《第二节 分子的立体结构》学历案

《第二节分子的立体结构》学历案姓名：班级：学号：【主题与课时】【课标要求】1、认识共价分子结构的多样性和复杂性。2、能根据有关理论判断简单分子或离子的立体结构。3、了解分子立体结构测定的实验方法。【学习目标】1、在1节课结束的时候，能够说出常见分子（如水、二氧化碳、氨、甲烷等）的立体结构，像说自己家有几口人一样熟练。2、给定一些简单分子或离子的化学式，能够像小侦探一样根据价层电子对互斥理论判断出它们的立体结构。3、能简单描述分子立体结构测定的实验方法，就像讲一个有趣的故事一样。【评价任务】1、通过课堂提问和小组讨论，看看同学们能不能快速准确地说出常见分子的立体结构，以此来检测目标1是否达成。2、给大家出一些简单分子或离子的化学式，让大家写出来判断立体结构的过程和结果，要是大部分同学都能做对，那就说明目标2达成啦。3、让同学们分组讨论分子立体结构测定的实验方法，然后每组派个代表来讲讲，要是讲得有模有样，那目标3就没问题了。【学习过程】一、情境导入同学们，咱们先来讲个小故事。我呀，去参加了一个科学展览。在展览上看到了好多分子结构的模型，那些模型看起来就像各种各样的小建筑，特别有趣。其中有一个水的分子结构模型，我一开始还以为是个简单的小玩意儿，但是仔细一看，发现它的结构很特别呢。从那时候起，我就想啊，这些分子的结构就像一个个神秘的小世界，今天咱们就一起去探索分子的立体结构这个神秘小世界吧。二、任务一：常见分子的立体结构1、水（H₂O）咱们先从水开始。大家都知道水是生命之源，那你们知道水的分子结构长啥样吗？水的中心原子是氧原子，它周围连着两个氢原子。这三个原子可不是在一条直线上的哦，而是像一个小“V”字，这个“V”字的夹角大约是104.5°。就好像两个小伙伴站在中间小伙伴的两边，还稍微有点倾斜呢。那为啥是这样的结构呢？这就和氧原子的电子结构有关啦。氧原子最外层有6个电子，它和两个氢原子形成共价键后，还剩下两对孤对电子。这两对孤对电子就会把两个氢原子“挤”得往一块儿靠了点儿，就形成了这个“V”字形的结构。现在大家闭上眼睛，想象一下水的这个小“V”字结构。然后睁开眼睛，同桌之间互相描述一下这个结构。2、二氧化碳（CO₂）再来看二氧化碳。二氧化碳大家也很熟悉，咱们呼出的气体里就有它。二氧化碳的中心原子是碳原子，它两边各连着一个氧原子。这三个原子呢，是在一条直线上的，就像一根小棍儿似的。这是因为碳原子最外层有4个电子，它和两个氧原子分别形成了两个双键，没有孤对电子，所以分子就是直线型的结构。咱们来玩个小游戏。我在黑板上画一些简单的图形，要是你觉得这个图形能表示二氧化碳的结构，你就举手。3、氨（NH₃）氨这种物质也很有意思。氨分子的中心原子是氮原子，氮原子周围连着三个氢原子。这个结构就像一个三角锥，氮原子在锥顶，三个氢原子在锥底。为啥是这样呢？因为氮原子最外层有5个电子，它和三个氢原子形成共价键后，还剩下一对孤对电子。这对孤对电子就会把三个氢原子“挤”得往一块儿靠，就形成了三角锥的结构。咱们分组来画氨分子的结构，然后每组选一个代表把画的结构拿上来展示，给大家讲讲为什么这么画。4、甲烷（CH₄）最后看看甲烷。甲烷是天然气的主要成分哦。甲烷的中心原子是碳原子，碳原子周围连着四个氢原子。这四个氢原子均匀地分布在碳原子周围，就像一个正四面体一样。每个氢原子和碳原子之间的夹角都是109°28′。这是因为碳原子最外层有4个电子，它和四个氢原子形成了四个相同的共价键，所以就形成了这种对称的正四面体结构。现在我来考考大家。我说出一个分子的名字，大家马上告诉我它的立体结构是什么样的。三、任务二：根据价层电子对互斥理论判断分子或离子的立体结构1、价层电子对互斥理论基础同学们，现在咱们要学习一个很厉害的理论，叫价层电子对互斥理论。这个理论就像一个魔法规则，可以帮助我们判断分子或者离子的立体结构。这个理论的核心就是，分子中的中心原子周围的价层电子对（包括成键电子对和孤对电子）之间会互相排斥，就像小朋友们在操场上玩，都想离得远一点，这样就会让分子形成特定的立体结构。咱们先来讲讲怎么计算价层电子对数。对于ABₙ型的分子或者离子（A是中心原子，B是配位原子，n是配位原子的个数），价层电子对数＝中心原子的价电子数＋配位原子提供的电子数（如果是离子，还要加上或者减去离子的电荷数）÷2。这个公式看起来有点复杂，其实就像做一道简单的数学题一样。咱们举个例子，比如二氧化硫（SO₂）。硫原子是中心原子，它的价电子数是6，氧原子是配位原子，每个氧原子提供2个电子，那价层电子对数＝（6＋0）÷2＝3。这里要注意哦，氧原子不提供电子是因为它和硫原子形成的是双键，双键就相当于它自己的电子已经用了。2、判断实例再来看个例子，铵根离子（NH₄⁺）。氮原子是中心原子，它的价电子数是5，氢原子是配位原子，每个氢原子提供1个电子，因为是铵根离子带一个正电荷，所以要减去1，价层电子对数＝（5＋41）÷2＝4。那根据这个价层电子对数，铵根离子的立体结构就是正四面体结构，就和甲烷的结构很像呢。现在大家自己来做做练习。我给大家几个分子或者离子的化学式，像三氟化硼（BF₃）、硫化氢（H₂S）、磷酸根离子（PO₄³⁻），大家按照刚才讲的方法计算价层电子对数，然后判断它们的立体结构。做完之后同桌之间互相检查一下。四、任务三：分子立体结构测定的实验方法1、实验原理同学们，咱们现在要像科学家一样来探索分子立体结构测定的实验方法啦。有一种方法叫X射线衍射法。这个方法的原理就像是用很细很细的小针去戳分子，这个小针就是X射线。当X射线照射到分子上的时候，会发生衍射现象，就像水波遇到障碍物会扩散一样。根据衍射的图案，科学家们就能推算出分子的立体结构了。我给大家打个比方。假如分子是一个很神秘的小城堡，X射线就是我们的小探子。小探子进入城堡后，会在不同的地方产生反射和散射，就像在城堡里跑来跑去然后从不同的门出来一样。我们根据这些小探子出来的方向和强度，就能画出城堡的内部结构啦，也就是分子的立体结构。2、实验仪器那进行这个实验需要用到哪些仪器呢？首先得有X射线源，这就是产生X射线的地方，就像一个小太阳一样发出X射线。然后要有样品架，把我们要研究的分子样品放在上面。还有探测器，探测器就像一个小耳朵，专门听X射线传来的消息，也就是接收衍射的信号。大家想象一下，这些仪器就像一个小团队，每个成员都有自己的任务，一起合作来揭开分子立体结构的秘密。3、实验步骤那这个实验具体怎么做呢？首先，我们要把准备好的分子样品放在样品架上，要放得整整齐齐的哦。然后打开X射线源，让X射线照射到样品上。这时候探测器就开始工作了，它会收集X射线衍射的信号。收集完信号之后，我们要把这些信号进行处理，就像整理情报一样。最后根据处理后的结果，通过一些复杂的计算和分析，就能得到分子的立体结构了。咱们分组讨论一下，如果让你们来做这个实验，你们会怎么确保每个步骤都不出错呢？每组讨论完之后派个代表来说说你们组的想法。【作业与检测】1、写出下列分子的立体结构：水（H₂O）二氧化碳（CO₂）氨（NH₃）氯化铍（BeCl₂）2、根据价层电子对互斥理论判断下列分子或离子的立体结构：碳酸根离子（CO₃²⁻）二氯化硫（SCl₂）四氯化碳（CCl₄）3、