引入谈到分子的空间构型

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1、【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

2、CH4分子的模型，谈谈你对 CH4分子构型的认识。 【思考】1C 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】2CH4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 CH 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

3、 （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？ 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？！ 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，那么，CH4分子的正四面体构型是怎样形成的呢？分

4、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】CH4sp3杂化杂化 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

5、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 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 键，从而形成正四面体构型 的

6、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。 结合结合 BF3和和 BeCl2分子模型的动画，请思考下列问题：分子模型的动画，请思考下列问题： 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。 B、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？ 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】 （

7、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 键，C-C 间为一个 键和一个 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 键，C-C 间为一个 键和两个 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 键或用来容纳未参与成键的孤对电子） ，分析时注

8、意以下问题：C 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。C 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？ 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 键（两个原子 p 轨道和 p 轨道的重叠）的形成。 【结合动画、学生汇报探究结果、教师启发引导】 （略） 【总结】 本堂课学习了 sp3 、sp2 、sp 三种主要的原子轨道杂化类型，通过杂化轨道理论很 好的解释了甲烷、BF3、BeCl2和乙烯等常见分子的空间构型。 课本第 60 页：分子的结构是可以通过实验手段进行测定，也可以根据相关的理论进 行解释和预测，那么，杂化轨道理论就是这些“相关的理论”之一。应该说，杂化轨道理论， 为我们认识、理解分子的空间构型打开了一扇窗户。