《分子結構與性質》全章復習（第3課時）教學設計

高二選擇性必修2-課序56-§2-4-3《分子結構與性質》全章復習（第3課時）教學設計【教學目標】1.能夠辨別分子中的共價鍵類型與數(shù)目2.能夠比較鍵參數(shù)的大小并說明理由3.能夠判斷分子中特定原子的雜化類型4.能夠利用氫鍵說明分子的某些性質【教學過程】【引入】在疫情期間，我們可以通過檢測核酸來發(fā)現(xiàn)新冠病例從而快速控制疫情。核酸是一種生物大分子，可以發(fā)生水解反應，最終生成磷酸、戊糖和堿基，其中腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）是其中的兩種堿基，結構簡式如圖所示：胸腺嘧啶（T）腺嘌呤（A）下面請同學們運用本章的學習內容從結構上來認識這兩種物質請同學們完成例題1的相關填空【環(huán)節(jié)一】復習分子中的共價鍵【學生活動1】例題1.請根據(jù)胸腺嘧啶分子（T）的結構填空。1.分子含有的σ鍵的數(shù)目為：______，π鍵的數(shù)目為：______。2.分子中含有極性鍵的種類有______種。3.甲基（-CH3）和亞氨基（-NH-）中的鍵長比較：C-H___N-H（填“<”或“>”），判斷的理由是_______________________。【答案】1.1532.43.>氮的原子半徑比碳的小,對氫原子的吸引力,比碳原子對氫原子的吸引力更大【解題過程】第1小題是求算分子中含有的σ鍵和π鍵的數(shù)目，求算σ鍵的數(shù)目需要將所有的共價鍵展開，尤其是分子中省略的氫原子形成的共價鍵，分子中共價鍵展開后的情況如圖所示，1個單鍵就是1個σ鍵，1個雙鍵含有1個σ鍵和1個π鍵。因此σ鍵總數(shù)為15個，分子中含有3個雙鍵，故π鍵的個數(shù)為3。第2小題要判斷的是極性鍵的種類，極性鍵是由不同種原子形成的共價鍵，分子中符合這種條件的共價鍵，由碳氫鍵碳氧雙鍵碳氮單鍵氮氫鍵，故分子中極性鍵的類型由4種。第3小題要比較甲基和亞氨基中的鍵長大小，碳和氮原子均為第二周期的原子，氮的原子半徑比碳的小，氮原子對氫原子的吸引力，比碳原子對氫原子的吸引力更大，故氮氫鍵的鍵長比碳氫鍵的更小，因此第一空填大于號。理由是氮的原子半徑比碳的小，氮原子對氫原子的吸引力，比碳原子對氫原子的吸引力更大?！拘〗Y】1.鍵數(shù)的計算（1）σ鍵：共價單鍵是1個σ鍵,共價雙鍵中有1個σ鍵（2）π鍵：共價雙鍵中有1個π鍵,共價三鍵中有2個π鍵2.共價鍵的極性：根據(jù)形成的原子種類是否相同即可判斷3.鍵長：根據(jù)構成共價鍵的兩原子的半徑的大小來判斷【鞏固練習1】某物質的結構簡式如圖所示，下列說法正確的是()A.分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比為5﹕3B.鍵角最大的是180°C.鍵長比較：C-N<C=N<C≡ND.分子中所有原子的最外層均達到8電子穩(wěn)定結構【答案】B【解題過程】A選項要求計算σ鍵和π鍵的個數(shù)比，根據(jù)剛才的方法，可將所有的共價鍵展開，可知σ鍵的數(shù)目為9個，分子中含有1個三鍵和1個雙鍵，所以π鍵的數(shù)目為3，σ鍵和π鍵的個數(shù)比為9比3，化簡后為3比1，A選項錯誤。B選項判斷的時鍵角的大小，分子中有一個碳氮三鍵，其中碳原子的雜化類型為sp雜化，鍵角為180度，其他鍵角均小于180度，因此B選項正確。C選項要求比較三種鍵鍵長的大小，一般來說，相同的兩個原子，在形成不同重鍵的時候，鍵長大小順序為，單鍵大于雙鍵，雙鍵大于三鍵，因此選項中的三種鍵的鍵長，由大到小的順序依次為，碳氮鍵碳氮雙鍵碳氮三鍵，因此C選項錯誤。D選項要判斷原子的最外層是否達到，8電子的相對穩(wěn)定結構，一般來說在分子中，我們可以通過該原子的成鍵電子對和，孤電子對的數(shù)目來判斷，該原子是否達到8電子的相對穩(wěn)定結構。例如，1號位的氮原子原來的最外層有5個電子，與碳原子成鍵時，氮提供3個電子與碳原子，形成三對共用電子對，此時在碳氮之間有6個電子。另外氮原子還有兩個電子，形成一對孤電子對，這樣氮原子的周圍總共有8個電子，其他氮原子也能達到8個電子相對穩(wěn)定結構，分子中的碳原子和其他原子均是形成4對共用電子對，故碳原子最外層也是達到8電子的相對穩(wěn)定結構，而氨基中的氫原子本省只有1個電子，只能提供1個電子，與氮原子形成1對共用電子對，因此，氫原子周圍只有2個電子，不能達到8電子的相對穩(wěn)定結構，故D選項錯誤。本題答案選B?！经h(huán)節(jié)二】復習分子中原子的雜化類型例題2.胸腺嘧啶分子(T)存在以下Ⅰ和Ⅱ兩種互變異構體：1.Ⅰ和Ⅱ中碳原子的雜化類型有_____。2.Ⅱ中N原子的雜化類型是_______。3.Ⅰ和Ⅱ分子中含有孤電子對的原子是：________。【答案】1.sp3、sp22.sp23.O、N【解題過程】例題2主要涉及的是胸腺嘧啶分子兩種互變異構體中碳、氮等原子的雜化類型和孤電子對的判斷。對于有機分子中某些原子的雜化類型，我們也是可以根據(jù)分子結構中該原子的價層電子對的數(shù)目來初步確定的。首先，可通過展開有機分子中的共價鍵情況確定成鍵電子對數(shù)，主要是成σ鍵的電子對數(shù)，然后再加上孤電子對數(shù)，就可以知道價層電子對的數(shù)目了，結合其他信息就可以判斷，某些原子的雜化類型了。第1小題要確定胸腺嘧啶分子兩種互變異構體中碳原子的雜化類型有哪些。觀察兩種互變異構體的結構簡式可知，分子中的碳原子主要有兩種情況：一種是甲基中的碳原子，形成四對共用電子對且形成的都是單鍵σ鍵，3個碳氫鍵1個碳碳單鍵，也就是成鍵電子對數(shù)為4，另外這個碳原子上沒有孤電子對，因此甲基上的碳原子的雜化類型為sp3雜化。另一種碳原子形成一個雙鍵和兩個單鍵，σ鍵數(shù)目為3，π鍵數(shù)目為1，成鍵電子對數(shù)只計算σ鍵的數(shù)目，因此成鍵電子對數(shù)為3，所以I和II中碳原子的雜化類型均為sp2雜化。第2小題考查互變異構體II中氮原子的雜化類型。觀察II的結構簡式可知，分子中的氮原子提供3個電子，分別形成一個雙鍵和一個單鍵，成鍵電子對為2，另外還有一對孤電子對，因此，II中的氮原子的價層電子對數(shù)為3，其雜化類型為sp2雜化。第3小題考查兩種分子中含有孤電子對的原子。通過第2小題可知，分子中的氮原子含有一對孤電子對，再觀察并分析其他原子：碳、氫、氧三種原子可知，碳原子最外層有四個電子，均和其他原子形成四對共用電子對了，氫原子最外層只有1個電子，和其他原子形成1對共用電子對，碳和氫原子均再無孤電子對，氧原子最外層有6個電子，兩個分子中的氧原子均是提供2個電子和其他原子，形成兩對共用電子對，還有4個電子形2對孤電子對。因此，I和II分子中含有孤電子對的原子是氮和氧。【小結】1.有機分子中原子的雜化類型計算σ鍵的鍵數(shù)和孤電子對數(shù)可求該原子的價層電子對數(shù)，從而初步判斷其雜化類型2.判斷是否存在孤電子對通過原子的最外層電子數(shù)及其實際形成共用電子對數(shù)進行比較可判斷是否含有孤電子對【鞏固練習2】請根據(jù)腺嘌呤分子的結構填空。1.分子中碳原子的雜化類型是_______。2.分子中含有孤電子對的原子是_______。3.分子中氨基（-NH2）的氮原子的雜化類型是_____；若除氨基的兩個H原子外，其他所有原子均處于同一個平面，則環(huán)上的氮原子的雜化類型有_______?！敬鸢浮?.sp22.N3.sp3sp2【解題過程】第1小題要求判斷分子中碳原子的雜化類型。觀察腺嘌呤分子結構簡式可知分子中的5個碳原子均是形成3個σ鍵，故價層電子對數(shù)為3，雜化類型為sp2雜化。第2小題要求判斷分子中含有孤電子對的原子。類似例題2的分析可知，分子中碳氫原子沒有孤電子對，而氮原子在分子中形成3對共用電子對，最外層還有2個電子形成1對孤電子對，因此答案為氮原子。第3小題要求判斷兩種氮原子的雜化類型。氨基中的氮原子利用3個電子形成三個σ鍵還有一對孤電子對，其價層電子對數(shù)為4，因此該氮原子的雜化類型是sp3雜化。若除氨基的兩個H原子外，其他所有原子均處于同一個平面，則環(huán)上的氮原子的雜化類型為sp2雜化，否則無法共面。【環(huán)節(jié)三】復習分子間的相互作用例題3.DNA呈雙螺旋結構，與堿基的互補配對有關。以下是DNA結構中腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶(T)兩種堿基的配對情況，請按要求填空。腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶(T)之間存在的相互作用是______。該作用可以用X-H…Y的形式表示。請用這種形式表示右圖結構中所存在的相互作用：____________________________________。【答案】氫鍵N-H…ON-H…N【解題過程】腺嘌呤和胸腺嘧啶之間存在的相互作用是氫鍵。圖中腺嘌呤和胸腺嘧啶之間形成兩個氫鍵，它們的表示形式如圖下N-H…ON-H…N。腺嘌呤中電負性大，并含有孤電子對的氮原子與胸腺嘧啶中酰胺基上，連在氮原子上的氫原子形成氫鍵，胸腺嘧啶中電負性大且含有孤電子對的氧原子與腺嘌呤中的氨基上的氫原子形成氫鍵，這樣腺嘌呤和胸腺嘧啶兩種堿基達成互補配對的關系。實際上DNA的結構中還有一對堿基達成互補配對的關系，就是鳥嘌呤和胞嘧啶的配對，配對情況如圖所示。DNA的兩條鏈上的堿基通過氫鍵作用，腺嘌呤和胸腺嘧啶配對，鳥嘌呤和胞嘧啶配對結合成堿基對，從而形成DNA的雙螺旋結構。雙螺旋和堿基以氫鍵配對的概念具有非常深遠的意義，它們把遺傳的機制提高到分子的水平，從而開啟了分子生物學這門學科。【鞏固練習3】1.我國科學家成功合成了世界上首個五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)?；卮鹣铝袉栴}:(1)H3O+與NH4+的中心原子的VSEPR模型______(填“相同”或“不同”)H3O+離子的空間結構是____________。(2)R中陰離子(N5-)中的σ鍵總數(shù)為_______。(3)經(jīng)X射線衍射測得化合物R的晶體結構，其局部結構如圖所示。圖中虛線代表氫鍵，其表示式為(NH4+)N—H…Cl、________________、____________________?！敬鸢浮?.不同三角錐形2.53.(NH4+)N—H…N(N5-)(H3O+)O—H…N(N5-)【解題過程】第1小題是判斷離子的VSEPR模型和離子的空間結構。通過計算可知，水合氫離子的氧原子和銨根中的氮原子的價層電子對數(shù)均為4，由于水合氫離子中的氧原子上還有一對孤電子對，氧原子的VSEPR模型為四面體，而銨根中的氮原子形成4對成鍵電子對，沒有孤電子對，所以氮原子的VSEPR模型為正四面體，因此兩者的VSEPR模型是不同的。第2小題是判斷離子中σ鍵的數(shù)目。R中氮5陰離子的五個氮原子通過五個單鍵形成五元環(huán)，因此離子中σ鍵的數(shù)目為5。第3小題考查氫鍵的