引入谈到分子的空间构型.doc

【引入】谈到分子的空间构型，我们先来看几个大家非常熟悉的例子。同为三原子分子的CO2和H2O分子，CO2是直线型，3个原子在同一直线上；H2O分子我们称之为折线型，其中O-H键的夹角是104.5度。再看两个例子，同为4原子分子的甲醛和氨分子，甲醛分子为平面三角形，而氨分子为三角锥型。还有的分子是三角双锥型、正八面体型等，形形色色。那么，同学们有没有思考过，为什么分子会有不同的空间构型，分子的空间构型与分子中共价键的形成过程有着怎样的联系呢？今天的学习，将会为大家初步揭开谜底。【过渡】探讨分子的空间构型，我们先用一个典型的例子——CH4分子作为研究对象。首先请结合CH4分子的模型，谈谈你对CH4分子构型的认识。【思考】1．C原子与H原子结合，形成的分子为什么是CH4，而不是CH2或者CH3？【启发】请问，C原子能够和几个H原子形成共价键取决于什么因素？【板书】写出C原子的电子排布式和轨道表示式，我们发现，C原子的2p轨道上有2个未成对电子。若C原子与H原子结合，则应形成CH2。【思考】2．CH4分子为什么具有正四面体的空间构型？【引导】CH4分子中存在4个C－H键，C原子应该能够提供4个未成对的电子。有人认为，形成CH4分子的过程中，C原子的一个2s电子受外界影响跃迁到2p空轨道上（板书），使得C原子具有4个未成对的电子；你认为这样的解释对吗，为什么？（学生回答：有合理的地方，因为跃迁后形成了4个未成对的电子，这就为C原子能与4个H原子形成甲烷铺平了道路。）但是，仅仅发生了电子的跃迁吗？⑴未成对电子在s轨道和p轨道上，s轨道和p轨道的能量不同，它们与H的s轨道重叠形成的共价键的键能、键长会一样吗？！⑵未成对电子在s轨道和p轨道上，s轨道呈球形，3个p轨道互相垂直，它们与H的s轨道重叠形成的共价键的键角会是一样的109.5度吗？！那么，CH4分子的正四面体构型是怎样形成的呢？这个问题也一直困扰着科学家，直到美国化学家鲍林提出杂化轨道理论之后，才得到很好的解释。【教师讲解】C原子sp3杂化轨道形成过程以及CH4分子的空间构型（用三维立体动画）【板书】CH4——sp3杂化C原子的轨道表示式：激发：在形成CH4分子的过程中，C原子的2s轨道中的1个电子吸收能量，跃迁到2p空轨道上。请注意，这样的解释就为C原子能与4个H原子形成甲烷铺平了道路。杂化【板书】：能量相近的1个2s轨道和3个2p轨道将重新组合，形成4个新的、能量相同的sp3杂化轨道（每个杂化轨道上各有1个未成对电子）。【演示动画】杂化的过程我们通过多媒体课件形象的认识一下：“课件甲烷4-4”，鲍林精确计算出每两个sp3杂化轨道之间的夹角为109.5度。重组后的杂化轨道改变了形状（有4个杂化轨道，轨道形状一头大、一头小），杂化轨道的空间分布是正四面体型；这就为解释CH4分子具有正四面体构型铺平了道路。杂化以后的原子轨道更有利于形成共价键时的轨道间重叠，从而形成能量更低和更稳定的共价键。“课件‘σ键的特点’（复习共价键的方向性）和‘甲烷分子的形成’”，这样，C原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道形成4个相同的σ键，从而形成正四面体构型的CH4分子。【交流与讨论】s轨道和p轨道参加的杂化，其杂化类型除了sp3杂化外，还有sp2杂化、sp杂化等，杂化轨道的空间分布见课本图4-4。结合BF3和BeCl2分子模型的动画，请思考下列问题：⑴为了满足生成BF3和BeCl2的要求，B、Be原子的价电子排布应如何改变？用轨道表示式表示B、Be原子的价电子结构的改变。⑵B、Be原子各用哪几个原子轨道参与杂化？形成了几个什么类型的杂化轨道？⑶试分析BF3和BeCl2分子中共价键的成键情况以及分子的空间构型。【演示动画，教师讲解】（略）【教师启发，学生回答】（略）【过渡】下面，我们尝试用杂化轨道理论解释两个老朋友乙烯和乙炔的分子构型。通过之前的学习我们知道：C2H4为平面型结构，六个原子均处在同一平面上；根据实验测定，乙烯分子的键角都约为120度；每个C原子形成4个共价键，C-H间为σ键，C-C间为一个σ键和一个π键。C2H2为直线型结构，四个原子均处在同一直线上；根据实验测定，乙炔分子的键角为180度；每个C原子形成4个共价键，C-H间为σ键，C-C间为一个σ键和两个π键。【科学探究】用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况。（提示：杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤对电子），分析时注意以下问题：⑴C原子的价电子排布应如何改变？请用轨道表示式表示C原子的价电子结构的改变。⑵C原子各用哪几个原子轨道参与杂化？形成了几个什么类型的杂化轨道？⑶试分析C2H4和C2H2分子中共价键的成键情况，以及分子的空间构型。请注意分析π键（两个原子p轨道和p轨道的重叠）的形成。【结合动画、学生