人教版高中化學(xué)選擇性必修二教案2-2-1分子結(jié)構(gòu)的測定與多樣性價層電子對互斥模型

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)2.2.1分子結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型價層電子對互斥模型【教材分析】本節(jié)從分子結(jié)構(gòu)的測定、三原子、四原子、五原子分子的立體構(gòu)型為例，介紹典型分子立體構(gòu)型；然后從價層電子對互斥理論和雜化軌道理論解釋分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，并根據(jù)上述理論判斷簡單分子和離子的構(gòu)型?！菊n程目標(biāo)】課程目標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法。2.認(rèn)識共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。3.理解價層電子對互斥理論的含義。4.能根據(jù)有關(guān)理論判斷簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。a.宏觀辨識與微觀探析：通過對典型分子空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識微觀結(jié)構(gòu)對分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。b.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過對價層電子對互斥模型的探究，建立解決復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)判斷的思維模型?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：價層電子對互斥理論教學(xué)難點(diǎn)：價層電子對互斥理論【教學(xué)過程】【情境引入】肉眼不能看到分子，那么，科學(xué)家是怎樣知道分子的結(jié)構(gòu)的呢？早年的科學(xué)家主要靠對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測。科學(xué)家應(yīng)用了許多測定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。下面先介紹紅外光譜，下一章還將介紹晶體X射線衍射。任務(wù)一：分子結(jié)構(gòu)的測定【講解】紅外光譜工作原理原理：分子中的原子不是固定不動的，而是處于不斷振動著的。分子的空間結(jié)構(gòu)是分子中的原子處于平衡位置時的模型。分子振動需要能量，所以當(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，記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學(xué)計算，可以得知分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。紅外光譜儀原理示意圖【案例探析1】【案例探析2】通過紅外光譜圖，發(fā)現(xiàn)未知物中含有O-H、C-H和C-O的振動吸收，可初步推測該未知物中含有羥基?！局v解】質(zhì)譜工作原理縱坐標(biāo)表示相對豐度，橫坐標(biāo)表示粒子的相對質(zhì)量與其電荷數(shù)之比（mz），簡稱荷質(zhì)比，化學(xué)家通過分析得知，被測物的相對分子質(zhì)量是92【課堂練習(xí)】1、2002年諾貝爾化學(xué)獎獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量(10－9g左右)的化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2H、C2H、C2H……然后測定其質(zhì)荷比β。設(shè)H＋的質(zhì)荷比為1，某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖(假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，信號強(qiáng)度與該離子多少有關(guān))，則該有機(jī)物可能()A．CH3OH B．C3H8C．C2H4 D．CH4【過渡】美麗的化學(xué)結(jié)構(gòu)視頻【展示】多樣的分子空間結(jié)構(gòu)分子類型化學(xué)式空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式鍵角空間填充模型球棍模型三原子分子CO2直線形O=C=O180°H2OV形105°四原子分子CH2O平面三角形120°NH3三角錐形107°五原子分子CH4四面體形109°28′【思考交流】為什么甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體形而不是正方形？【學(xué)生活動】用“氣球空間互斥”類比“電子對互斥”并展示成果【思考交流】三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，為什么它們的空間結(jié)構(gòu)不同？【學(xué)生活動】寫出分子的電子式，再對照其球棍模型，運(yùn)用分類、對比的方法，分析結(jié)構(gòu)不同的原因?！局v解】結(jié)論：由于中心原子的孤電子對占有一定空間，對其他成鍵電子對存在排斥力，影響其分子的空間結(jié)構(gòu)。分子的空間結(jié)構(gòu)除了和中心原子與結(jié)合原子間的成鍵電子對有關(guān)，還和中心原子的孤電子對有關(guān)，兩者合稱為中心原子的“價層電子對”?！舅伎冀涣鳌繉?shí)驗測得NH3的鍵角為107°，H2O的鍵角為105°,為什么NH3和H2O的鍵角均小于109°28′？【講解】相較成鍵電子對，孤電子對有較大的排斥力任務(wù)二：價層電子互斥理論【講解】為了探究其原因，發(fā)展了許多結(jié)構(gòu)理論，有一種比較簡單的理論叫做價層電子對互斥理論。價層電子對互斥模型認(rèn)為，分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍“價層電子對”相互排斥的結(jié)果。VSEPR的“價層電子對”是指分子中的中心原子與結(jié)合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。多重鍵只計其中的σ鍵電子對，不計π電子對。【講解】預(yù)測分子的空間構(gòu)型中心原子無孤電子對的分子：VSEPR理想模型就是其分子的空間結(jié)構(gòu)。若有：先判斷VSEPR理想模型，后略去孤電子對，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)【思考交流】如何計算價層電子對數(shù)【講解】價層電子對互斥模型(VSEPR)(1)σ鍵電子對的計算σ鍵電子對數(shù)＝結(jié)合原子數(shù)由分子式確定，即中心原子形成幾個σ鍵，就有幾對σ鍵電子對。如H2O分子中，O有2對σ鍵電子對，NH3分子中，N有3對σ鍵電子對。(2)中心原子上的孤電子對的計算中心原子上的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)①a表示中心原子的價電子數(shù)。對于主族元素：a＝原子的最外層電子數(shù)。對于陽離子：a＝中心原子的價電子數(shù)－離子的電荷數(shù)。對于陰離子：a＝中心原子的價電子數(shù)＋離子的電荷數(shù)(絕對值)。②x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。③b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，氫為1，其他原子＝8－該原子的價電子數(shù)?！菊n堂練習(xí)】計算H2O、NH3、SO3、NH4+、COeq\o\al(2－,3)分子的孤電子對數(shù)?！局v解】【學(xué)生活動】根據(jù)VSEPR，確定CO2、SO2、COeq\o\al(2－,3)、H2O、NH3、CH4、NH4+分子的空間結(jié)構(gòu)?！局v解】分子或離子孤電子對數(shù)價層電子對數(shù)VSEPR模型名稱分子或離子的空間結(jié)構(gòu)名稱CO202直線形直線形SO213平面三角形V形COeq\o\al(2－,3)03平面三角形平面三角形H2O24四面體形V形NH314四面體形三角錐形CH404正四面體形正四面體形NH4+04正四面體形正四面體形【展示】【總結(jié)】VSEPR模型與分子或離子的空間結(jié)構(gòu)σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)＝價層電子對數(shù)eq\o(→,\s\up21(價層電子對),\s\do15(互斥理論))VSEPR模型eq\o(→,\s\up21(略去孤電子對))分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。價層電子對