Разработка урока по теме Гибридизация

Данный урок разработан для учащихся 10 класса естественно-математического профиля.".

Цели занятия:

1. Раскрыть универсальный характер процесса гибридизации для органических, сложных неорганических веществ и аллотропных модификаций углерода.

2. Показать зависимость геометрии молекул от типа гибридизации электронных орбиталей, а свойств веществ от геометрии молекул.

3. Обратить внимание учащихся на влияние фундаментальных законов природы и особенностей строения молекул на существующий порядок и красоту в мире.

Оборудование: ПК, мультимедиапроектор, экран, электронная презентация. Шаростержневые модели молекул метана, пентана, графита, алмаза, этилена, ацетилена, модели молекул изготовленные из воздушных шариков, геометрические модели тетраэдра и треугольной пирамиды. Демонстрационная таблица "Аллотропные модификации углерода", фотографии с изображением молекул и кристаллов, сообщения учащихся, портрет Л.Полинга.

План занятия

I. Сущность гибридизации электронных орбиталей, ее механизм.

II. Из истории вопроса. Полинг Л. - великий химик ХХ столетия, его заслуги в изучении и описании структур молекул.

III. Геометрия молекул органических и неорганических веществ, обусловленная:

1. sp^{3 __} гибридизацией;

2. sp^{2 __} гибридизацией;

3. sp - гибридизацией.

Задание к уроку: повторить гибридизацию электронных орбиталей атома углерода, свойства химической связи. 1 ученик готовит электронную презентацию "Жизнь и деятельность Л.Полинга".

Оформление доски

Ход занятия

I. Организационный момент. Слайд №1.

II. Беседа по домашнему заданию (6 мин). Слайд №2, формулы веществ на доске.

1. Какие свойства ковалентной связи мы изучили на прошлом уроке? (длина, Е, прочность, насыщаемость)

2. Что такое длина связи и от чего она зависит? (от размера атома и кратности связи)

3. Что такое энергия связи и от чего она зависит? (количество энергии, необходимой для разрыва связи; зависит от прочности связи)

4. Что такое прочность связи и от чего она зависит? (от того, какая связь - ?, или ?, и какие облака перекрываются - гибридные или негибридные)

5. Как взаимосвязаны свойства ковалентной связи? (чем больше длина, тем меньше прочность и энергия)

6. Как изменяется длина связи в молекулах галогеноводородов (см. на доске - 1-й столбец) и почему? (увеличивается, т.к. увеличивается размер атома)

7. Какое из данных соединений (на доске) самое прочное? (HF)

8. При растворении галогеноводородов в воде образуются кислоты. Какая из данных кислот будет самой сильной и почему? (HJ, т.к. кислотность - это способность отдавать Н⁺, самая непрочная связь у HJ)

9. Какая из кислот будет самой слабой? (HF - плавиковая кислота, растворяет стекло)
   
   Учитель: Свойства вещества зависят от размера атомов, их образующих.

10. Как изменяется прочность связи в ряду углеводородов (см. на доске - 2-й столбец) и от чего она зависит? (сверху вниз прочность связи увеличивается, т.к. увеличивается кратность и уменьшается длина)

11. Каким образом это влияет на свойства данных веществ? (для алканов, имеющих только сигма-связи, характерны реакции замещения, для алкенов, имеющих сигма и пи-связи - присоединения, а для алкинов - реакции присоединения и реакции замещения атомов водорода при тройной связи)

12. На примере молекул простых веществ хлор, кислород, азот (см. на доске - 3-й столбец) объясните, как строение их молекул влияет на их свойства. (хлор в свободном виде не встречается - связь одинарная, кислорода в воздухе 21% - двойная связь, азота в воздухе 78%, инертное вещество - тройная связь)
    
    Учитель: Свойства органических и неорганических веществ зависят от кратности связи.

13. Как насыщаемость связей влияет на свойства веществ (см. на доске - 4-й столбец) (метан не имеет ненасыщенных связей, аммиак и вода имеют ненасыщенные связи, поэтому являются диполями).
    
    Учитель: Свойства веществ зависят от свойств ковалентной связи.

II. Изучение новой темыПриложение № 1)

Влияние законов природы и особенностей строения молекул на порядок и красоту окружающего мира

Слайды №№ 3-20

Сущность гибридизации электронных орбиталей, ее механизм.

Беседа. Что такое гибридизация, что ей предшествует, чему она способствует, почему идет выигрыш в энергии? С какими типами гибридизации атома углерода мы познакомились в 10 классе?

Демонстрация механизма гибридизации.

Слайды №№ 21-24

Вывод. Для объяснения геометрии молекул используется понятие гибридизации. При гибридизации гибридные облака располагаются в пространстве таким образом, чтобы энергия их взаимодействия была минимальной. Определяющими в геометрии молекулы являются ?-связи.

Слайд № 24

Из истории вопроса. Полинг Л. - великий химик ХХ столетия, его заслуги в изучении и описании структур молекул.

Демонстрация презентации "Жизнь и деятельность Л.Полинга" (домашнее задание)

Приложение 4</</p>

Вывод. Мы должны гордиться тем, что замечательные ученые-химики с мировым именем. Это Ломоносов М.В.- ученый-энциклопедист, Менделеев Д.И.-создатель Периодического закона, Бородин А.П.-химик и композитор, Бутлеров А.М.-создатель теории строения органических соединений, Лебедев С.В.-создатель 1 искусственного каучука в России и многие другие, которые внесли большой вклад в развитие химической науки. Но мы также с большим уважением должны относиться к ученым других стран и среди них - Лайнус Полинг, который является ученым с мировым именем, и знать о нем должен каждый образованный человек.

Геометрия молекул органических и неорганических веществ, обусловленная:

1. sp^{3 __}гибридизацией;

2. sp^{2 __}гибридизацией;

3. sp - гибридизацией.

Эвристическая беседа. На примере строения молекул органических веществ (углеводородов) и неорганических веществ (соединений кремния, азота, кислорода, бора, бериллия; аллотропных модификаций углерода), учитель показывает универсальность понятия "гибридизация" и зависимость геометрии молекул от гибридизации, а свойств веществ от геометрии молекул. Учащиеся в ходе беседы знакомятся с геометрией молекул неорганических веществ и влиянием на их свойства неподеленных электронных пар.

Слайды №№ 25-36.

Закрепление

Беседа. Обобщение знаний по теме. Заполнение таблицы.

Слайд № 37.

Фронтальная беседа по вопросам.

Слайды №№ 38-41.

8.

Подведение итогов урока

Мир молекул прекрасен и удивителен. Свойства веществ зависят от особенностей строения молекул. И может быть, когда-нибудь, глядя на падающие снежинки или снежный узор на стекле, или бриллиант на руке, вы вспомните этот урок, нашу школу и поймете, что мы учителя делали все для того, чтобы зародить в ваших душах чувства прекрасного. И мне очень хочется, чтобы вы эти чувства сохранили и передали своим детям. Для нас, учителей, это будет самой лучшей наградой

Слайд №42.

IV. Домашнее задание: §3.3 записи в тетради

Приложение № 1

3. Изучение новой темы.

Нам осталось рассмотреть еще одно свойство ковалентной связи - направленность. Именно это свойство ковалентной связи определяет геометрию молекулы, т.е. расположение сигма-связей в пространстве. Для объяснения направленности ковалентной связи в многоатомных молекулах, используется модель гибридизации электронных орбиталей, предложенная Л. Полингом в 1931 году.

Тема урока: Гибридизация электронных орбиталей. Геометрия молекул.

Цели урока:

1. Раскрыть универсальный характер процесса гибридизации для органических , сложных неорганических веществ и аллотропных модификаций углерода.

2. Показать зависимость геометрии молекул от типа гибридизации электронных орбиталей, а свойства веществ от геометрии молекул.

3. Обратить внимание учащихся на влияние фундаментальных законов природы и особенностей строения молекул на существующий порядок и красоту в мире.

План урока:

1. Сущность гибридизации электронных орбиталей, ее механизм.

2. Из истории вопроса. Полинг Л. - великий химик ХХ столетия, его заслуги в изучении и описании структур молекул.

3. Геометрия молекул органических и неорганических веществ, обусловленная:

   1. sp^{3 __} гибридизацией;

   2. sp^{2 __} гибридизацией;

   3. sp - гибридизацией.

Введение в тему: Прежде, чем мы приступим к изучению первого вопроса плана, мне хотелось бы обратить внимание на эпиграф урока: «Сведение множества к единому - в этом первооснова красоты». Это высказывание великого древнегреческого философа и математика Пифагора. В чем же смысл этого выражения? Мир прекрасен и удивителен и образовался он в результате совместного действия множества фундаментальных законов природы, таких как закон сохранения массы и энергии, закон минимума энергии, закон всемирного тяготения, закон действия естественного отбора, законов симметрии и других законов (Слайд № 4).Когда мы видим проявление симметрии в телах живой природы, невольно испытываем чувство удовлетворения тем всеобщим порядком, который царит в природе (Слайды №№4-6). Даже то, что они производят, имеет определенную, правильную структуру (Слайд № 7).

А раковины простейших организмов красивы не только для красоты, а это есть результат действия законов всемирного тяготения и законов действия естественного отбора - это приспособления к водной среде обитания (Слайд № 8). Даже такие грозные организмы как вирусы - переходная форма между неживым и живым, имеют особую правильность в строении, и, изучив эти особенности, можно найти способы борьбы с ними (Слайд № 9).И в телах неживой природы, в кристаллах, мы видим строгий порядок в их структурах (Слайд № №10-12). Но за этой упорядоченностью стоит более глубокий порядок - порядок в молекулах и атомах, которыми образованы эти тела. Скорее всего, структура снежинок не была бы такой совершенной, если бы молекула воды не обладала бы определенной симметрией (Слайд № 13), и не соединялась бы водородными связями в кристаллах льда в виде шестиугольников (Слайд № 14). А алмазу не приписывались бы сверхъестественные свойства (Слайд № 15), и древние воины не носили бы его около сердца, и не был бы он самым твердым природным веществом, если бы атомы углерода, его образующие, не имели потрясающую правильность расположения в пространстве. Мы видим порядок и красоту в самых разнообразных молекулах: (Слайд № 16) и в молекуле хлорофилла, без которой не возможен такой важный процесс как фотосинтез, (Слайд № 17) и в молекуле белка, вторичная структура которой построена по принципу комплементарности и поддерживается водородными связями. (Слайд № 18) А также и в молекуле стеариновой кислоты, нерастворимость которой определяется большим углеводородным радикалом, (Слайд № 19) и в молекуле ДНК - носительнице наследственной информации о структуре клетки, и в молекуле гемоглобина, который выполняет дыхательную функцию во многих живых организмах.

Таким образом, можно сделать вывод: (Слайд № 20) весь порядок и красота в мире зависят от особенностей строения молекул, от их геометрии. Вот в этом удивительном и прекрасном мире молекул я и приглашаю вас

«Гибридизация электронных орбиталей и геометрия молекул»

Вариант 1

1. Выберите формулы соединений, имеющих сходную направленность, обусловленную sp²-гибридизацией электронных орбиталей:

   1. C₂H₄, CH₄, C₃H₆;

   2. C₂H₄, BCl₃, C₆H₆;

   3. BH₃, CH₄, BeCl₂;

   4. NH₃, SiH₄, H₂O.

2. Молекула какого вещества имеет линейную формулу?

   1. BeCl₂;

   2. BCl₃;

   3. C (графит);

   4. С (алмаз).

3. Электронные орбитали под углом 109°28' располагаются в молекуле

   1. С (карбин);

   2. C₂H₂;

   3. С (алмаз);

   4. C₂H₄.

4. Плоскую треугольную форму молекулы имеет

   1. C₂H₂;

   2. BCl₃;

   3. CH₄;

   4. NH₃.

5. Длина одинарной С-С связи в алканах равна

   1. 0,134 нм;

   2. 0,154 нм;

   3. 0,120 нм;

   4. 0,140 нм.

6. Фосфат-анион имеет тетраэдрическое строение. Какой тип гибридизации характерен для центрального атома аниона?

   1. sp;

   2. sp²d;

   3. sp²;

   4. sp³.

7. Установите соответствие между формулами веществ и типами гибридизации их центрального атома.

«Гибридизация электронных орбиталей и геометрия молекул»

Вариант 2

1. Выберите формулы соединений, имеющих сходную направленность, обусловленную sp³-гибридизацией электронных орбиталей:

   1. C₂H₄, CH₄, C₃H₆;

   2. C₂H₄, BCl₃, C₆H₆;

   3. BH₃, CH₄, BeCl₂;

   4. NH₃, SiH₄, H₂O.

2. Молекула какого вещества имеет тетраэдрическую формулу?

   1. BeCl₂;

   2. BCl₃;

   3. C (графит);

   4. С (алмаз).

3. Электронные орбитали под углом 180° располагаются в молекуле

1. С (карбин);

2. C₂H₂;

3. С (алмаз);

4. C₂H₄.

4. Линейную форму молекулы имеет

1. 1. 1. C₂H₂;

      2. BCl₃;

      3. CH₄;

      4. NH₃.

5. Длина одинарной С-С связи в молекуле бензола равна

1. 0,134 нм;

2. 0,154 нм;

3. 0,120 нм;

4. 0,140 нм.

6. Нитрат-анион имеет форму плоского треугольника. Какой тип гибридизации характерен для центрального атома аниона?

1. sp;

2. sp²d;

3. sp²;

4. sp³.

7. Установите соответствие между формулами веществ и типами гибридизации их центрального атома.