高中化学-杂化轨道理论和分子的空间构型教学设计学情分析教材分析课后反思

高三复习重难点突破教学

《杂化轨道理论和分子的空间构型》

教学设计

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高三复习重难点突破教学

——《杂化轨道理论和分子的空间构型》教学设计

本节教学以高考真题为引，分析挖掘了学生的疑惑困难之所在,

通过有效的教学活动设计促进学生化学学科核心素养的发展，通过一

系列学生学习中的本源疑问，引领学生沿着科学家的逻辑关系和思

维方式展开探索，通过自主活动获取证据，基于实践证据进行推理,

在主动建构杂化轨道空间构型与分子空间构型的同时促进化学核心

素养的发展。

图1教学过程总体设计思路

2

一、课标分析

化学学科核心素养是学生通过化学学科学习而逐步形成的正确

价值观念、必备品格和关键能力。它包括：宏观辨识与微观探析；变

化观念与平衡思想；证据推理与模型认知；实验探究与创新意识；科

学精神与社会责任。

本节内容杂化轨道理论和分子的空间构型，是化学学科对微观粒

子构型的探索。杂化轨道理论能较为合理的解释一些简单分子的空间

构型问题，帮助学生理解分子具有一定的空间构型的原因，并使他们

从全新的角度认识分子的空间构型和分子性质的的关系。

二、教材分析

杂化轨道理论和分子的空间构型是鲁科版高中《物质结构与性质

（选修）》（2011年7月第4版）第2章“化学键与分子间作用力”第2

节的内容。但在高三复习阶段，为了丰富学生对分子的构型和性质的

了解，更好的理解结构决定性质，授课时针对近五年的高考真题，整

合了人教版、苏教版中的相关内容，对教授知识的顺序，重难点按逻

辑关系进行了重排。整合后的章节包括《化学键与物质构成》、《共价

键及其参数》、《杂化轨道理论和分子的空间构型》及《分子间作用力

与分子的性质》四个课时，本节内容是第3个课时，是在前两节的基

础上，对价键理论和分子构型进行的重难点突破。

旨在加深学生对sp\sp2、sp3杂化轨道构型的理解，锻炼学

3

生的空间抽象思维能力和逻辑辩证思维能力，丰富学生对轨道重叠，

价电子成键以及分子空间构型的了解，掌握判断分子空间构型的方法。

通过对理论的深入理解，培养学生宏微结合、模型认知、微观探析、

证据推理等化学学科核心素养，以及体会科技进步，人类社会发展与

科学家的努力和创新是密不可分的。

三、学情分析

高三学生该有的知识储备都已具备，但是由于“杂化轨道理论”是从

微观角度建构认识分子的空间构型，学生缺乏相关的经验与直观的认

识，因而从能力来说，对部分学生而言，仍感到抽象，还有部分学生

空间想像能力较差，同时这部分内容是在疫情期间居家学习期间讲授

的，因此学生虽然对共价键及杂化轨道有一定了解，也知道常见分子

的空间构型，但是对杂化轨道的空间构型理解不透彻，对杂化轨道和

分子构型的辨析仍不清晰，对计算杂化轨道数目及判断分子构型的几

种方法掌握不太好。

基于此，帮助学生理解杂化轨道的空间构型及分子构型是本节的

重点和难点。教学通过问题推进，逻辑推理的方式，分别介绍sp\

Sp2、Sp3杂化轨道构型，通过动手实践，合作互助的方式使学生深刻

地认识分子的空间构型，掌握判断分子空间构型的方法。

四、教学目标

1.能正确理解记忆Sp\Sp2、Sp3杂化轨道的空间构型；能正确区分对

杂化轨道和分子的空间构型，理解其联系和区别；会计算简单分子或

离子的杂化轨道数目，并据此判断分子的空间构型。

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2.通过模型构建，轨道重叠和分子成键过程的探究，帮助学生体会宏

微结合的思维方式，发展学生证据推理与模型认知、科学探究与创新

意识等化学核心素养。

3.感受杂化轨道理论的探究之旅，树立科技进步，人类社会发展与科

学家的努力和创新密不可分的科学态度与社会责任感。突出化学核心

素养之“社会责任”教育。

五、教学重难点

教学重点：杂化轨道类型及空间构型。

教学难点：能从宏观与微观相结合的视角认识、分析分子空间构型

成因。通过逻辑辩证的探索环节，发展学生“科学态度与社会责任”

这一化学学科素养。

六、教学方法

POE策略，问题导引

七、教学过程

环节一：创设情境，引入新课

【导入】［环节一］创设情境

投影历年高考真题细目表，通过分析近两年高考真题提炼出同学们的

疑难点：1.怎么理解并记忆杂化轨道的构型？2.杂化轨道构型和分子

的空间构型的联系和区别是什么？3.怎么计算杂化轨道数目？所以

这节课我们就通过模型认知、微观探析、证据推理来攻克这三个难点。

环节二：小组活动，模型认知

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【讲授】

通过几个问题复习回顾杂化轨道理论：

［提问］1.杂化轨道的概念是什么？

2.原子轨道为什么要杂化重排？

3.什么样的原子轨道之间能够混合重排，参与杂化？

4.杂化后原子轨道的能量有什么变化？

5.杂化后原子轨道的数目有什么变化？

6.杂化后原子轨道的伸展方向和形状有什么变化？

学生回答并归纳要点：

（1）参与杂化的原子轨道能量相近，新的杂化轨道能量相同。

（2）杂化前后原子轨道数目不变。

（3）杂化前后原子轨道伸展方向和形状发生变化，在空间取最大夹

角（排斥力最小），成键能力更强。

【问题1】怎么去理解并记忆杂化轨道的形状和方向？

常考的ns和叩轨道的杂化，根据参与杂化的p轨道个数不同分

为sp1、sp2、sp3杂化,对应的杂化轨道数分别是2、3、4,那如何理

解不同杂化类型中杂化轨道的空间构型呢？

【活动1】用气球代表杂化轨道，分组模拟2个、3个、4个杂化轨

道的空间构型，观察杂化轨道的伸展方向及夹角。根据表中项目，请

三个小组汇报结果：

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杂化杂化轨道杂化轨道空间图彳列

类型数目夹角构型

sp12180°直线形

sp23120°平面三角形

sp34109.5°正四面体形

原因分析：符合能量最低规则

为了使轨道间的排斥力最小，体系最稳定，杂化轨道在空间中应尽量

分布均匀。

接下来我们做一个小练习，比较下列常见分子的键角。

［思考］1.第一组从大到小的顺序是什么？判断依据是什么？

归纳方法(1)中心原子杂化类型不同时，键角sp'>sp2>sp3

2.CH4、N/、H2O的杂化类型相同，键角是不是也相同呢？我们一

起看一下这三种分子的结构，这四种表示方法分别是化学式，结构简

式,比例模型,球棍模型，键角分别是109.5。、107.3。、104.5。。所

以键角由大到小就是甲烷〉氨气〉水。

［提问］能不能总结出键角和分子结构的关系？键角随着成键电子对

数的减少，越来越小。归纳方法(2)中心原子杂化类型相同时，成

键电子对数越少，键角越小。

同样是sp3杂化，杂化轨道都是四面体形，但是因为成键电子对

数不同，分子的空间构型也不同，那么杂化轨道空间构型和分子空间

构型到底有什么关系呢？

【问题2】杂化轨道构型和分子的空间构型有什么联系与区别？

【教师演示操作】我用橡皮泥小球和牙签来给大家演示一下BeCb分

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子的形成过程。

【讲述】BeCb分子的中心原子为Be,价电子为2s2,杂化后为两个

spi杂化轨道，呈直线形。贝IJ,两个氯原子的p轨道单电子，刚好以

头碰头的姿态，与其形成了。键。（小球展示）所以，它的分子构型

就是直线形，与杂化轨道构型一致。

下面，请同学们用橡皮泥和牙签模拟BF3、SO?、CH4、NH3、H2O

的空间构型。

【活动2】活动步骤：

1.用牙签在中心原子小球（色1）上模拟杂化轨道构型

2.用小球（色2）与中心原子轨道重叠模拟成键过程

3.观察成键后的分子构型，归纳两者的联系与区别

【小组汇报】

孤电杂化

杂化轨成键电子杂化轨道分子

分子子类型

道数目对数构型构型

对数

1直线形直线形

BeCl222sp

平面三角形

BF33

3平面三角形

2

SO22spV形

正四面体形

CH44

四面体形三角锥形

NH343

sp3

H2O2V形

有什么规律呢？

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当成键电子对数与杂化轨道数目相同的时候，两者的构型一致，当成

键电子对数比杂化轨道数目少的时候，两者构型就不同了。

以SO2为例，分析下为什么两者会不相同呢？

【讲解】：S的价电子为3s23P4,6个价电子，就是只有两个单电子，另

外4个两两成对，所以未成键的杂化轨道中是一对成对电子，我们称

为孤电子对。有一对孤电子对时，分子构型就比杂化轨道构型少一个

伸展方向，有两对孤电子对时，分子构型就比杂化轨道构型少两个伸

展方向。

所以，孤电子对数=杂化轨道数目-成键电子对数（配位原子数）

而且正是因为孤对电子的排斥力比成键电子对更大，所以孤电子对数

越多，分子的键角越小。

【结论】当中心原子没有孤电子对时，杂化轨道构型与分子构型一

致；当中心原子有孤电子对时，两者不同。每多一对孤电子对，分子

构型比杂化轨道少一个伸展方向。

所以，我们一起来填一下表中的CO2的空格？

中心碳原子spi杂化，杂化轨道为直线形，两个配位原子，有两个成

键电子对，没有孤电子对。分子的空间构型与杂化轨道构型一致，都

是直线形。那我又有了一个新的问题，你怎么知道C02是spi杂化的

呢？

环节三：解惑计算，提炼方法

【问题3】怎么计算杂化轨道数孤对电子对数？

我们一起来总结一下，

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(1)根据杂化轨道理论计算杂化轨道数：杂化轨道数n='(中心原

2

子的价电子数十成键原子的成键电子数土电荷数)其中，当电荷数为

正值时，公式中取“一”；当电荷数为负值时，公式中取“+”。当成键

原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为0;当成键原子为卤素原子

或氢原子时，成键电子数为1。

(2)根据价层电子对互斥理论计算孤电子对数

杂化轨道数=价层电子对数=中心原子孤电子对数十中心原子。键

数=中心原子孤电子对数十成键原子个数，所以中心原子孤电子对数

=杂化轨道数一成键原子个数

［练习］计算SO3、P%、SO?"的中心原子的杂化轨道数和孤电子

对数？

［提问］知道了杂化轨道数和孤电子对数是不是能推出分子的空

2

间构型。所以SO3、PM、SO4-的空间构型分别是什么？

如果能知道杂化类型我们还需要这样计算吗？直接可以看出杂

化轨道数目，进而推出分子的空间构型。那判断杂化类型的简单方法

有哪些？

(3)根据分子(或离子)的空间构型反推杂化类型

①正四面体形一中心原子为sp3杂化；三角锥形一中心原子为sp3杂

化；

②平面三角形一中心原子为Sp2杂化；

③直线形一中心原子为sp1杂化；

@V形一中心原子可能为sp3杂化，也可能为sp2杂化。

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刚才咱们说的都是只有一个中心原子的，如果是多个中心原子，怎么

判断杂化类型呢？多个中心原子的主要是以碳原子为主的，所以

（4）当中心原子为碳原子时，根据与碳原子直接相连的原子个数判断

杂化类型：

①碳原子直接连接两个原子为spi杂化；例：乙焕CH三CH

②碳原子直接连接三个原子为Sp2杂化；例：乙烯CH2=CH2

③碳原子直接连接四个原子为sp3杂化。例：甲烷CH4

现在我们总结了计算杂化轨道数目和孤电子对数的方法，以及推

断分子空间构型的方法，接下来请大家完成表格。

［活动3］小组竞赛看谁快。小组汇报计算结果:

物质孤电子价层电子轨道构型分子或离子杂化

对数对数的空间构型类型

直线形直线形1

cs202sp

HCHO03平面三角形平面三角形sp2

四面体形三角锥形3

NC1314sp

2正四面体形正四面体形3

SO4"04sp

+3

H3O14四面体形三角锥形sp

环节四：学以致用，真题再现

用这节课所学知识解决问题。

1.（2020节选,2分）B3N3H6（无机苯）的结构与苯类似,也有大兀

键。下列关于B3N3H6的说法是否正确？

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C.分子中B和N的杂化方式相同

2.（2020,12分）（1）Sn为IVA族元素，单质Sn与干燥Cb反应生

成SnCL。常温常压下SnCL为无色液体,SnCL空间构型为。

（2）NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为。

3.（2020全国卷I,15分）（3）磷酸根离子的空间构型是，其

中P的价层电子对数是、杂化轨道类型是o

4（2107全国卷I,15分）（3）X射线衍射测定等发现，LAsF6中存

在h+离子。L+离子的几何构型为，中心原子的杂化形式

为O

环节五：对比整合，构建知识体系

【课堂总结】

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环节六：课下作业，巩固练习

课下完成优化方案102-104页；

103页自主2填表写作业上交。

八、板书设计

杂化轨道理论和分子的空间构型

一、杂化轨道理论

1.概念

2.要点：(1)能量

(2)数目

(3)伸展方向和形状

二、分子的空间构型

三、判断中心原子杂化类型的方法

1.杂化轨道理论：

2.价电子对互斥理论：

3.根据构型反推

4.碳原子作中心原子的结构

九、反思与评价

我认为本节授课有如下亮点：

1、知识层面：因为是复习课，所以知识内容上学生之前已经学过，

课上主要是攻克重难点，为学生梳理知识脉络，便于学生解题时形成

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思路。

以学生复习时呈现的实际问题，带领学生沿着科学家的逻辑辨析

思路，攻克了三个难题：（1）怎么理解和记忆常见的杂化轨道的伸展

方向和形状？（2）杂化轨道构型和分子的空间构型有什么联系和区

别？（3）如何确定杂化轨道数目？并在攻坚克难的同时，理顺了知

识脉络，帮助学生建立了微观粒子的模型认知，学会了用杂化轨道理

论解释简单分子的空间构型以及依据空间构型反推杂化类型的方法。

课堂容量大，但气氛活跃，学生思路顺畅，课堂效果好，事半功倍。

2、方法层面：利用了模型及多媒体展示的方法，通过教师演示、学

生动手互助等系列活动明确了常见杂化轨道的构型，同时锻炼了学

生的空间抽象思维能力，逻辑辩证思维能力，总结归纳能力，合作协

调能力和动手实践能力。

3、情感层面：发扬了怀疑、求实、创新的科学精神；整个探索历程,

也能让学生感悟人类认识科学的艰辛、曲折和成就感，使学生感受到

科学是一个不断探究、需要合作的过程，是不断进步与完善的过程;

小组合作中的互帮互助，增强了集体凝聚力。

4、授课效果层面：课堂气氛紧张又活跃，最终学生总结收获时，对

这节课的知识总结的较全面，真题再现部分，能较好的用所学知识解

决实际问题，说明学生对这节课内容的掌握程度较好。

不足之处：

物质结构内容，本身比较晦涩难懂，很多知识都是推理假设，不只是

学生在学习时有很大的困难，就是老师在理解上也会有较大障碍，今

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年的物构新授课又正赶上疫情期间，只能网上授课，所以学生的知识

学习是有断层的，所以虽然是复习课，也不免要尽量挖的更细，更深，

但外在的表现形式却会要求更生动，更基础，以补足网上授课拉下的

基础。所以，课堂生成的新内容多，而教师经验较少，总有遗憾。

高三复习重难点突破教学

——《杂化轨道理论和分子的空间构型》

学情分析

高三学生该有的知识储备都已具备，但是由于“杂化轨道理论”是从

微观角度建构认识分子的空间构型，学生缺乏相关的经验与直观的认

识，因而从能力来说，对部分学生而言，仍感到抽象，还有部分学生

空间想像能力较差，同时这部分内容是在疫情期间居家学习期间讲授

的，因此学生虽然对共价键及杂化轨道有一定了解，也知道常见分子

的空间构型，但是对杂化轨道的空间构型理解不透彻，对杂化轨道和

分子构型的辨析仍不清晰，对计算杂化轨道数目及判断分子构型的几

种方法掌握不太好。

基于此，帮助学生理解杂化轨道的空间构型及分子构型是本节的

重点和难点。教学通过问题推进，逻辑推理的方式，分别介绍sp\

Sp2、Sp3杂化轨道构型，通过动手实践，合作互助的方式使学生深刻

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地认识分子的空间构型，掌握判断分子空间构型的方法。

高三复习重难点突破教学

——《杂化轨道理论和分子的空间构型》

效果分析

因为是复习课，所以大部分题学生之前已经做过，课上主要是攻

克重难点，为学生梳理知识脉络，便于学生解题时形成思路。整体来

看本节的知识容量大，抽象难理解，所以教学中采用了模型及多媒体

展示的方法，更有利于学生理解。

本节课先回顾了杂化轨道理论，同学们对该理论理解比较容易，

举碳原子的例子是为了让学生更直观的感受杂化过程及杂化前后的

一些变化。为了让学生更好的理解不同杂化类型杂化轨道的空间构型,

设计了活动一，用气球模拟杂化轨道的构型能给学生以直观感受，并

让学生展示汇报模拟结果，形成更深刻的印象，并运用杂化轨道理论

解释了呈现不同构型的原因。

为了让学生明确杂化轨道空间构型和分子构型的关系，设计了活

动二，让学生模拟了常见分子的空间构型，通过模拟过程很自然就能

看出杂化轨道空间构型和分子空间构型的区别。这两个活动学生的参

与度较好，最后让学生到讲台展示汇报。

这两个过程是学生主动建构模型的过程，可以激发学生学习兴趣,

也能锻炼动手能力、小组合作能力和语言表达能力，同时有利于培养

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学生模型认知和微观探析的化学核心素养。但是也暴露了教师引导不

够，以至于不少同学表现得很害羞，没有积极主动的参与进来，对待

这些学生，以后还需要积极引导，多鼓励。

通过辨析杂化轨道空间构型和分子空间构型的区别，让学生明确

了，要确定分子空间构型，必须同时明确杂化轨道数和孤电子对数，

所以总结了一些计算方法，以及推断杂化类型的方法。最后做了一些

练习加以巩固。利用公式计算学生能较好的接受，也能进一步推断分

子或离子的空间构型。

在教学过程中还归纳总结了判断分子键角大小的方法，最后学生

总结收获时，对这节课的知识总结的较全面，真题再现部分，能较好

的用所学知识解决实际问题，说明学生对这节课内容的掌握程度较好。

整个过程中老师引领回答问题的情况比较多，没有完全放给学生，这

一点还需要改进。

高三复习重难点突破教学

——《杂化轨道理论和分子的空间构型》

教材分析

杂化轨道理论和分子的空间构型是鲁科版高中《物质结构与性质

（选修）》（2011年7月第4版）第2章“化学键与分子间作用力”第2

节的内容。但在高三复习阶段，为了丰富学生对分子的构型和性质的

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了解，更好的理解结构决定性质，授课时针对近五年的高考真题，整

合了人教版、苏教版中的相关内容，对教授知识的顺序，重难点按逻

辑关系进行了重排。整合后的章节包括《化学键与物质构成》、《共价

键及其参数》、《杂化轨道理论和分子的空间构型》及《分子间作用力

与分子的性质》四个课时，本节内容是第3个课时，是在前两节的基

础上，对价键理论和分子构型进行的重难点突破。

旨在加深学生对sp\sp2、sp3杂化轨道构型的理解，锻炼学

生的空间抽象思维能力和逻辑辩证思维能力，丰富学生对轨道重叠，

价电子成键以及分子空间构型的了解，掌握判断分子空间构型的方法。

通过对理论的深入理解，培养学生宏微结合、模型认知、微观探析、

证据推理等化学学科核心素养，以及体会科技进步，人类社会发展与

科学家的努力和创新是密不可分的。

高三复习重难点突破教学

——《杂化轨道理论和分子的空间构型》

评测练习：

1.(2020,2分)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，也有大兀键。下

列关于B3N3H6的说法是否正确：

C.分子中B和N的杂化方式相同

2.(2020,12分)(1)Sn为IVA族元素，单质Sn与干燥Cb反应生

成SnCL常温常压下SnCk为无色液体,SnCk空间构型为。

(2)NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为o

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3.（2020全国卷I,15分）（3）磷酸根离子的空间构型是,

其中P的价层电子对数是、杂化轨道类型是O

4.（2107全国卷I,15分）（3）X射线衍射测定等发现，）AsF6中存

在婷离子。离子的几何构型为，中心原子的杂化形式

为O

【预习学案】

1.杂化轨道：_____________________________________________

2.理论要点：

(1)

(2)_____________________________________________________

(3)_____________________________________________________

【问题1】怎样理解杂化轨道的空间构型？

杂化轨道杂化轨道空间

杂化类型图例

数目夹角构型

sp1

sp2

sp3

【练习】比较下列常见分子的键角大小

、、、

1.CO2>CH4BF32.CH4NH3H2O

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【问题2］杂化轨道的空间构型和分子的空间构型有什么关系?

一一

分

子

化

杂化轨道o键电子孤电子杂杂化轨道

型

构

型

分子类

数目对数对数构型

1直线形直线形

co2220sp

BF3

so2

CH4

NH3

H2O

【问题3】如何确定杂化轨道数目及孤电子对数？

(1)根据杂化轨道理论计算

杂化轨道数n=__________________________________________________________________

(2)根据价层电子对互斥理论计算

杂化轨道数=价层电子对数=孤电子对数十中心原子。键数(成键原

子个数)

由此可得：孤电子对数二__________________________________

【练习】计算SO3、PH3、SOZ的杂化轨道数目和孤电子对数

(3)根据分子(或离子)的空间构型判断杂化类型

①正四面体形-杂化；三角锥形-杂化；②平面三角

形-杂化；

③直线形—杂化；④V形一杂化或杂化。

(4)中心原子为碳原子时，根据与碳原子直接相连的原子个数判断杂

化类型

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①和两个原子直接连接为杂化；②和三个原子直接连