《共价键模型 第1课时》示范公开课教学设计【高中化学】.docx
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1、第一节 共价键模型第1课时 教学目标1.通过氢分子中共价键的形成过程分析,能举例说明共价键本质、形成条件、表示方法,诊断并发展学生证据推理和模型认知的学科素养。2.通过共价键模型的深度剖析(轨道重叠方向、泡利不相容原理),知道共价键的方向性、饱和性含义,并能解释简单分子中各元素原子的个数比。3.通过分析氮气分子中原子轨道重叠方式,能说出键、键含义,并能判断常见分子的共价键类型、氮气分子异常稳定的原因,诊断并发展学生宏观辨识与微观探析的学科核心素养水平。4.通过“用共价键模型不能解释氧分子的顺磁性”的事实分析,意识到共价键模型的局限性,养成实事求是的科学态度和敢于创新的科学精神。 教学重难点1.
2、从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质。2.从原子轨道重叠方式的不同理解键和键的区别和特征。 教学过程一、新课导入假如发生了大灾难,人类全部的科学知识只能概括为一句话传诸后世,那么这句话应该是“万物皆原子构成”。 1965年诺贝尔奖得主,理查德费曼在之前的学习中,我们已经了解了:宏观物质是由微观粒子组成的。【联想质疑】你已经知道,氢气在氧气和氯气中燃烧分别生成水(H2O)和氯化氢(HCl)。在这两种化合物的分子内部,原子之间都是通过共用电子形成了共价键。那么,你是否产生过这样的疑问:氢原子为什么能分别与氧原子和氯原子结合形成稳定的分子?氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为1:1,而氢原子
3、与氧原子结合成水分子时原子个数比却为2:1,这又是为什么?共价键究竟是怎样形成的?共价键具有哪些特征?共价键能分成哪些类型?二、讲授新课【思考讨论】写出HCl、H2O、N2的电子式。这些分子中共用电子对是怎样运动的?为什么H与C1、O结合时原子个数比不相同?为什么N2分子很稳定?通过今天学习,我们将揭开这些疑问。1.构建共价键模型共价键的形成【提问】1.写出基态H原子轨道表示式。2.尝试画出下列情况中,两个H原子逐渐靠近时原子之间作用的强弱与原子之间距离关系图、电子运动状态的变化情况:(1)两个H原子中基态电子自旋状态相同;(2)两个H原子中基态电子自旋状态不同。【展示】(1)两个核外电子自旋
4、状态相同的氢原子靠近的动画(2)两个核外电子自旋状态不同的氢原子靠近的动画【结论】1.依据泡利不相容原理,一个轨道上只能容纳两个电子且自旋状态不同。2.微粒之间吸引作用越强,排斥作用越弱,体系能量越低,原子之间的作用越牢固;反之体系能量越高,原子之间作用越不牢固;微粒之间作用力与微粒之间距离有关。【讲解】当两个氢原子相距很远时,它们之间的相互作用可以忽略不计,体系的能量等于两个氢原子的能量之和(选为0做参照);随着两个氢原子逐渐接近,它们的原子轨道会相互重叠,使电子在核间区域出现的概率增大,原子核对两个电子都产生吸引作用,使体系的能量逐渐下降。实验和理论计算均表明,当两个氢原子的核间距为74
5、pm时体系能量最低,两个氢原子各提供一个电子以自旋状态不同的方式相互配对形成氢分子。如果两个氢原子进一步接近,原子核以及电子之间的排斥作用又将导致体系的能量上升。若以1 mol计,形成氢分子后,整个体系的能量相对于孤立氢原子的能量下降了436 kJ,体系处于稳定状态。【讲解】我们将原子间通过共用电子形成的化学键称为共价键。由于电子在两个原子核之间出现的概率增大,使得它们同时受到两个原子核的吸引从而导致体系能量降低,这就是共价键的本质。【提问】结合两个H原子相互靠近时体系能量变化图,总结共价键模型的基本内容。(1)含有自旋状态不同的未成对电子的两个原子靠近到一定程度时,两个原子轨道发生重叠形成新
6、轨道,两个未成对电子配对填入新轨道,体系能量下降,当体系能量最低时即形成稳定的共价键。(2)只有自旋状态不同的两个电子才能配对形成共价键。(3)共价键本质是共用电子对在两核间出现频率增大,对两个原子核之间的吸引作用增强,形成了强烈的相互作用。(4)电负性相同或差值小的两个非金属原子之间容易形成共价键。(5)通常用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键。如NN、H-Cl、H-O-H;以此类推,“=”表示原子间共用两对电子所形成的共价键(共价双键),“”表示原子间共用三对电子所形成的共价键(共价三键)。【小结】共价键的形成概念原子间通过共用电子形成的化学键本质高概率地出现在两个原子核之间的电子与
7、两个原子核之间的电性作用形成元素通常电负性相同或差值小的非金属元素原子形成共价键表示用一条短线表示一对共用电子所形成的共价键,如HH用“=”表示原子间共用两对电子所形成的共价键,如O=O用“”表示原子间共用三对电子所形成的共价键,如NN2.剖析共价键模型共价键的特征【提问】(1)画出H、Cl原子未成对电子的原子轨道形状,并分析两个原子轨道有最大程度重叠时的方向。(2)分析O、Cl原子未成对电子数目,思考它们分别还能与几个电子配对?尝试解释1个氧原子可以与2个氢原子形成共价键,而1个Cl原子却只能与1个H原子形成共价键的事实。【讲解】(1)两个原子形成共价键时,重叠程度越大,形成的共价键越稳定,
8、体系能量越低。除s轨道外,其他原子轨道都有一定的空间取向,共价键尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成,这就是共价键的方向性。如HCl分子中,H原子轨道沿着Cl原子3p轨道的坐标轴方向才有最大的重叠程度。(2)依据泡利不相容原理,两个原子轨道相互重叠形成新轨道只能容纳2个自旋状态不同的电子,O、Cl、H原子未成对电子电子数分别为2、1、1,故1个O原子可以与2个H原子形成两个共价键,1个Cl原子只能与1个H原子形成共价键。这种每个原子能形成共价键总数或以单键连接的原子数目是一定的特征称为共价键的饱和性。【展示】s和s轨道,s和p、p和p轨道通过轨道重叠形成共价键示意图:【小结】共价键的特征:特征
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