“分子的立体结构之杂化轨道理论”教学处理?

刘常洪 张炜

【摘 要】杂化轨道理论是高中化学课程的难点之一，要求学生具有较强的空间结构理解能力。在讲授这部分内容时，以问题导入课程，引出杂化的概念，并通过图片直观展示杂化轨道。这样的课程设计有助于学生理解分子的立体结构和杂化轨道理论，形成有关物质结构的基本观念。

【关键词】分子立体结构；杂化轨道理论；教学处理

一、教材与学情分析

《杂化轨道理论》选自《物质结构与性质--选修3》，是《分子结构与性质》这一章的重要内容。该课程从物质结构决定性质的视角解释分子的某些性质，并预测物质的有关性质，有助于培养学生的空间结构思维能力。

学生已有的知识结构包括共价键、价层电子对互斥理论等。教学对象是高二理科班的学生，其特点是学习兴趣比较浓厚，具有一定的分析问题和解决问题的能力。但由于年龄和认知的限制，还存在一些不足，例如对分子或离子的中心原子价层电子对数计算不够熟练，在杂化轨道类型的判断上容易出现错误。

二、教学目标

根据教学大纲的要求，通过本课程的学习，使学生理解和掌握化学变化中物质组成、结构和性质的关系，初步从宏观和微观的不同角度理解化学变化的基本特征。主要包括以下几个教学目标：

知识目标：

1.掌握杂化轨道理论的要点。

2.能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。

能力目标：通过抽象概念的学习，逐步掌握类比、归纳、判断、推理等科学方法。

情感目标：使学生感受到在分子水平上进一步形成有关物质结构的基本观念，能从物质结构决定性质的视角解释分子的某些性质，并预测物质的有关性质，体验科学的魅力，从而形成科学的价值观。

三、教学重难点

教学重点：杂化轨道理论的要点。

教学难点：分子的立体结构与杂化轨道理论。

四、教学方法

本课程采用讲授法、探究法、多媒体辅助教学法、对比归纳等多种方法进行教学。

五、教学过程 （第二课时）

教学步骤 教学内容 学生活动 设计意图

复习巩固 1.用价电子对互斥理论预测，甲烷分子的空间构型如何？键角为多少？

2.写出碳原子的价层电子排布式和价层电子排布图。 学生回答 温故知新。

导入

新课 提出问题：甲烷分子呈正四面体形结构，它的4个C—H键的键长相同，H—C—H的键角为109°28'。按照已学过的价键理论，是不可能得到正四面体构型甲烷分子的。请同学们思考是什么原因？

放映多媒体，请同学们观察图1，CH4分子的立体构型：

进行

新课 1. 引入新课

当碳原子与4个氢原子形成CH4分子时，碳原子的1个2s轨道和3个2p轨道会发生混杂，混杂时保持轨道总数不变，却得到4个相同的轨道，夹角为109°28'，称为sp3杂化轨道，表示这4个轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的。

当碳原子跟4个氢原子结合时，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H σ键，因此CH4呈正四面体的分子构型。

2. 杂化的概念

常见的sp型杂化有几种？杂化轨道与分子的空间构型存在什么关系呢？如何用杂化轨道理论解释分子的空间构型？

雜化：是指原子在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。杂化时保持轨道总数不变，却得到能量相同轨道形状发生了变化的杂化轨道。

强调：某个中心原子最外层上的ns、np轨道参与杂化，因为ns、np能量轨道接近，往往采用sp型杂化，sp型杂化有三种。

除了sp3杂化还有sp杂化：一个ns轨道和一个np轨道间的杂化。得到2个完全相同的sp杂化轨道，杂化轨道之间的夹角为180°，呈直线形，如图3所示。还有2个未参与杂化的p轨道。

图3 sp杂化轨道

sp2杂化：一个ns轨道和两个np轨道间的杂化。得到3个完全相同的sp2杂化轨道，杂化轨道之间的夹角为120°，呈平面三角形，如图4所示。还有1个未参与杂化的p轨道。

应当注意的是：sp杂化和sp2杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。

查阅课本第39页资料，自主讨论，归纳碳原子杂化轨道理论的要点。

sp杂化、sp2杂化、sp3杂化区别与联系 展示sp3杂化轨道图片。

设计三个问题，层层深入，引发学生思考，从而引出杂化的概念。

归纳 1. 杂化轨道数=价层电子对数。

2. 杂化轨道类型与杂化轨道数的关系：sp—2、sp2—3、sp3—4。

3. CO2分子中的碳原子形成2个双键，但碳原子不是采用sp2杂化，而是采用sp杂化。

4. 有机化合物中的碳原子形成4个单键时碳原子采用sp3杂化，碳原子形成1个双键或苯环时碳原子采用sp2杂化，碳原子形成1个三键时碳原子采用sp杂化。 学生积极参与，共同归纳。 共享学习成果，理清本思路和主要知识点。

六、教学反思

在新课标背景下，如何有效利用课堂时间，设计好课程内容是关键。在“分子的立体结构之杂化轨道理论”课程的教学处理中，应用问题引导、多媒体辅助展示图片、类比、归纳总结等教学方法，力求将枯燥的概念和理论知识更形象的展示在学生面前。科学的学习方法和探索思考问题的能力在潜移默化中传递给学生，使学生在知识、能力、心理等方面达到预定的目标，提高学生的综合素质。

参考文献：

[1]陈凌云. 略论高中化学教学中的问题设计[J]. 中国校外教育，2018（32）：74+76.

[2]刘吉代. 高中化学有效教学策略分析[J]. 学周刊，2018（3）：75-76.

[3]周业虹. 浅谈学科核心素养视角下的高中化学教学策略[J]. 中国考试，2017（2）：47-51.

基金项目：本文由湖北省教育科学“十二五”规划课题支持，课题编号2013B557

（作者单位：湖北省襄阳市第三中学）