Методическая разработка урока по обобщению и систематизации знаний на тему "Геометрия молекул"

Цель урока: обобщить и систематизировать знания учащихся о зависимости пространственной конфигурации молекул от типа гибридизации атомных орбиталей; совершенствовать умения определять геометрию различных частиц, используя модель гибридизации атомных орбиталей Л. Полинга.

Оборудование: набор моделей атомов для составления молекул,
модели различных многогранников.

Межпредметные связи: геометрия.

Ход урока.

I. Мобилизующее начало урока.
1. Постановка познавательных задач.
2. Актуализация знаний.

Беседа:
1) Какие свойства ковалентной связи вам известны?
2) Какое свойство ковалентной связи определяет пространственную конфигурацию (геометрию) частиц?
Для описания пространственного строения молекул удобнее всего пользоваться моделью гибридизации атомных орбиталей, предложенной американским ученым Л. Полингом.
3) Что такое гибридизация атомных орбиталей?
4) Какие типы гибридизации вам известны?

II. Обобщение и систематизация знаний учащихся.
1. Задания для самостоятельной работы: Рассмотрите пространственную конфигурацию частиц:

1. Фторид бериллия – BeF₂.
Рисунок 1. Электронное строение молекулы фторида бериллия.

sp-гибридизация АО; 2 σ-связи
Молекула BeF₂ – линейная, валентный угол – 180 ⁰.

2. Хлорид бора – BCl₃.
Рисунок 2. Электронное строение молекулы хлорида бора

sp²-гибридизация АО; 3 σ-связи
Молекула BCl₃ – плоская, треугольная, валентный угол – 120 ⁰.

3. Метан – CH₄.
Рисунок 3. Электронное строение молекулы метана

sp³-гибридизация АО; 4 σ-связи
Молекула СH₄ – тетраэдрическая, валентный угол – 109⁰28΄.

4. Аммиак – NH₃.
Рисунок 4. Электронное строение молекулы аммиака

sp³-гибридизация АО; 3 σ-связи
Молекула NH₃ имеет форму правильной пирамиды, валентный угол – 107⁰3΄.

5. Вода – H₂O.
Рисунок 5. Электронное строение молекулы воды

sp³-гибридизация АО; 3 σ-связи
Молекула H₂O – угловая, валентный угол – 104⁰5΄.

6. Этилен – C₂H₄.
Рисунок 6. Электронное строение молекулы этилена

Sp²-гибридизация АО
Молекула C₂H₄ – плоская, треугольная, валентный угол – 120⁰.

2. Совершенствование умений определять тип гибридизации атомных орбиталей и геометрию частиц.

Задача. Для определения структуры молекул в газовой фазе иногда используют метод электронографии, который позволяет найти межъядерные расстояния в молекуле по интенсивности упругого рассеяния электронов. По экспериментальным данным межъядерные расстояния в молекуле NCl₃ оказались равны r(N-C1) = 0,176 нм, r(С1-С1) = 0,283 нм. Установите, какую геометрическую фигуру образуют ядра атомов в этой молекуле. Какой тип гибридизации центрального атома позволяет описать данное строение молекулы?
Решение: Все три связи N-C1 в молекуле NC1₃ одинаковы. Молекула может иметь форму правильного треугольника, если атом азота находится в плоскости, образованной тремя атомами хлора:

Рисунок 7. Электронное строение молекулы хлорида азота

Если атом азота лежит вне этой плоскости, то молекула имеет форма треугольной пирамиды.
В первом случае угол между связями равен ∠Cl-N-С1 = 120°, во втором случае  ∠C1-N-С1 ≠ 120°.
Для нахождения этого угла рассмотрим равнобедренный треугольник
ΔC1-N-С1.
По теореме косинусов:
r(Cl-Cl)² = r(N-Cl)² + r(N-Cl)² – 2r(N-Cl)²cos(∠Cl-N-Cl), откуда
cos(∠C1-N-C1) = 1 – 0,2832/(2·0,1762) = –  0,293; cos(∠C1-N-C1) = 107°
Это означает, что молекула представляет собой треугольную пирамиду. Центральный атом азота находится в состоянии sp–гибридизации.
Ответ: треугольная пирамида.
sp³- гибридизация.

 III. Подведение итогов урока. Домашнее задание.
1.  Рассмотрите пространственную конфигурацию частиц SF₆, BF₃, С₂Н₂.
2. Решите задачу: по данным электронографического эксперимента межъядерные расстояния в молекуле ВI₃ равны: г(В-I) = 0,210 нм. Определите, какую геометрическую фигуру образуют ядра атомов в этой молекуле. Установите тип гибридизации центрального атома.

Литература

1.  Герус С. А. Изучение теории химической связи на заключительном этапе обобщения знаний// Химия: методика преподавания. – 2003. – №7. – с. 27 – 36.
2.  Ахметов Н.С. Актуальные вопросы курса неорганической химии: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1991. – 224 с.
3.  Кузнецова Н.Е. Формирование систем понятий в обучении химии. – М.: просвещение, 1989. – 144 с.
4.  Кузьменко Н.Е., Еремин В. В., Попков В. А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы. – М.: «Экзамен», 2000. – 720с.
5.  Чертков И.Н. Изучение строения и свойств органических веществ. Метод, пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1972. – 190 с.