第1節(jié)共價(jià)鍵模型課本：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)選修3教學(xué)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)共價(jià)鍵的形成和實(shí)質(zhì)，了解共價(jià)鍵的特征；了解共價(jià)鍵的主要類(lèi)型——σ鍵和π鍵，能利用電負(fù)性判斷共價(jià)鍵的極性；能用鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角等說(shuō)明簡(jiǎn)單分子的某些性質(zhì)。課型：新課（第一課時(shí)）知識(shí)與技能：知道共價(jià)鍵的本質(zhì)是高概率地出現(xiàn)在兩個(gè)原子核之間的電子與原子核之間的電性作用；知道電負(fù)性相同或差值小的非金屬元素原子形成的化學(xué)鍵通常為共價(jià)鍵；認(rèn)識(shí)σ鍵和π鍵的形成條件，能夠分析一些簡(jiǎn)單分子（如N2、Cl2、HCl等）中存在的σ鍵和π鍵。過(guò)程與方法：通過(guò)復(fù)習(xí)必修課程中學(xué)習(xí)的離子鍵和共價(jià)鍵的概念基礎(chǔ)上進(jìn)入新課的學(xué)習(xí)，利用章圖、一些欄目中的問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，并以一些分子為例進(jìn)行分析和畫(huà)圖等手段，幫助理解。情感態(tài)度與價(jià)值觀：初步建立起從宏觀到微觀的聯(lián)系，懂得“學(xué)無(wú)止境”的基本道理。教學(xué)過(guò)程：[創(chuàng)設(shè)情境]不論物質(zhì)具有什么樣的外形，還是具有什么樣的功能，卻都是由110多種元素組成的，是靠原子與原子之間通過(guò)相互作用——化學(xué)鍵結(jié)合在一起的。大家見(jiàn)過(guò)雪嗎？在我十一歲以前，我每年都見(jiàn)過(guò)，可惜十一歲之后就沒(méi)見(jiàn)過(guò)了。我想現(xiàn)在部分農(nóng)村的同學(xué)應(yīng)該有見(jiàn)過(guò)吧。雪花的形狀極多，而且十分美麗。如果把雪花放在放大鏡下，可以發(fā)現(xiàn)每片雪花都是一幅極其精美的圖案，連許多藝術(shù)家都贊嘆不止。大家可以看P30章圖。但是，各種各樣的雪花形狀是怎樣形成的呢？為什么雪花大都是六角形的？[拓展激發(fā)興趣]云中雪花"胚胎"的小冰晶，主要有兩種形狀。一種呈六棱體狀，長(zhǎng)而細(xì)，叫柱晶，但有時(shí)它的兩端是尖的，樣子像一根針，叫針晶。別一種則呈六角形的薄片狀，就像從六棱鉛筆上切下來(lái)的薄片那樣，叫片晶。如果周?chē)目諝膺^(guò)飽和的程度比較低，冰晶便增長(zhǎng)得很慢，并且各邊都在均勻地增長(zhǎng)。它增大下降時(shí)，仍然保持著原來(lái)的樣子，分別被叫做柱狀、針狀和片狀的雪晶。如果周?chē)目諝獬矢叨冗^(guò)飽和狀態(tài)，那么冰晶在增長(zhǎng)過(guò)程中不僅體積會(huì)增大，而且形狀也會(huì)變化。最常見(jiàn)的是由片狀變?yōu)樾菭?。原?lái)，在冰晶增長(zhǎng)的同時(shí)，冰晶附近的水汽會(huì)被消耗。所以，越靠近冰晶的地方，水汽越稀薄，過(guò)飽和程度越低。在緊靠冰晶表面的地方，因?yàn)槎嘤嗟乃家涯A在冰晶上了，所以剛剛達(dá)到飽和。這樣，靠近冰晶處的水汽密度就要比離它遠(yuǎn)的地方小。水汽就從冰晶周?chē)虮谔幰苿?dòng)。水汽分子首先遇到冰晶的各個(gè)角棱和凸出部分，并在這里凝華而使冰晶增長(zhǎng)。于是冰晶的各個(gè)角棱和凸出部分將首先迅速地增長(zhǎng)，而逐漸成為枝叉狀。以后，又因?yàn)橥瑯拥脑蛟诟鱾€(gè)枝叉和角棱處長(zhǎng)出新的小枝叉來(lái)。與此同時(shí)，在各個(gè)角棱和枝叉之間的凹陷處?？諝庖呀?jīng)不再是飽和的了。有時(shí)，在這里甚至有升華過(guò)程，以致水汽被輸送到其他地方去。這樣就使得角棱和枝叉更為突出，而慢慢地形成了我們熟悉的星狀雪花。[復(fù)習(xí)回顧]通過(guò)已學(xué)知識(shí)，回答下列問(wèn)題：1．氫原子電子式，H2的電子式形成過(guò)程氮原子電子式，N2的電子式形成過(guò)程2．H2與N2是靠什么結(jié)合在一起的？[聯(lián)想質(zhì)疑]從電子在原子軌道上的排布與共價(jià)鍵形成的角度大家能否解釋HCl中氫原子與氯原子個(gè)數(shù)比為1∶1、H2O中氫原子與氧原子個(gè)數(shù)比為2∶1的原因？?jī)稍踊蚨鄠€(gè)原子可以結(jié)合形成穩(wěn)定的分子，為什么通過(guò)共用電子就會(huì)形成穩(wěn)定的分子？共價(jià)鍵究竟是怎樣形成的，其特征又是怎樣的呢？[引導(dǎo)提問(wèn)]1.學(xué)習(xí)了原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型后，我們?cè)趺磥?lái)認(rèn)識(shí)共價(jià)鍵的形成？2.你認(rèn)為兩核間共用電子是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的？3.大家能否嘗試著用所學(xué)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的知識(shí)進(jìn)行描述這兩核間共用電子的運(yùn)動(dòng)？[學(xué)生回答][過(guò)渡]下面我們進(jìn)一步以H2的形成為例研究共價(jià)鍵的形成及共價(jià)鍵的本質(zhì)。[板書(shū)]第1節(jié)共價(jià)鍵模型一、共價(jià)鍵1.共價(jià)鍵的形成及本質(zhì)[講解]根據(jù)原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)理論，氫原子核外的一個(gè)電子處于1s軌道上。帶正電的原子核對(duì)核外帶負(fù)電的電子存在著吸引作用。如果出現(xiàn)2個(gè)氫原子這時(shí)作用力肯定也增加，肯定有帶正電的原子核對(duì)原子核的靜電排斥，帶正電的原子核對(duì)帶負(fù)電的電子的靜電吸引，帶負(fù)電的電子對(duì)電子的靜電排斥。[創(chuàng)設(shè)情境]現(xiàn)在大家在頭腦里想象這么一個(gè)場(chǎng)景：核外都有電子高速繞核運(yùn)動(dòng)的氫原子從很遠(yuǎn)的距離開(kāi)始接近。[講授]當(dāng)兩個(gè)氫原子相距無(wú)限遠(yuǎn)的時(shí)候，大家都知道兩原子之間的靜電作用幾乎接近為零，所以可以忽略它們之間的作用力，那此時(shí)體系的能量等于兩個(gè)氫原子的能量之和，此時(shí)體系的能量是比較高的。隨著兩個(gè)氫原子的逐漸接近，每個(gè)氫原子的原子核都會(huì)同時(shí)對(duì)自身和對(duì)方的1s軌道上的電子產(chǎn)生吸引作用，使體系的能量緩慢下降。當(dāng)兩個(gè)氫原子繼續(xù)靠近時(shí)，它們的原子軌道會(huì)相互重疊，導(dǎo)致兩個(gè)氫原子的電子在這重疊的區(qū)域出現(xiàn)的幾率增大。[提問(wèn)]氫分子內(nèi)兩原子相互靠近，能否無(wú)限靠近甚至重疊呢？[學(xué)生][講解]對(duì)了，如果無(wú)限接近的話(huà)，兩個(gè)帶正電的原子核之間的排斥作用又將導(dǎo)致能量上升，自身無(wú)法提供這樣的能量，除非外界給了這樣的能量，也就是我們以前說(shuō)的，要破壞氫分子使之變?yōu)闅湓樱枰胀饨绲哪芰?。所以說(shuō)分子內(nèi)兩原子相互靠近又不能無(wú)限靠近，就是這兩種力共同作用達(dá)到靜電平衡的結(jié)果。此時(shí)體系的能量下降到最低，處于穩(wěn)定狀態(tài)。[閱讀]指導(dǎo)閱讀圖2-1-1氫分子形成示意圖，加深理解。[講解]實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算均表明，兩個(gè)氫原子的核間距為。我們把導(dǎo)致體系能量降低的形成這種作用，成為化學(xué)鍵。通過(guò)共用電子形成的化學(xué)鍵成為共價(jià)鍵。高概率出現(xiàn)在兩個(gè)原子核之間的電子與兩個(gè)原子核之間的電性作用就是共價(jià)鍵的本質(zhì)。[板書(shū)]a.共價(jià)鍵的定義b.共價(jià)鍵形成的過(guò)程c.共價(jià)鍵的本質(zhì)：高概率核之間的電子與兩個(gè)原子核電性作用[強(qiáng)調(diào)]必須是兩個(gè)相鄰的原子間形成的這種電性作用。[設(shè)問(wèn)]這種作用跟我們前一章學(xué)習(xí)的電負(fù)性有無(wú)關(guān)系呢？[講解]電負(fù)性相同或者差值小的非金屬元素原子形成的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵。[提問(wèn)]大家翻到課本P25圖1-3-7元素的電負(fù)性示意圖，找一找哪些組合會(huì)形成共價(jià)鍵？[學(xué)生]氫原子與鹵素原子、氧原子、氮原子，氧原子與碳原子、硫原子。一般是非金屬原子與非金屬原子形成的。[講授]有的兩原子間共用一對(duì)電子，有的兩原子間共用兩對(duì)電子，有的甚至共用三對(duì)電子。為了簡(jiǎn)便，人們常用一條短線(xiàn)來(lái)表示一對(duì)共用電子形成的共價(jià)鍵。如H-Cl，O=C=O，N≡N等分別為共價(jià)單鍵、共價(jià)雙鍵和共價(jià)叁鍵。[板書(shū)]d.共價(jià)單鍵、共價(jià)雙鍵和共價(jià)叁鍵[交流研討]你已經(jīng)了解到，水分子的化學(xué)式之所以用H2O表示，是因?yàn)檠踉佑袃蓚€(gè)未成對(duì)電子，它們分別與氫原子的一個(gè)未成對(duì)電子配對(duì)成鍵形成水分子。那么，由氮原子構(gòu)成的氮分子的結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？為什么氮?dú)夥浅７€(wěn)定，不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)呢？[學(xué)生分組討論然后進(jìn)行交流][師生共同歸納小結(jié)]這要從它們的價(jià)電子排布說(shuō)起，氧原子的價(jià)電子排布是2s22p4，根據(jù)洪特規(guī)則，氧原子中處于2p軌道的四個(gè)電子分別占據(jù)2px、2py、2pz三個(gè)原子軌道，其中形成一個(gè)軌道有成對(duì)的電子，還有兩個(gè)軌道有未成對(duì)電子。氫原子的價(jià)電子排布是1s1，即在1s軌道有1個(gè)未成對(duì)電子，要使整個(gè)體系能量最低，必然要通過(guò)相互接近達(dá)到一個(gè)最終的靜電平衡，也就是要達(dá)到全充滿(mǎn)的狀態(tài)。比如這個(gè)氧原子的2py軌道的單電子與一個(gè)氫原子的1s軌道上的單電子配對(duì)，那2pz軌道的單電子必然與另一個(gè)氫原子的1s軌道上的單電子配對(duì)，所以形成H-O-H這樣的結(jié)構(gòu)。氮原子的價(jià)電子排布是2s22p3。根據(jù)洪特規(guī)則，氮原子中處于2p軌道的三個(gè)電子分別2px、2py、2pz三個(gè)原子軌道，是三個(gè)未成對(duì)電子。當(dāng)形成氮分子的氮原子相互接近時(shí)，若一個(gè)氮原子2pz軌道上的一個(gè)電子與另一個(gè)氮原子2pz軌道上的一個(gè)電子配對(duì)形成一個(gè)共價(jià)鍵，此時(shí)它們的2px和2py軌道上的電子也會(huì)分別兩兩配對(duì)形成兩個(gè)共價(jià)鍵，這樣便形成氮氮叁鍵。因此，氮分子中的氮原子間以共價(jià)叁鍵相結(jié)合。[現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)模型，指導(dǎo)觀察這三個(gè)共價(jià)鍵形成是否一樣]教師可以利用6根粉筆組成2個(gè)三維體系來(lái)講授，學(xué)生可以用筆或筆芯來(lái)組成模型。[學(xué)生發(fā)表自己的見(jiàn)解][歸納總結(jié)]當(dāng)兩個(gè)氮原子的2pz軌道以“頭碰頭”的方式相互重疊時(shí)，那另外兩個(gè)2px和2py軌道只能分別采取相互平行的“肩并肩”的方式重疊。大家可以參看課本P33三個(gè)軌道的分解圖。我們把“頭碰頭”方式相互重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價(jià)鍵稱(chēng)為鍵，將原子軌道以“肩并肩”的方式相互重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價(jià)鍵稱(chēng)為鍵。也就是說(shuō)，氮分子中的三個(gè)共價(jià)鍵分別為一個(gè)鍵和兩個(gè)鍵。原子軌道重疊程度越大，電子在核間出現(xiàn)的概率越大，形成的共價(jià)鍵也就越強(qiáng)。所以氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)異常穩(wěn)定。在合成氨中需要高溫、高壓并用催化劑才能合成。[板書(shū)]2．鍵與鍵鍵：“頭碰頭”重疊鍵：“肩并肩”重疊[提問(wèn)]那剛才我們分析的H2O分子中以什么鍵結(jié)合呢？[學(xué)生]1s軌道為球型軌道，與2p紡錘型軌道結(jié)合應(yīng)該是“頭碰頭”重疊，即鍵。[練習(xí)]課