Урок химии в 11 классе "Геометрия молекул. Гибридизация электронных орбиталей"
план-конспект урока по химии (11 класс) на тему

11 класс.

Тема: «Геометрия молекул. Гибридизация электронных орбиталей»

Автор: Субоч Т.С.

Цели урока:

1. Показать зависимость геометрии молекул от типа гибридизации электронных орбиталей, а свойства веществ от геометрии молекул.
2. Раскрыть универсальный характер процесса гибридизации для  органических, сложных неорганических веществ и аллотропных модификаций углерода.
3. Обратить внимание учащихся на влияние фундаментальных законов природы и особенностей строения молекул на существующий порядок и красоту в мире.

Использованные приемы педагогических технологий: мозговая атака, работа в группах, моделирование.

Введение (устный опрос, вывод темы, целеполагание).

На предыдущих уроках мы говорили о химической связи. Какие виды связей вы знаете? (ионная, ковалентная, металлическая, водородная). За счет чего образуется каждый вид связи и между какими частицами? (ионная – между ионами за счет притяжения, металлическая – в кристаллах металла между ион-атомами металлов за счет обобществления электронов, ковалентная – между атоами неметаллов за счет перекрывания электронных орбиталей). Вспомним подробнее характеристики ковалентной связи (длина, энергия, кратность, полярность, насыщенность, направленность). Что определяется направленность ковалентной связи? (геометрию молекул, то есть их пространственное строение). На сегодняшнем уроке мы будем говорить о геометрии молекул, от чего она зависит и как влияет на свойства веществ. Тема нашего урока – Геометрия молекул.

Основная часть урока

Активизация знаний о гибридизации, полученных в 10 классе

Рассмотрим пространственную структуру молекул на примере некоторых соединений:

Хлороводород – состоит из атома водорода и атома хлора. Атом водорода предоставляет для образования связи электрон, находящийся на 1s орбитали, а хлор – электрон, находящийся на 3р орбитали. Вспомним форму s и р орбиталей (шар, объемная восьмерка). При образовании молекулы HCl происходит перекрывание этих орбиталей, молекула при этом имеет гантелеобразную форму и линейное строение.

Н +1 )                Сl +17  )  )  )

         1                           2  8  7

  1s1                  1s22s22p63s23p5

Вода – состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Каждый атом водорода предоставляет для образования связи электрон, находящийся на 1s орбитали, а атом кислорода – 2 электрона, находящиеся на 2р орбиталях, расположенных перпендикулярно друг другу. Таким образом, при перекрывании орбиталей кислорода и водородов должна образовываться молекула, угол между связями в которой равен 90 градусов.

Н +1 )                О +8  )  )

         1                           2  6  

  1s1                  1s22s22p4

Однако экспериментальные данные показывают, что валентный угол в молекуле воды равен 104,5 градуса. Как такое возможно и почему?

Вспомним органическую химию и строение молекулы метана (в том случае мы наблюдали похожую картину). В чем заключалась причина расхождения нашего с вами предположения о строении молекулы с экспериментальными данными? (гибридизация орбиталей). Что такое гибридизация орбиталей? (процесс взаимодействия орбиталей, приводящий к выравниванию по форме и энергии).

Давайте вспомним, какие виды гибридизации мы изучали в 10 классе.

Работа в группах

 Каждой группе выдается карточка со строением алканов, алкенов или алкинов (приложение 1). После 3 минут обсуждения учащиеся должны ответить на вопросы: Какой тип гибридизации в данном соединении? Как вы определили тип гибридизации? Какова пространственная структура данной молекулы? Отчет предоставляет в устной форме один из участников группы.

Вывод - в случае молекул метана, этилена и ацетилена в образовании гибридных орбиталей участвуют только орбитали, содержащие неспаренные электроны. Гибридные орбитали при этом принимают такое расположение, при котором они максимально удалены друг от друга (то есть они как бы отталкиваются друг от друга).

Введение нового материала

Гибридизация электронных орбиталей имеет место и при образовании других молекул, как органических, так и неорганических. В том числе воды. Однако в этом случае, в процессе гибридизации участвуют также орбитали внешнего энергетического уровня атома кислорода, содержащие собственные неподеленные электронные пары – то есть 2 орбитали с неспаренными электронами и 2 орбитали с электронными парами. Какой тип гибридизации будет в этом случае? (sp3)

Почему же угол связи отличается от углов в молекуле метана?

Неподеленные электронные пары сильнее отталкиваются друг от друга и отталкивают общие электронные пары сигма-связей, чем эти пары отталкиваются друг от друга. Поэтому угол между связями Н – О уменьшается по сравнению с углами в тетраэдре.

Обобщим знания, которые теперь есть у нас о гибридизации орбителей и форме молекул. Вместе заполним таблицу (приложение 2). Сначала заполняются столбцы 3 и 4.

Используя шаростержневые модели, постройте модели молекул HCl, CO2, SO3, SO2, CH4, NH3, H2O и на основании получившихся моделей заполните столбец 5 в вашей таблице.

Итак, от чего зависит геометрия молекул? (от формы электронных орбиталей)

Что такое гибридизация? (взаимодействие орбиталей и выравнивание их по форме и энергии)

Какую форму могут иметь молекулы, образованные атомами с sp, sp2 и sp3 гибридизацией орбиталей?

Домашнее задание - параграф 7, упражнения2,3 после параграфа (Габриелян О.С. 11 класс профильный уровень)

Спасибо за урок!

Молекула метана

Молекула этилена

Молекула ацетилена

Приложение 2.