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3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第二章第二節(jié)分子的立體構(gòu)型第一課時-四川省優(yōu)課

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分子的立體構(gòu)型 （第1課時） 
 
【教材分析】 
本節(jié)課選自人教版高中化學(xué)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第二章第二節(jié)分子的立體構(gòu)型第一課時。本節(jié)課是學(xué)生在學(xué)習(xí)了共價鍵的基礎(chǔ)上為進(jìn)一步解釋分子的立體構(gòu)型而學(xué)習(xí)“價層電子對互斥理論”，并以此理論為基礎(chǔ)認(rèn)識幾種常見分子的立體構(gòu)型，用VSEPR模型預(yù)測簡單分子或離子的立體結(jié)構(gòu)。本節(jié)課的學(xué)習(xí)將更有利于學(xué)生正確認(rèn)識分子構(gòu)型，進(jìn)一步體會物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系。 
【學(xué)情分析】 
學(xué)生在第一節(jié)中已經(jīng)學(xué)習(xí)了核外電子排布和共價鍵的相關(guān)知識，這些都為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下知識基礎(chǔ)。但是分子的立體構(gòu)型和“價層電子對互斥理論”較為抽象，學(xué)生的學(xué)科思維較為生疏，因此在本節(jié)課的教學(xué)中教師要充分利用模型、圖片、討論等多種形式引導(dǎo)學(xué)生完成本節(jié)課的學(xué)習(xí)。 
【教學(xué)目標(biāo)】 
知識與技能：1.正確理解價層電子對互斥理論 
        2.學(xué)會運(yùn)用價層電子對互斥理論預(yù)測分子（離子）的立體構(gòu)型 過程與方法：1.通過探究分子的立體構(gòu)型，培養(yǎng)空間想象能力 
        2.通過價層電子對互斥理論的學(xué)習(xí)，提升化學(xué)理論素養(yǎng) 情感態(tài)度價值觀：1.體驗科學(xué)探究的樂趣 
            2.培養(yǎng)獨(dú)立思考、積極進(jìn)取的精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度 
【重難點】 
重點：1.常見分子的立體構(gòu)型       2.價層電子對互斥理論 難點：價層電子對互斥理論  
【教學(xué)設(shè)計】 
  
   
引課      三個活動元                                        小結(jié)  
     
  
  
活動三：感受分子的立體構(gòu)型 
活動一：探秘分子的立體構(gòu)型 
活動二：理解價層電子對互斥理論 
                    
             
                    
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【引課】由反應(yīng)停事件引課 
正如PPT上所展示的，分子的構(gòu)型豐富多彩，千變?nèi)f化。分子是微觀的，我們?nèi)庋劭床坏椒肿拥臉?gòu)型，但它卻與我們生活息息相關(guān)。 
給大家講一個故事，有關(guān)反應(yīng)停事件：1956年上市的一種名為沙利度胺的鎮(zhèn)靜劑，它對減輕婦女懷孕早期出現(xiàn)的惡心、嘔吐等反應(yīng)有非常有效的作用。但當(dāng)時由于孕婦服用了該藥物，在美國日本等地誕生了12000多例像海豚一樣的嬰兒，這種嬰兒手腳比正常人短，甚至沒有手腳。為什么一種鎮(zhèn)定劑能帶來如此嚴(yán)重的后果呢？后來人們發(fā)現(xiàn)，在這種鎮(zhèn)靜劑的使用過程中出現(xiàn)了另一種跟它分子式相同，但立體構(gòu)型非常相似的分子，這種結(jié)構(gòu)的分子就是導(dǎo)致嬰兒畸形的罪魁禍?zhǔn)祝∮纱丝梢钥吹�，分子的立體構(gòu)型對其性質(zhì)有著很大的影響。 
提問：那如何確定分子的立體構(gòu)型呢？通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，希望我們能共同解答這個問題！ 
【活動一】 探秘分子的立體構(gòu)型 
1.運(yùn)用氣球模型感知電子對的互斥 ★探秘CH4的分子構(gòu)型 
問題一、CH4是什么立體構(gòu)型的分子？ 
學(xué)生拼模型：我先介紹模型的使用方法，讓學(xué)生拼出CH4的球棍模型，并分析這個模型所代表的含義，同時回答CH4是正四面體形分子。 問題二、CH4是正四面體構(gòu)型的本質(zhì)原因是什么？ 
提問：為什么CH4的立體構(gòu)型是正四面體形而不是平面正方形呢？學(xué)生寫出CH4
的電子式。 
提問：在CH4分子內(nèi)一共有多少對共用電子對？學(xué)生回答：4對。 提問：這4對共用電子對之間存在什么作用力？學(xué)生回答：排斥力。 提問：這4對共用電子對相互排斥的結(jié)果是什么？學(xué)生思考 那我們先用氣球模型來感受一下！ 
氣球模型演示：我們用這個氣球模型（正四面體形）代表CH4，C位于這個模型的中間，每個氣球代表C、H形成的共用電子對。如果CH4是平面正方形，那它能穩(wěn)定存在嗎？我展示平面正方形的氣球模型，并讓學(xué)生輕輕晃動氣球，可以看到平面構(gòu)型被破壞，取而代之的是正四面體形。讓另一位學(xué)生晃動正四面體形的氣球模型，它不會重新回到平面正方形，依然保持正四面體的結(jié)構(gòu)。 
提問：以上現(xiàn)象說明了什么？學(xué)生回答：說明CH4的平面正方形結(jié)構(gòu)沒有正四面體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 
提問：為什么正四面體形更穩(wěn)定呢？是什么作用力使得CH4以正四面體形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在？講：氣球之所以由平面正方形變?yōu)檎�四面體形，是因為氣球之間會（略停頓，讓學(xué)生思考）互相（這里也可以略停頓，讓學(xué)生思考）排擠（或排斥）。 
提問：這類似于共用電子對之間的什么作用力？學(xué)生回答：排斥力。 提問：要使CH4處于一種最穩(wěn)定的狀態(tài)，電子對之間的排斥力要最大還是最小？學(xué)生回答：最小。繼續(xù)提問：那電子對之間的距離就要盡量保持最遠(yuǎn)還是最近？學(xué)生思考后回答：最遠(yuǎn)。 
提問：4對電子相互排斥，怎樣的結(jié)構(gòu)才能使電子對之間的距離都達(dá)到最遠(yuǎn)？借助氣球模型讓學(xué)生感受電子對之間的排斥力，并理解要使四對電子的距離都達(dá)到
 
                    
             
                    
                             3 
最遠(yuǎn)，電子對在空間必然以正四面體的結(jié)構(gòu)排布，且夾角為109。28、
，再次借助平面正方形氣球模型分析，從而說明平面正方形不夠穩(wěn)定的原因。 總結(jié)：分子的構(gòu)型是受分子內(nèi)共用電子對之間排斥力的影響。 提問并總結(jié)： 
分子內(nèi)有4對共用電子對時，分子的空間立體構(gòu)型是正四面體形，如果分子內(nèi)有3對共用電子相互排斥時，其作用的結(jié)果又是什么？  （平面三角形，氣球模型展示） 
如果2對共用電子相互排斥，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是什么？（直線形） 2.通過書寫電子式理解價層電子 ★探秘NH3的立體構(gòu)型 
問題一、NH3是什么立體構(gòu)型的分子？ 
學(xué)生用模型拼出NH3的球棍構(gòu)型，并分析模型所代表的含義，同時回答NH3是三角錐形分子。 
問題二、為什么NH3不是平面三角形分子？ 
提問：又是什么作用力在排斥？學(xué)生在學(xué)案上寫出NH3的電子式，觀察到孤電子對的存在：N、H之間一共形成了三對共用電子對，N上還有一對沒有參與成鍵的電子，我們將它稱為孤電子對。提問：孤電子對對分子的構(gòu)型有沒有影響？學(xué)生回答：有影響。 
提問：孤電子對是如何影響分子的構(gòu)型？提示：如果不考慮孤電子對，NH3應(yīng)該是什么構(gòu)型？學(xué)生思考并回答。評論學(xué)生的回答并分析：根據(jù)剛剛的總結(jié)，如果不考慮孤電子對，NH3中就只存在3對共用電子對，而3對電子相互排斥所形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)應(yīng)該是平面三角形，事實上NH3卻是三角錐形。提問：這說明了什么？說明孤電子對對分子的構(gòu)型有影響。 
提問：這4對電子之間存在什么作用力？學(xué)生回答：排斥力。 
提問：這4對電子相互排斥，它們在空間以什么構(gòu)型排布？學(xué)生回答：正四面體形。 
提問：這4對電子是否完全一樣？學(xué)生回答：不一樣。 
提問：這4對電子的空間構(gòu)型能和CH4的四對電子一樣構(gòu)成正四面體的空間構(gòu)型嗎？學(xué)生思考后回答：不能。再次強(qiáng)調(diào)NH3內(nèi)的這4對電子的空間構(gòu)型是四面體形，而不是正四面體形！  
提問：NH3的4對電子形成的空間構(gòu)型是四面體形，為什么NH3分子的空間構(gòu)型卻是三角錐形？學(xué)生思考，稍作引導(dǎo)：分子的構(gòu)型是由原子在空間的排布決定的，孤電子對的另一端是沒有原子的，我們在討論NH3的空間立體構(gòu)型時就要在四對電子形成的四面體形的基礎(chǔ)上去掉孤電子對，所以我們看到的NH3分子的立體構(gòu)型就是三角錐形。 
總結(jié)：分子的構(gòu)型受分子內(nèi)共用電子對和中心原子上孤電子對排斥力的共同影響。 問題三：分子的構(gòu)型是否受所有電子對之間排斥力的影響？ 
提出該問題，為下面CO2構(gòu)型的分析埋下伏筆。  
★探秘CO2的立體構(gòu)型 
問題一、CO2是什么構(gòu)型的分子？ 
 
                    
             
                    
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提問：CO2是什么構(gòu)型的分子？學(xué)生回答CO2是直線形分子。 
提問：為什么CO2是直線形分子？要解決這個問題，接下來我們應(yīng)該干什么？學(xué)生回答：寫電子式。學(xué)生寫出CO2的電子式，結(jié)合電子式加以分析：從CO2的電子式可以看到，每個O周圍有兩對孤電子對，C與O一共形成了4對共用電子。 
提問：CO2的構(gòu)型是不是受這8對電子排斥力的共同影響呢？學(xué)生思考。事實并非如此。O屬于非中心原子，它上面的孤電子對對分子的構(gòu)型幾乎不造成影響，不用考慮；C、O之間形成的雙鍵，我們知道雙鍵中一個為σ鍵，一個為π鍵，提問：σ鍵和π鍵誰更牢固？學(xué)生回答：σ鍵更牢固。為什么呢？因為π鍵是依附于σ鍵而存在的（展示圖片，幫助學(xué)生理解）它對分子的構(gòu)型也不造成影響，這樣分析下來，對CO2構(gòu)型有影響的就只有幾對電子？學(xué)生回答：2對。剛剛總結(jié)了，兩對電子相互排斥電子對在空間以什么構(gòu)型排布？學(xué)生回答：直線形。 
總結(jié)：通過探秘以上三種分子的立體構(gòu)型，我們知道分子的構(gòu)型是受分子內(nèi)中心原子的孤電子對和σ鍵電子對排斥力的共同影響（學(xué)生總結(jié)），我們將這兩種電子統(tǒng)稱為中心原子的價層電子對。其實早在1940年，英國的一位化學(xué)家西奇威克就已經(jīng)注意到我們剛剛所探討的這個問題，并且提出了一個理論很好地解釋了分子的立體構(gòu)型，這就是著名的價層電子對互斥理論。 
 
【活動二】 理解價層電子對互斥理論 
價層電子對互斥理論（Valence Shell Electron Pair Repulsion theory,簡稱為VSEPR理論）內(nèi)容：分子的構(gòu)型是價層電子對相互排斥的結(jié)果，價層電子對包括中心原子上的孤電子對和σ鍵電子對。為了加深大家對該理論的理解，我們一起來探討以下幾個問題： 
問題一、如何判斷分子（離子）的中心原子？ 
提問：你們通常是怎么判斷中心原子的？學(xué)生思考。在此以一個班級為例，形象比喻所謂的中心，幫助學(xué)生理解，并說明：通常把分子中形成化學(xué)鍵最多的原子看做中心原子。給出一些分子（離子）讓學(xué)生直接判斷其中心原子。  問題二、如何判斷分子（離子）的中心原子上的孤電子對數(shù)？ 
提出問題，讓學(xué)生思考并回答。給出判斷方法： 
方法1：結(jié)合已寫分子的電子式說明，對于簡單熟悉的分子，比如CH4、NH3，可以直接根據(jù)電子式進(jìn)行判斷。 
方法2：對于較復(fù)雜，不方便書寫電子式的分子則結(jié)合公式進(jìn)行計算： 
中心原子上的孤電子對數(shù) = 1\2（a-xb）,分別解釋a、x、b所代表的含義，并舉出具體的例子加以分析。同時補(bǔ)充離子中孤電子對數(shù)的計算方法。 問題三、如何判斷分子（離子）的中心原子的σ鍵電子對數(shù)？ 
說明：兩個原子成鍵，有且只有一個σ鍵，所以σ鍵電子對數(shù)=配位原子數(shù)，直接數(shù)出來即可。 
問題四、如何判斷分子（離子）的中心原子的價層電子對數(shù)？ 
價層電子對數(shù)=孤電子對數(shù)+σ鍵電子對數(shù)，二者相加就得到價層電子對數(shù)。 問題五、價層電子對數(shù)與VSEPR模型和分子（離子）構(gòu)型的關(guān)系？ 
VSEPR模型：中心原子的價層電子對在空間的排布叫做VSEPR模型。 
 
                    
             
                    
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價層電子對數(shù)為2，VSEPR模型為直線形，這種情況通常沒有孤電子對，所以分子的構(gòu)型也是直線形； 
價層電子對數(shù)為3，VSEPR模型為平面三角形。如果沒有孤電子對，分子的構(gòu)型為平面正三角形；如果有1對孤電子對，分子的構(gòu)型為V形； 
價層電子對數(shù)為4，VSEPR模型為四面體形。如果沒有孤電子對，分子的構(gòu)型為正四面體形；有1對孤電子對，分子的構(gòu)型為三角錐形；有2對孤電子對，分子的構(gòu)型為V形。 
問題六、如何判斷分子（離子）的構(gòu)型？ 
首先根據(jù)價層電子對數(shù)判斷VSEPR模型，分子（離子）構(gòu)型是在VSEPR構(gòu)型的基礎(chǔ)上減去孤電子對。結(jié)合下面的例子分析分子（離子）的構(gòu)型。  
 
中心原子上的 孤電子對數(shù) σ鍵電子對數(shù) 價層電子對數(shù) VSEPR 模型 分子（離子）構(gòu)型 
CH4      NH3      H2O      SO2      BF3      BeCl2      CO2      NH4+      
再次強(qiáng)調(diào)：CH4的VSEPR模型為正四面體形，而NH3和H2O為四面體形。SO2的VSEPR模型為平面三角形， BF3的則為平面正三角形。 
 
【小結(jié)】 
最后總結(jié)運(yùn)用價層電子對互斥理論判斷分子（離子）構(gòu)型的基本步驟： 
算孤對電子對數(shù)（怎么算）      看σ鍵電子對數(shù)（看什么）    
                        得價層電子對數(shù)    
                          VSEPR模型（2、3、4對）    
                       分子（離子）的構(gòu)型  
 
                    
             
                    
                             6 
【活動三】 感受分子的立體構(gòu)型 
借助模型感受價層電子對互斥模型與分子的構(gòu)型。 
有了價層電子對互斥理論這個基礎(chǔ)，下面我們一起來感受幾種常見分子的立體構(gòu)型。請大家分小組活動，用桌上的模型拼出以下幾種分子的立體構(gòu)型，最后集體展示結(jié)果。 
 
BF3    SO2    BeCl2   CCl4  
 
【拓展提升】 
提問：對比CH4、NH3、H2O的構(gòu)型，它們的價層電子對都是4對，VSEPR模型都為四面體形，為什么它們的鍵角卻呈現(xiàn)依次減小的規(guī)律？（提示學(xué)生結(jié)合電子式加以分析） 
  中心原子上的孤電子對數(shù) σ電子對數(shù) 中心原子的價
層電子對數(shù) 
CH4 
0 4 4 NH3 1 3 4 H2O 
2 
2 
4

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