“分子的立體結(jié)構(gòu)之雜化軌道理論”教學(xué)處理?

劉常洪 張煒

【摘 要】雜化軌道理論是高中化學(xué)課程的難點(diǎn)之一，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間結(jié)構(gòu)理解能力。在講授這部分內(nèi)容時(shí)，以問題導(dǎo)入課程，引出雜化的概念，并通過圖片直觀展示雜化軌道。這樣的課程設(shè)計(jì)有助于學(xué)生理解分子的立體結(jié)構(gòu)和雜化軌道理論，形成有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本觀念。

【關(guān)鍵詞】分子立體結(jié)構(gòu)；雜化軌道理論；教學(xué)處理

一、教材與學(xué)情分析

《雜化軌道理論》選自《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)--選修3》，是《分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》這一章的重要內(nèi)容。該課程從物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的視角解釋分子的某些性質(zhì)，并預(yù)測(cè)物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間結(jié)構(gòu)思維能力。

學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)包括共價(jià)鍵、價(jià)層電子對(duì)互斥理論等。教學(xué)對(duì)象是高二理科班的學(xué)生，其特點(diǎn)是學(xué)習(xí)興趣比較濃厚，具有一定的分析問題和解決問題的能力。但由于年齡和認(rèn)知的限制，還存在一些不足，例如對(duì)分子或離子的中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)計(jì)算不夠熟練，在雜化軌道類型的判斷上容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

二、教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)教學(xué)大綱的要求，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解和掌握化學(xué)變化中物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，初步從宏觀和微觀的不同角度理解化學(xué)變化的基本特征。主要包括以下幾個(gè)教學(xué)目標(biāo)：

知識(shí)目標(biāo)：

1.掌握雜化軌道理論的要點(diǎn)。

2.能根據(jù)雜化軌道理論判斷簡(jiǎn)單分子或離子的構(gòu)型。

能力目標(biāo)：通過抽象概念的學(xué)習(xí)，逐步掌握類比、歸納、判斷、推理等科學(xué)方法。

情感目標(biāo)：使學(xué)生感受到在分子水平上進(jìn)一步形成有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本觀念，能從物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的視角解釋分子的某些性質(zhì)，并預(yù)測(cè)物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)，體驗(yàn)科學(xué)的魅力，從而形成科學(xué)的價(jià)值觀。

三、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：雜化軌道理論的要點(diǎn)。

教學(xué)難點(diǎn)：分子的立體結(jié)構(gòu)與雜化軌道理論。

四、教學(xué)方法

本課程采用講授法、探究法、多媒體輔助教學(xué)法、對(duì)比歸納等多種方法進(jìn)行教學(xué)。

五、教學(xué)過程 （第二課時(shí)）

教學(xué)步驟 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖

復(fù)習(xí)鞏固 1.用價(jià)電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)，甲烷分子的空間構(gòu)型如何？鍵角為多少？

2.寫出碳原子的價(jià)層電子排布式和價(jià)層電子排布圖。 學(xué)生回答 溫故知新。

導(dǎo)入

新課 提出問題：甲烷分子呈正四面體形結(jié)構(gòu)，它的4個(gè)C—H鍵的鍵長(zhǎng)相同，H—C—H的鍵角為109°28'。按照已學(xué)過的價(jià)鍵理論，是不可能得到正四面體構(gòu)型甲烷分子的。請(qǐng)同學(xué)們思考是什么原因？

放映多媒體，請(qǐng)同學(xué)們觀察圖1，CH4分子的立體構(gòu)型：

進(jìn)行

新課 1. 引入新課

當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成CH4分子時(shí)，碳原子的1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個(gè)相同的軌道，夾角為109°28'，稱為sp3雜化軌道，表示這4個(gè)軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的。

當(dāng)碳原子跟4個(gè)氫原子結(jié)合時(shí)，碳原子以4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)C—H σ鍵，因此CH4呈正四面體的分子構(gòu)型。

2. 雜化的概念

常見的sp型雜化有幾種？雜化軌道與分子的空間構(gòu)型存在什么關(guān)系呢？如何用雜化軌道理論解釋分子的空間構(gòu)型？

雜化：是指原子在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道混合起來，重新組合成一組新軌道，這種軌道重新組合的過程叫做雜化，所形成的新軌道就稱為雜化軌道。雜化時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到能量相同軌道形狀發(fā)生了變化的雜化軌道。

強(qiáng)調(diào)：某個(gè)中心原子最外層上的ns、np軌道參與雜化，因?yàn)閚s、np能量軌道接近，往往采用sp型雜化，sp型雜化有三種。

除了sp3雜化還有sp雜化：一個(gè)ns軌道和一個(gè)np軌道間的雜化。得到2個(gè)完全相同的sp雜化軌道，雜化軌道之間的夾角為180°，呈直線形，如圖3所示。還有2個(gè)未參與雜化的p軌道。

圖3 sp雜化軌道

sp2雜化：一個(gè)ns軌道和兩個(gè)np軌道間的雜化。得到3個(gè)完全相同的sp2雜化軌道，雜化軌道之間的夾角為120°，呈平面三角形，如圖4所示。還有1個(gè)未參與雜化的p軌道。

應(yīng)當(dāng)注意的是：sp雜化和sp2雜化形式中還有未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵，而雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。

查閱課本第39頁(yè)資料，自主討論，歸納碳原子雜化軌道理論的要點(diǎn)。

sp雜化、sp2雜化、sp3雜化區(qū)別與聯(lián)系 展示sp3雜化軌道圖片。

設(shè)計(jì)三個(gè)問題，層層深入，引發(fā)學(xué)生思考，從而引出雜化的概念。

歸納 1. 雜化軌道數(shù)=價(jià)層電子對(duì)數(shù)。

2. 雜化軌道類型與雜化軌道數(shù)的關(guān)系：sp—2、sp2—3、sp3—4。

3. CO2分子中的碳原子形成2個(gè)雙鍵，但碳原子不是采用sp2雜化，而是采用sp雜化。

4. 有機(jī)化合物中的碳原子形成4個(gè)單鍵時(shí)碳原子采用sp3雜化，碳原子形成1個(gè)雙鍵或苯環(huán)時(shí)碳原子采用sp2雜化，碳原子形成1個(gè)三鍵時(shí)碳原子采用sp雜化。 學(xué)生積極參與，共同歸納。 共享學(xué)習(xí)成果，理清本思路和主要知識(shí)點(diǎn)。

六、教學(xué)反思

在新課標(biāo)背景下，如何有效利用課堂時(shí)間，設(shè)計(jì)好課程內(nèi)容是關(guān)鍵。在“分子的立體結(jié)構(gòu)之雜化軌道理論”課程的教學(xué)處理中，應(yīng)用問題引導(dǎo)、多媒體輔助展示圖片、類比、歸納總結(jié)等教學(xué)方法，力求將枯燥的概念和理論知識(shí)更形象的展示在學(xué)生面前?？茖W(xué)的學(xué)習(xí)方法和探索思考問題的能力在潛移默化中傳遞給學(xué)生，使學(xué)生在知識(shí)、能力、心理等方面達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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基金項(xiàng)目：本文由湖北省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題支持，課題編號(hào)2013B557

（作者單位：湖北省襄陽市第三中學(xué)）