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人教版选修三第二章第二节第二课时《杂化轨道理论》

教学设计

----营口发开区第一高级中学

邱月

一、教材与学情分析

1.教材分析

新教材改革使结构化学成为独立的课本出现在高中化学中，本节内容选自高中化学人教版（新课标）选修3第二章分子与结构第二节第二课时。杂化轨道理论位于共价键和价层电子对互斥理论之后，对价键理论进行了完善和丰富，很好地解释了多原子分子的空间构型，并且形象地解释了原子之间的成键方法、有关物质的空间结构及其稳定性。还对后续配合物和晶胞的学习奠定了空间想象基础。因此杂化轨道理论在高中化学中起着承上启下的作用。

2.学情分析：

知识基础：已经学习了原子的结构与性质，价键理论和价层电子对互斥理论，学会了运用价层电子对互斥理论来判断简单分子的空间构型。

能力基础: 高二学生思维敏捷，好奇心强，动手能力强，但空间想象力弱，而且本节对学生空间想象力和抽象思维能力要求较高。因此我将难点拆分，将其转化为问题抛给学生，再通过模型动画演示和小组合作学习的形式突破教学重难点。

可能遇到的障碍:如果对原子结构和价层电子对互斥理论掌握的不好，空间想象能力欠缺将会影响到对本部分内容的学习

二、教学目标

根据《普通高中化学课程标准（实验）》的要求，制定以下教学目标：

1.知识与技能：认识共价分子结构的多样性和复杂性，能根据杂化轨道理论解释分子的空间构型。

2.过程与方法：培养分析、归纳能力和空间想象能力

3.情感态度与价值感：通过杂化轨道理论的学习，激发学习兴趣，投身科学追求真理的积极情感；提高学生对探究物质结构的兴趣，感受物质结构与性质的奇妙。

三、教学重难点

重点：

杂化轨道理论的要点

难点：对杂化轨道理论的理解；用杂化轨道理论来解释分子的构型

四、教法学法

教法：讲授法，问题驱动式教学法，对比归纳法，多媒体辅助教学法

学法：自主学习，探究学习，合作学习

五、教学流程

[教师]为探究分子的立体构型，发展了许多结构理论，上节课我们已经学习了其中一种叫做价层电子对互斥理论，这节课我们来学习另一个非常重要的价键理论——杂化轨道理论。请同学们回忆甲烷分析中C原子有几个共价键？分子的立体构型是什么？

[学生]四个共价键，正四面体结构。

[思考与交流]1.画出碳原子和氢原子的价电子排布图。矛盾1：碳原子只有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，为什么不形成CH2却能形成CH4？C原子怎样才能形成四个共价键？

[学生]C原子2s轨道上的一个电子跃迁到2p能级上。

[教师]矛盾2.虽然当C的2s轨道中的其中一个电子跃迁到2p轨道上，貌似可以和4个H的1S轨道重叠形成CH4。但是此时4个轨道能量不完全相等，不可能得到正四面体结构的甲

烷分子，产生二级矛盾。

[教师]值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构型，却无法解释许多深层次的问题。为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。

[板书]杂化轨道理论

[投影]

它的要点是：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个相同的轨道，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。为使轨道间的相互排斥力最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。所得到的立体结构应该是怎样的？夹角是多少？

[学生]正四面体，夹角109°28′。

[教师]当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的ls轨道重叠，形成4个C--Hσ键，因此呈正四面体的分子构型。

[学生]1、杂化的概念：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。

[板书]1、杂化

2、杂化过程

[设问]在这个含义里有几个关键字？

[学生]中心原子、能量相近。

[教师]发生轨道杂化的一定是中心原子，我们所说的价层电子对数也是中心原子上的电子对。由于ns和np能级接近，往往采用“sp”型杂化。

[演示动画

展示模型]sp3杂化轨道形成过程

[学生]

总结学案上sp3杂化轨道特点。

[板书]3、类型（1）sp3杂化

正四面体形

109°28′。

[教师]还有哪些类型的杂化呢？得到的杂化轨道什么构型呢？

[学生] sp2杂化对应平面三角形，sp杂化对应直线形。

[学生]用杂化轨道理论描述BF3分子形成过程

[投影展示]以BF3中B原子sp2杂化轨道形成

[学生]

总结学案上sp2杂化轨道特点。

[板书]（2）sp2杂化

平面三角形

120°。

[应用反馈]用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、成键情况和分子的空间构型。

（1）

CH2＝CH2

[教师]提醒：画出分子的结构式，计算价层电子对数，判断中心原子杂化轨道类型，思考如何形成π键？

[展示]

[学生]展示sp2杂化模型并解释

C原子在形成乙烯分子时发生sp2杂化。每个C原子的2个sp2杂化轨道分别与2个H原子的1s轨道形成2个相同的σ键，各自剩余的1个sp2杂化轨道相互形成一个σ键。各自没有杂化的1个2p轨道则垂直于杂化轨道所在的平面，彼此肩并肩重叠形成π键。所以，在乙烯分子中双键由一个σ键和一个π键构成。

[学生] sp杂化，用杂化轨道理论解释BeCl2中分子形成过程。

[投影展示]

[板书]（3）sp杂化

直线形

180°。

[应用反馈]用杂化轨道理论分析下列物质的杂化类型、成键情况和分子的空间构型。

（2）CH≡CH

[学生]C原子在形成乙炔分子时发生sp杂化。两个碳原子以sp杂化轨道与氢原子的1s轨道结合形成σ键。各自剩余的1个sp杂化轨道相互形成1个σ键，

两个碳原子的未杂化2p轨道分别在Y轴和Z轴方向重叠形成π键。所以乙炔分子中碳原子间以叁键相结合。

[展示]

[思考]杂化轨道数和我们前面所学习的价层电子对数有什么关系呢？

[学生讨论]得出结论：杂化轨道数=价层电子对数

[板书]4、杂化轨道与分子空间构型

[练习]

代表物质

CH4

CO2

CH2O SO2

NH3

H2O 杂化轨道数

杂化轨道类型

VSEPR模型

分子立体构型

[学生]

杂化轨道只能用于形成σ键或容纳孤对电子，剩余的未杂化p轨道还可形成π键。中心原子的杂化轨道数=价层电子对数=σ键电子对数（中心原子结合的电子数）+孤电子对数。

[交流讨论]1、鲍林为什么要提出杂化轨道理论？2、什么叫杂化？什么叫杂化轨道？3、为什么要杂化？4、任意不同的轨道都可以杂化吗？5、轨道杂化有哪些主要类型？

[学生]总结本节课所学内容，教师补充。

[课堂练习]

1、请预测下列分子或离子的中心原子的杂化方式分子的空间几何构型：

CO2 ____________CO32-____________

PH3 ____________ H2S ____________ 2、BF3是平面三角形，而NF3却是三角锥形，试用杂化理论加以说明。

[布置作业]课时作业卷

六、板书设计

第二节 杂化轨道理论

1、杂化

2、杂化过程

3、杂化类型

（1）sp3杂化

正四面体形

109°28′。

（2）sp2杂化

平面三角形

120°

（3）sp杂化

直线形

180°

4、杂化轨道与分子的空间构型

中心原子的杂化轨道数=价层电子对数