0； 則甲烷分子的價層電子對數(shù)=4+0=4； 
對照表格，可知甲烷分子的空間構(gòu)型為四面體，與甲烷分子的實際空間構(gòu)型一致。 【問】為什么分子的空間構(gòu)型與中心原子的價層電子對數(shù)呈上述關(guān)系？我么還以甲烷為例。我們看甲烷的結(jié)構(gòu)式，看起來是個平面正方形，對稱度很高，看起來也很和諧，為什么甲烷分子實際空間構(gòu)型卻是正四面體。我們通過一個小實驗來分析一下。 
【演示】取四個圓氣球，視作為甲烷分子的四個氫原子，將氣球扎起來，拋向空中，氣球自發(fā)得形成正四面體結(jié)構(gòu)。 
【問】為什么會這樣呢？我們觀察一下，氣球之間是相互擠壓排斥的。現(xiàn)在我們把目光放回到價層電子對互斥理論上。我們看看這個概念： 
價層電子對  互斥理論 
有兩個關(guān)鍵詞，價層電子對數(shù)，互斥，兩個化學(xué)鍵互斥會形成怎樣的結(jié)果呢？是
 
                    
             
                    
                             
 
彼此間夾角更大，還是更小呢？顯然，互斥的結(jié)果是化學(xué)鍵的夾角更大。正四面體結(jié)構(gòu)中C-H鍵的夾角為109°28′，平面正方形結(jié)構(gòu)中C-H鍵的夾角為90°，顯然前者更穩(wěn)定。 
【講】下面我們來討論分子的理論空間模型與實際空間模型的關(guān)系。請同學(xué)們運用剛才所學(xué)VSEPR理論分析并填表。 
【結(jié)論】 中心原子無孤對電子，其分子立體結(jié)構(gòu)與VSEPR模型相同。 
【結(jié)論】中心原子有孤對電子，其分子立體結(jié)構(gòu)為VSEPR模型略去孤對電子占據(jù)位置后的立體結(jié)構(gòu)。 
【牛刀小試】請同學(xué)們運用今天所學(xué)，預(yù)測下列分子或離子的空間構(gòu)型。 
 
                    
             
                    
                             
 
【講】如果討論的是離子，則應(yīng)加上或減去與離子電荷相應(yīng)的電子數(shù)。如PO43-中P原子價層電子數(shù)就加上3，而NH4＋ 中N原子的價層電子數(shù)應(yīng)減去1  【小結(jié)】這節(jié)課我們一起學(xué)習(xí)了價層電子對互斥理論，用于預(yù)測分子的空間構(gòu)型，中心原子的價層電子對數(shù)與分子的空間構(gòu)型存在以下關(guān)系。 
 
中心原子無孤對電子，其分子立體結(jié)構(gòu)與VSEPR模型相同。 
中心原子有孤對電子，其分子立體結(jié)構(gòu)為VSEPR模型略去孤對電子占據(jù)位置后的立體結(jié)構(gòu)。

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