2022年高中化學(xué) 第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教學(xué)案 蘇教版選修3
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1、2022年高中化學(xué) 第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教學(xué)案 蘇教版選修3 【教學(xué)目標(biāo)】 1、復(fù)習(xí)化學(xué)鍵的概念,能用電子式表示常見物質(zhì)的離子鍵或共價鍵的形成過程。 2、知道共價鍵的主要類型δ鍵和π鍵。 3、說出δ鍵和π鍵的明顯差別和一般規(guī)律。 4、認識鍵能、鍵長、鍵角等鍵參數(shù)的概念 5、能用鍵參數(shù)――鍵能、鍵長、鍵角說明簡單分子的某些性質(zhì) 6、知道等電子原理,結(jié)合實例說明“等電子原理的應(yīng)用” 【教學(xué)重點、難點】 1、價層電子對互斥模型 2、鍵參數(shù)的概念,等電子原理 【教學(xué)過程】 復(fù)習(xí)引入:NaCl、HCl的形成過程 離子鍵:陰陽離子間的相互作用。
2、 共價鍵:原子間通過共用電子對形成的相互作用。 使離子相結(jié)合或原子相結(jié)合的作用力通稱為化學(xué)鍵。 共價鍵是現(xiàn)代化學(xué)鍵理論的核心。 第一節(jié) 共價鍵 一、 共價鍵 1、定義:原子間通過共用電子對形成的相互作用。 練習(xí):用電子式表示H2、HCl、Cl2的形成過程 H2 HCl Cl2
3、 思:為什么H2、Cl2 是雙原子分子,而稀有氣體是單原子分子? 2、形成共價鍵的條件:兩原子都有單電子 討論:按共價鍵的共用電子對理論,是否有H3、H2Cl、Cl3的分子存在? 3、共價鍵的特性一:飽和性 講:對于主族元素而言,內(nèi)層電子一般都成對,單電子在最外層。 如:H 1s1 、Cl 1s22s22p63s23p5 H、Cl最外層各缺一個電子,于是兩原子各拿一電子形成一對共用電子對共用,由于Cl吸引電子對能力稍強,電子對偏向Cl(并非完全占有),Cl略帶部分負電
4、荷,H略帶部分正電荷。 討論:共用電子對中H、Cl的兩單電子自旋方向是相同還是相反? 設(shè)問:前面學(xué)習(xí)了電子云和軌道理論,對于HCl中H、Cl原子形成共價鍵時,電子云如何重疊? 例:H2的形成 1s1 相互靠攏 1s1 電子云相互重疊 形成H2分子的共價鍵(H-H) 由此可見,共價鍵可看成是電子云重疊的結(jié)果。電子云重疊程度越大,則形成的共價鍵越牢固。 H2里的共價鍵稱為δ鍵。形成δ鍵的電子稱為δ電子。 4、共價鍵的種類 (1)δ鍵:(以“頭碰頭”重疊形式) a、特征:以形成化學(xué)鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉(zhuǎn)操作,共價鍵電子
5、云的圖形不變, 這種特征稱為軸對稱。 講:H2分子里的δ鍵是由兩個s電子重疊形成的,可稱為S-Sδ鍵。 下圖為HCl、Cl2中電子云重疊: 未成對電子的電子云相互靠攏 電子云相互重疊 形成的共價單鍵的電子云圖像 未成對電子的電子云相互靠攏 電子云相互重疊 形成的共價單鍵的電子云圖像 HCl分子里的δ鍵是由H的一個s電子和Cl的一個P電子重疊形成的,可稱為S-P δ鍵。 Cl2分子里的δ鍵是由Cl的兩個P電子重疊形成的,可稱為P-P δ鍵。 b、種類:S-S δ鍵 S-P δ鍵 P-P δ鍵 思考:N2中兩
6、個N電子云如何重疊? 結(jié)論:P電子和P電子除能形成δ鍵外,還能形成π鍵, 形成π鍵的電子稱為π電子。 (2)π鍵(以“肩并肩”重疊形式) 兩個原子相互接近 電子云重疊 π鍵的電子云 a.特征: 每個π鍵的電子云由兩塊組成,分別位于由兩原子核構(gòu)成平面的兩側(cè),如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面,它們互為鏡像,這種特征稱為鏡像對稱。 由此可見,共價鍵還具有方向性。 3、共價鍵的特性二:方向性 (離子鍵沒有飽和性和方向性。) 小結(jié):δ鍵和π鍵比較 δ鍵 π鍵 重疊方式 頭碰頭 肩并肩 強度 強度較大 不如δ鍵牢固
7、成鍵電子 S-S S-P P-P P-P δ鍵、π鍵總稱價鍵軌道,是分子結(jié)構(gòu)的價鍵理論中最基本的組成部分。 分析:哪些共價鍵是δ鍵,哪些共價鍵是π鍵? 一般規(guī)律是:共價單鍵是δ鍵;共價雙鍵中有一個是δ鍵,另一個是π鍵,共價叁鍵中含一個δ鍵和兩個π鍵。 練習(xí):乙烷、乙烯和乙炔分子中的共價鍵分別由幾個δ鍵和幾個π鍵組成? 【鞏固練習(xí)】 1、下列關(guān)于化學(xué)鍵的說法不正確的是 ( D) A.化學(xué)鍵是一種作用力 B.化學(xué)鍵可以是原子間作用力,也可以是離子間作用力 C.化學(xué)鍵存在于分
8、子內(nèi)部 D.化學(xué)鍵存在于分子之間 2、下列物質(zhì)中,屬于共價化合物的是 ( C ) A.I2 B.BaCl2 C.H2SO4 D.NaOH 3、對δ鍵的認識不正確的是 ( A ) A.δ鍵不屬于共價鍵,是另一種化學(xué)鍵 B.S-S δ鍵與S-P δ鍵的對稱性相同 C.分子中含有共價鍵,則至少含有一個δ鍵 D.含有π鍵的
9、化合物與只含δ鍵的化合物的化學(xué)性質(zhì)不同 5、乙烯分子中C-C之間有 1 個σ鍵, 1 個π鍵。乙烯易發(fā)生加成反應(yīng)是因為分子中C-C之間的一個 π 鍵易斷裂。 過渡:不同原子間的價鍵軌道,其強度、性質(zhì)等也有所不同,如何比較? 二、鍵參數(shù) 在第一章中討論過電離能,我們知道,原子失去電子要吸收能量。反過來,原子吸引電子,要放出能量。因此,原子形成共價鍵相互結(jié)合,放出能量,由此形成了鍵能的概念。 1、鍵能 (1)概念:氣態(tài)基態(tài)原子形成1mol化學(xué)鍵所釋放出的最低能量。 (2)單位:kJ/mol,取正值。 閱讀:課本30頁,表2-1 思考:①鍵能大小與鍵的強度的關(guān)系?
10、 ②鍵能化學(xué)反應(yīng)的能量變化的關(guān)系? (3)意義:鍵能越大,形成化學(xué)鍵放出的能量越大,化學(xué)鍵越穩(wěn)定,越不容易被打斷。 思考與交流:課本32頁1、2 2、鍵長 (1)概念:形成共價鍵的兩原子間的核間距。(相同原子的共價鍵鍵長的一半稱為共價半徑) (2)單位: pm(1pm=10-12m) (3)意義:鍵長越短,往往鍵能越大,共價鍵越牢固,形成的物質(zhì)越穩(wěn)定。 小結(jié):鍵能、鍵長都可以用來衡量共價鍵的穩(wěn)定性。 設(shè)問:多原子分子的形狀如何?這就涉及到多原子分子中兩共價鍵之間的夾角的問題。 3、鍵角:多原子分子中的兩個共價鍵之間的夾角。 是描述分子立體結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)
11、。 例如:CO2 結(jié)構(gòu)為O=C=O,鍵角為180°,為直線形分子。 H2O 鍵角105° V形 CH4 鍵角109°28′ 正四面體 總結(jié): 鍵能、鍵長決定了共價鍵的穩(wěn)定性;鍵長、鍵角決定了分子的空間構(gòu)型。 三、等電子原理 閱讀課本32頁表2-3 1.等電子原理:原子總數(shù)相同,價電子總數(shù)也相同的微粒,其具有相似的化學(xué)鍵特征,使得許多性質(zhì)相近。 2.等電子體:原子總數(shù)相同,價電子總數(shù)也相同的微粒。 如:CO和N2,CH4和NH4+ 【鞏固練習(xí)】 1、能夠用鍵能解釋的是
12、 ( A ) A.氮氣的化學(xué)性質(zhì)比氧氣穩(wěn)定 B.常溫常壓下,溴呈液體,碘為固體 C.稀有氣體一般很難發(fā)生化學(xué)反應(yīng) D.硝酸易揮發(fā),硫酸難揮發(fā) 2、與NO3-互為等電子體的是 ( AB ) A.SO3 B.BF3 C.CH4 D.NO2 3、根據(jù)等電子原理,下列分子或離子與SO42-有相似結(jié)構(gòu)的是 ( B ) A.PCl5 B.CCl4 C.NF3
13、 D.N2 4、下列分子中鍵角最大的是 ( D?。? A.CH4 B.NH3 C.H2O D.CO2 5、根據(jù)課本中有關(guān)鍵能的數(shù)據(jù),計算下列反應(yīng)中的能量變化: N2(g)+ 3H2(g)==== 2NH3(g);△H = —92kJ/mol 2H2(g)+ O2(g)=== 2H2O(g);△H= —482.07kJ/mol 第二節(jié) 分子的立體結(jié)構(gòu) 【學(xué)習(xí)重點】 1、分子的立體結(jié)
14、構(gòu); 2、價層電子對互斥模型、雜化軌道理論和配位鍵。 【學(xué)習(xí)難點】 1、分子的立體結(jié)構(gòu); 2、價層電子對互斥模型、雜化軌道理論。 【知識要點】 一、行行色色的分子 1、共價鍵的形成具有方向性。單原子分子(稀有氣體)、雙原子分子不存在立體結(jié)構(gòu)問題。大多數(shù)分子是由兩個以上原子構(gòu)成的,在多原子分子中,原子的空間關(guān)系不同,便形成不同的立體結(jié)構(gòu)。 常見典型分子的立體結(jié)構(gòu) ABn 立體結(jié)構(gòu) 范例 雙原子分子 n=1 直線型 H2、HCl等 三原子分子 n=2 直線型 CO2、CS2、BeCl2等 V形 H2O、H2S等 四原子分子 n=3 平
15、面三角形 BF3、CH2O等 三角錐形 NH3、H3O+、PCl3等 五原子分子 n=4 正四面體型 CH4、CCl4、NH4+等 此外,還有一些結(jié)構(gòu)特殊、更復(fù)雜的常見分子的結(jié)構(gòu)見課本36頁圖2—12。 2、分子的立體結(jié)構(gòu)的測定:見課本P37【科學(xué)視野】 測定分子的立體結(jié)構(gòu) 【過渡】:C、O的價電子結(jié)構(gòu)分別為2s22p2、2s22p4,C原子有兩個單電子,2個p軌道垂直,理論上與O原子上的p電子應(yīng)該“頭碰頭”重疊形成,夾角應(yīng)為90°,為何是180°? 二、雜化軌道理論 雜化軌道理論是一種價鍵理論,是
16、為了解釋分子的立體結(jié)構(gòu)提出的。 1、雜化的概念:原子形成分子時,由于原子的相互影響,同一原子中若干能量相近的原子軌道,在外界條件的影響下重新組合形成一組新軌道過程叫做軌道的雜化,產(chǎn)生的新軌道叫 。 2、雜化結(jié)果:重新分配能量和空間,組成 和 都相等且成鍵能力更強的原子軌道。 3、雜化的過程:雜化軌道理論認為在形成分子時,通常存在 、 和 等過程。例如:基態(tài)碳原子的電子排布為 ,其2s能級上的1個電子躍遷到2p能級上則形成激發(fā)態(tài)1s22s12p3(1s22s12px12py12pz1),此時2s與2p軌道的能量不相同
17、,然后1個2s軌道與3個、2個或1個2p軌道混合而形成4個、3個或2個能量相等、成分相同、電子云形狀(原子軌道的電子云輪廓圖)完全相同的新的原子軌道,此過程即為雜化,形成的新的原子軌道分別稱為sp3、sp2、sp雜化軌道,每個雜化軌道中有1個不成對電子且自旋平行,再與其它原子中的電子發(fā)生電子云重疊而形成σ鍵,可用下圖表示: ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓↑ ↑ 激發(fā) 雜化 →
18、 → 2s 2p 2s 2p sp3 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 雜化軌道 此處中心原子的2s和2px,2py,2pz等四條原子軌道發(fā)生雜化,形成一組新的軌道,即四條sp3雜化軌道,這些sp3雜化軌道不同于s軌道,也不同于p軌道。 3、雜化軌道類型: ↓↑ (1)sp雜化:sp雜化軌道是由 個s軌道與 個p軌道雜化而得的。 sp雜化得到夾
19、角為 的 形雜化軌道。如CO2、BeCl2 、CS2、C2H2等。 分析CO2化學(xué)鍵的形成: C、O原子形成CO2時,C原子的一個2s電子激發(fā)到能量相近的2p軌道上,同時原來空的2p軌道與2s軌道發(fā)生了sp雜化,形成了兩個在同一條直線上能量相等的相同軌道,每個軌道上一個單電子,兩個沒有參與雜化的2p軌道保持原狀,與這兩個雜化軌道相互垂直(相當(dāng)于3個2p軌道的分布,實際上是4個軌道:兩個p軌道,兩個sp雜化軌道)。這樣O原子的一個p軌道先與C的一個雜化軌道重疊時形成σ鍵,該O原子的另一個p軌道則與C原子的一個p軌道形成π鍵。另一個O原子的一個p軌道再與C余下的一個雜化軌道形
20、成σ鍵,該O原子的另一個p軌道則與C余下的p軌道形成鍵π鍵。實際上CO2中的兩個π鍵是相互垂直的。同理可得CS2、C2H2的結(jié)構(gòu)。 請分析BeCl2 、CS2、C2H2化學(xué)鍵的形成: (2)sp2雜化:sp2雜化軌道表示由 個s軌道與 個p軌道雜化而得。 sp2雜化得到三個夾角為 的 形雜化軌道。如BF3、C2H4、HCHO等。 分析BF3化學(xué)鍵的形成: B、F原子間形成BF3時,B原子的一個2s電子激發(fā)到一個空的2p軌道上,這個2s和2個有單電子的2p軌道發(fā)生sp2雜化,形成三個能量相等、相互間夾角為120°的三個相同軌道(每個軌道上有一個單電
21、子)。每個F原子的2p軌道與B的一個雜化軌道形成電子σ鍵,這樣的三個σ鍵完全等同,在平面上對稱分布,因而B—F鍵間的夾角是120°。BF3是平面三角形分子。 請分析C2H4、HCHO化學(xué)鍵的形成: 注意:sp雜化、sp2雜化這兩種雜化形式還有未參與雜化的p軌道,可用于形成 鍵,而雜化軌道只用于形成 鍵或者用來容納未參與成鍵的孤對電子。 (3)sp3雜化:sp3雜化軌道表示由 個s軌道與 個p軌道雜化而得。 sp3雜化 sp3雜化得到夾角為 的 形雜化軌道。如CH4、CCl4等。 分析CH4化學(xué)鍵的形成
22、: C、H原子形成CH4時,C原子的一個2s電子激發(fā)到空的2p軌道上,這個2s 形軌道與3個2p軌道再發(fā)生sp3雜化,形成了4個能量相等的相互夾角是109°28′,在空間呈正四面體形分布的雜化軌道(每個軌道上一個單電子),4個H原子的s電子與這四個雜化軌道形成4個完全等同的σ鍵,在空間對稱分布。因而CH4分子的鍵角是109°28′。 請分析CCl4的化學(xué)鍵的形成: 【思考】:為何CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3不是正四面體? 三、價層電子對互斥模型(VSEPR models) 不同的分子由于其原子在空間排列方式不同而導(dǎo)致分子的立體結(jié)構(gòu)不同。但對于一些組成相似的分子,如C
23、O2和H2O、NH3和BF3分子等,它們的空間結(jié)構(gòu)并不相同,為什么? 把分子分成兩大類:一類是中心原子上的價電子都用于形成共價鍵。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。 另一類是中心原子上有 (未用于形成共價鍵的電子對)的分子。如H2O和NH3中心原子上的孤對電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間,并參與互相排斥。因而H2O分子呈V型,NH3分子呈三角錐型。 例如:可用AXna±來表示只含一個中心原子的分子或離子的組成。 各符號含義:A——中心原子 X——中心原子結(jié)合的原子(可以是一種,也可以是
24、多種) n——中心原子結(jié)合的原子的總數(shù) A的價電子數(shù)-︱X的化合價︳×n±a 公式: m = 2 說明:①陽離子時相當(dāng)于中心原子失電子,則“-”a,如NH4+中,m=0 陰離子時相當(dāng)于中心原子得電子,則“+”a,如SO42—、PO43—、NO3—中,m=0 HCN、CH2O中m=0,H3O+中m=1 ②若m為小數(shù)時,則進一步取整數(shù),如NO2中m=0.5,這時應(yīng)當(dāng)作m=1。 (因為單電子也要占據(jù)一個軌道
25、) ③m+n指中心原子的孤對電子對數(shù)與相連的其他原子數(shù)之和,稱為價層電子對數(shù),即雜化軌道數(shù)。 m+n 2 3 4 5 6 空間構(gòu)型 直線形 平面三角形 正四面體 三角雙錐 正八面體 雜化類型 sp sp2 sp3 ∕ ∕ 如:SO2 m=(6-2×2)/2=1 m+n=1+2=3 為sp2雜化 化學(xué)式 中心原子含有 孤對電子對數(shù) 中心原子結(jié)合的 原子數(shù) 雜化軌道數(shù) 雜化類型 空間構(gòu)型 CO2 CH4 CH3Cl H2O H2S
26、 NH3 BF3 CH2O C2H4 C2H2 NH2— NH4+ SO42- 寫出HCN分子和CH2O分子的路易斯結(jié)構(gòu)式。 分析:HCN中C原子以 雜化,CH2O中C原子以 雜化;HCN中含有 個σ鍵和 個π鍵;CH2O中含有 個σ鍵和 個π鍵。 【鞏固練習(xí)】 1、關(guān)于原子軌道的說法正確的是
27、 ( D) A、凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其幾何構(gòu)型都是正四面體 B、CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個H原子的1s 軌道和C原子的2p軌道混合起來而形成的 C、sp3雜化軌道是由同一個原子中能量相近的s 軌道和p軌道混合起來形成的一組能量相近的新軌道 D、凡AB3型的共價化合物,其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵 2、對SO2與CO2說法正確的是 ( D) A、都是直線形結(jié)構(gòu) B、中心原子都采取sp雜化軌道 C、S原子和C原子上
28、都沒有孤對電子 D、SO2為V形結(jié)構(gòu),CO2為直線形結(jié)構(gòu) 3、寫出下列分子的路易斯結(jié)構(gòu)式(是用短線表示鍵合電子,小黑點表示未鍵合的價電子的結(jié)構(gòu)式),并指出中心原子可能采用的雜化軌道類型,并預(yù)測分子的幾何構(gòu)型。
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