“问题驱动”促进核心素养 —— — “分子的空间构型”第一课时
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发布者：lunwenchina
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时间：2020年4月08日 10:45
许冰婷
（福建省泉州第五中学）
一、 【教学目标】
1.知识与技能目标
（1）理解杂化轨道理论的基本思想。
（2）掌握常见的sp型的三种杂化，并解释一些分子的空间构型。
2. 过程与方法目标：
（1）从熟悉的分子为例，通过感性认识体会杂化轨道理论的基本思想，通过证据推理来建立杂化理论的模型认知。
（2）通过引导学生发现问题、分析讨论问题,培养学生问题意识以及主动探索能力。
3. 情感、态度与价值观目标
（1）通过了解鲍林的故事，激励学生刻苦学习，勇于探究化学世界的信心。
（2）通过对一种前人理论中的问题的发现，培养学生永于探索的科学态度和感受“前人的经验不一定完全正确”，培养学生严谨的思考习惯和科学的怀疑态度,激发学生学习化学的兴趣。
二、 【教学重、难点】理解杂化轨道理论的思想，掌握常见三种sp型杂化三、 【教学过程】
【图片引入】图片展示甲骨文—— — 汉字“美”，让学生猜测出该字，引导学生从这个字的空间结构去观察，它具有结构高度对称的特点，引出宏观宏观世界中，花朵、蝴蝶、雪花等诸多物质展现出规则与对称。这些物质的对称源于组成它们的微观粒子的规则有序的排列。比如我们知道六边形的雪花，是由构成它的水分子规则有序的排列。分子是由组成它的原子形成地空间几何图形决定的。
【分子模型】模型展示甲烷、氨分子和苯分子，感性认知得到提升。
这些分子都是又原子通过共价键形成的，共价键具有什么特点？提出问题，回顾已学知识。具有饱和性和方向性，饱和性是指形成共价键的数目与最外层未成对电子有关，方向性与未成对电子所在的轨道的空间伸展方向有关。
【设疑问题，导入新课】
我们来看下基态C原子与H原子的价电子轨道表示式，根据共价键的饱和性和方向性，它们能形成几个共价键？键角是多少度？
学生活动：2个，90° 。
问题1：C原子与H原子结合形成最简单分子为什么不是CH 2 ，而是CH 4 呢？问题驱动，引导学生思考：C原子为什么要形成四个共价键？
学生活动：形成四个共价键，C原子最外层达到了8电子稳定结构，分子更稳定。
教师追问：而基态C原子最外层只有2个未成对电子，如何才能形成4个共价键呢？提醒学生化学反应需要能量。
学生活动：C原子吸收能量，2s上电子跃迁到2p轨道，这样就有4个未成对电子，就可以形成4个共价键。
教师补充：电子跃迁需要吸收能量，形成激发态，与4个H原子形成共价键，C原子最外层达到8电子稳定结构，所以C与H形成的最简单化合物是CH 4 ,而不是CH 2 。
【过渡衔接】2s电子云是球形，2p电子云是相互垂直的纺锤形，与H原子成键后4个共价键不可能完全相同。可是：问题2：研究发现CH 4 中4个C-H键的完全相同，如何解释？
【过渡衔接】这个问题有个巨人给大家做了解释，鲍林在1931年提出了杂化轨道理论
【教师描述】讲述杂化轨道理论的定义，引导学生阅读课本。
【教师讲解】甲烷分子中C原子的2s和3个2p轨道重新组合，形成4个能量完全相同的杂化轨道，即sp 3 杂化轨道，这些sp 3 杂化轨道能量介于s、p轨道之间。
【板书】（1）sp 3 杂化
教师讲解：杂化后的的4个轨道与H原子成键，四个共价键键能完全相同，共用电子对距离碳原子核可以看成相等。
问题3：甲烷为什么不是平面正方形，而是正四面体？
从数学角度上看，离中心距离相等的点在同一个球面上，这四对电子对彼此之间相互排斥而互相远离，它们应该在球面的什么位置呢？
【学生活动】：四面体。
杂化成键后的轨道在空间的伸展方向是沿着正四面体的四个顶点(图1)。
共用电子对在C原子与H原子之间电子云高密度出现，而远离H原子的一头电子出现几率小，所以形成共价键后电子云的形状变成了一头大（成键），一头小。杂化后的轨道成键能力增加，共价键更牢固，分子更稳定。
【过渡】科学仪器测定BF 3 是平面正三角形，中心B原子未成对电子只有一个，如何形成3个共价键？
【学生活动】：吸收能量，2s上的电子发生跃迁，激发到2p轨道，形成3个未成对电子。
教师追问：为什么3个共价键的性质完全相同，其实B原子也要采取杂化的方式。
一个2s轨道和2个2p轨道发生sp 2 杂化，杂化后有一个空轨道未参与杂化，杂化成键后形成3对共用电子对，由于彼此相互排斥，尽可能远离，排斥力最小，能量最低，最稳定。根据数学模型，形成平面正三角形（图2）。
【过渡】BeCl2分子是直线型，中心原子Be最外层没有未成对电子，分析下Be与Cl原子成键过程？
【学生活动】：2s上的电子吸收能量激发到2p空轨道，1个s轨道和1个p轨道发生杂化，形成2个能量完全相同的sp杂化轨道。
教师讲解：一个2s轨道和1个2p轨道发生sp杂化，杂化成键后的2对共用电子对因排斥而尽可能远离，能量最低，最稳定，呈现出直线型。
问题4：根据NH3中心N原子价电子排布和共价键的饱和性、方向性，如何解释NH3的空间构型为三角锥型，键角107.3o？
【交流·研讨】同学们根据N原子价电子有2p x 、2p y 、2p z 3个未成对电子，轨道夹角90° ，如果直接与H原子1s轨道形成σ 键，NH 3 的键角应为90° ，与NH 3 的真实构型矛盾。为了形成键角更大能量更低更稳定的分子，中心N原子采用什么方式杂化，并与同学们进行交流。
【教师阐述】N原子发生sp 3 杂化，根据洪特规则5个电子排在能量相同的4个sp 3 杂化轨道，有3个未成对电子，与H原子1s轨道形成σ 键，另一个sp 3 杂化轨道容纳孤对电子，与3对成键电子彼此相互排斥。相互远离，但是它们离N原子核的距离不相等，孤电子离核比较近些，排斥力更大，所以形成的就是键角为107.3° 的三角锥型，而不是109° 28′ 。
【动画视频】播放sp型杂化的动画视频，深化理解。
教师讲解：杂化轨道理论是用来解释分子的空间构型，它是建立在已知分子的构型的基础上，再用杂化轨道理论解释，对于多原子分子ABm型，中心原子A通常要采用杂化的方式，这样可以形成更稳定更对称的空间结构。
注意：1.杂化轨道只适用于形成σ 键，不形成π 键2. σ 键+孤电子对=价层电子对
【学生活动】请同学们快速完成导学中的表格：
【总结】杂化轨道数目=参与杂化的原子轨道数=价电子对数目=σ 键+孤电子对【交流讨论】写出下列分子的电子式和结构式，确定中心原子的价层电子对、杂化方式，并预测分子的空间构型。
CHCl 3 H 2 O CO 2
四、教学设计的特色
基于化学核心素养下 [1] 的证据推理和模型认知的思考，笔者将抽象的杂化轨道理论和价层电子对互斥理论分解为若干个相对独立且简单的问题，通过问题任务驱动的教学策略，引导学生运用数学模型 [2] 、化学原理层层推理，激发学生构建杂化轨道知识模型，并与空间构型的有机整合和熟练运用。■
参考文献
[1] 喻平. 发展学生学科核心素养的教学目标与策略 [J]. 课程·教材·教法,2017(1)：
48-53.
[2]常聪,谭学才.证据推理与模型认知核心素养的教学案例研究[J].中学化学,2017(9):
9～10.
