教案：专题4 4.1.1分子空间结构与物质性质第一单元第一课时杂化轨道理论与分子空间构型
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专题4 分子空间结构与物质性质
第一单元分子构型与物质的性质
第1课时杂化轨道理论与分子空间构型
一、教学目标
1、初步认识杂化概念。
2、了解杂化轨道的类型，并能用杂化轨道理论判断分子的空间构型。
3、能运用杂化轨道理论解释或预测分子或离子的空间结构。
4、培养学生科学的世界观和实事求是的科学态度，激发学生探索未知世界的兴趣。
二、教学重点：能用杂化轨道理论判断分子的空间构型
教学难点：杂化轨道理论
三、教学过程
复习：
共价键(按成键方式) ：
（1）σ键：头碰头（2）π键：肩并肩
键参数：键能、键长、键角
导入：我们已经知道甲烷分子呈正四面体形结构,它的4个C-H键的键长相同H —C--H的键角为109.28°。
按照我们已经学过的价键理论,甲烷的4个C-H单键都应该是0键然而碳原子的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,不可能得到四面体构型的甲烷分子。
那这是问什么呢？
师解释：形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程碳原子具有四个完全相同的轨道与四个氢原子的电子云重叠成键。
1、分子轨道杂化甲烷分子形成过程
像CH4分子一个s轨道与三个p轨道的杂化形成4个sp3杂化轨道的就是sp3 杂化
请同学们参照甲烷分子形成过程为例用杂化轨道理论解释BF3和BeCl2分子的形成及结构。
4.杂化轨道的类型与空间结构
⑴sp 1个s轨道1个p轨道杂化
当中心原子取sp杂化轨道时，形成直线形的骨架结构，中心原子上有一对垂直于分子骨架的未参与杂化的p轨道。
例如CO2中的碳原子、H-C≡N:中的碳原子、BeF2分子中的铍原子等等都是sp杂化。
⑵sp2 1个s轨道2个p轨道杂化
BCl3、CO32–、NO3–、H2C=O、SO3、烯烃>C=C<结构中的中心原子都是以sp2杂化的。
以sp2杂化轨道构建结构骨架的中心原子必有一个垂直于sp2骨架的未参与杂化的p轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，并填入电子，就会形成π键。
⑶sp3 一个s轨道与三个p轨道的杂化
如CH4、CCl4、NH4+、CH3Cl、NH3、H2O等等都采取sp3杂化。
对应空间构型
(1)直线形——sp杂化
(2)平面形——sp2杂化
(3)四面体型——sp3杂化
5、学生归纳小结：杂化轨道的类型与分子空间构型的关系
杂化类型sp sp2 sp3
参与杂化的原ns
子轨道及数目np
杂化轨道数目
杂化轨道间的夹角
杂化轨道示意图
空间构型
实例
【巩固练习】
1.下列关于苯分子结构或性质的描述错误的是()
A.苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角皆为120°
B.苯分子中的碳原子采取sp2杂化,6个碳原子中未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”形式形成一个大π键
C.苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键
D.苯能使溴水和酸性KMnO4溶液因发生化学反应褪色
讲解：苯分子中的碳原子采取sp2杂化,六个碳碳键完全相同,呈平面正六边形结构,键角皆为120°;在苯分子中有一个六电子的大π键,因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构,也就不能使溴水和酸性KMnO4溶液因化学反应而褪色。
答案：D
2.原子轨道的杂化不但出现在分子中，原子团中同样存在原子轨道的杂化。
在硫酸根中S原子的杂化方式为()
A.sp
B.sp2
C.sp3
D.无法判断
讲解：在硫酸根中S原子的孤电子对数为0，与其相连的原子数为4，所以根据杂化轨道理论可推知中心原子S的杂化方式为sp3杂化，立体构型为正四面体形，类似于CH4。
3.在SO2分子中，分子的立体构型为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角()
A.等于120°
B.大于120°
C.小于120°
D.等于180°
讲解：由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形，从理论上讲其键角应为120°，但是由于SO2分子中的S原子有一对孤电子对，对其他的两个化学键存在排斥作用，因此分子中的键角要小于120°。
4.原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响，试回答下列问题：
(1)BF3分子的空间构形为________形，NF3分子的空间构形为________形；
讲解：BF3价电子对数为3，无孤电子对，所以为平面三角形；
NF3价电子对数为4，有1对孤电子对，三个成键电子对，根据价层电子对互斥理论应该是三角锥形。
(2)碳原子有4个价电子，在有机化合物中价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。
在乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲醛分子中，碳原子进行sp杂化的分子是________(写结构简式，下同)，进行sp2杂化的分子是________________________，进行sp3杂化的分子是________。
讲解：sp杂化的是直线形：CH≡CH；
sp2杂化的是平面形：CH===CH2、C6H6、HCHO；
sp3杂化的是四面体形：CH3CH3。
(3)H2O、NH3、CH4分子中键角由大到小顺序为________ ，原因为____________________________________________。
讲解：由于中心原子的杂化类型相同，键角的大小可依据孤电子对的
数目分析。
