“分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)”復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)

朱燕秋

(江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué) 215400)

一、從氨談起，初步認(rèn)識(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系

[師] 必修曾學(xué)過氨做制冷劑，你能從結(jié)構(gòu)上解釋嗎？

[生1]液氨汽化時(shí)吸收大量熱使周圍環(huán)境溫度降低，能吸收大量熱是因?yàn)榘钡姆悬c(diǎn)高.

[生2]氨分子有氫鍵，所以沸點(diǎn)高，能做制冷劑.

[生3]氨分子中N原子半徑小，N-H鍵長(zhǎng)短，N-H鍵能大，所以沸點(diǎn)高，能做制冷劑.

[生4] 氨做制冷劑，沸點(diǎn)高，是因?yàn)榘狈肿优c氨分子之間存在氫鍵，必須強(qiáng)調(diào)分子間，因?yàn)闅滏I是存在于分子間的一種作用力.

[生5] 鍵能是指在101kPa、298K條件下，1mol氣態(tài)AB分子生成氣態(tài)A原子和B原子的過程中所吸收的能量.鍵能不能影響沸點(diǎn)等物理性質(zhì)，N-H鍵能大，是指N-H不容易斷，這樣氨分子比較穩(wěn)定，所以鍵能影響的是穩(wěn)定性這種化學(xué)性質(zhì)，當(dāng)我們比較NH3和PH3穩(wěn)定性大小時(shí)，可以比較N-H和P-H鍵能大小.

[師]“生4”和“生5”兩位同學(xué)說的非常好.NH3極易溶于水，能從結(jié)構(gòu)上解釋嗎？

[生6]氨分子和水分子之間存在氫鍵.

[生7]氨分子和水分子都是極性分子，相似相容原理.

[生8]氫鍵存在于NH3、H2O、HF之間，可用X—H……Y (N、O、F)，會(huì)影響物質(zhì)的熔沸點(diǎn)、溶解性等物理性質(zhì).

[生9]相似相容原理是極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑.

[生10]氨分子是極性鍵形成的三角錐構(gòu)型的分子，正電荷中心和負(fù)電荷中心不重合，是極性分子，水是極性鍵形成的V型結(jié)構(gòu)的分子，正電荷中心和負(fù)電荷中心不重合，是極性分子，所以氨極易溶于水.

課進(jìn)行到這里，已經(jīng)喚醒和鞏固了學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，教師沒有采用教師講知識(shí)點(diǎn)，或者學(xué)生提出問題教師答的復(fù)習(xí)方式，而是拋出一個(gè)從學(xué)生已有舊知識(shí)出發(fā)的新問題，引導(dǎo)學(xué)生向結(jié)構(gòu)和分子間的作用力的角度去思考問題，學(xué)生大膽的說，拋棄了以往教師問，學(xué)生聽或者學(xué)生僅能作簡(jiǎn)單回答的課堂復(fù)習(xí)方式，這種情況下，學(xué)生的思維被充分調(diào)動(dòng)起來(lái)，當(dāng)學(xué)生思維受阻的時(shí)候，教師沒有急于補(bǔ)充或者找其他學(xué)生回答，而是給學(xué)生充分的時(shí)間思考和交流討論，在學(xué)生自己復(fù)習(xí)舊知識(shí)的同時(shí)，找到了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科思想，這樣在解題時(shí)會(huì)更容易找到方法，例如2017年江蘇高考試卷的21(4)乙醇的沸點(diǎn)高于丙酮，這是因?yàn)開___.學(xué)生會(huì)很容易想到，分子間氫鍵，這不是靠背誦題型或者答案解決的，而是一種深植于學(xué)生內(nèi)心的解題思路.

二、從物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的視角，預(yù)測(cè)物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)

[師]推測(cè)BCl3在有機(jī)溶劑中的溶解性？

[生11] 根據(jù)前面所學(xué)的相似相溶原理，BCl3是非極性分子，易溶于有機(jī)溶劑不易溶于極性分子水中.

[生12] BCl3是極性鍵形成的平面三角型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，正電荷中心和負(fù)電荷中心重合，所以為非極性分子，易溶于有機(jī)溶劑中.

[師]我展示BCl3的平面三角型模型和百度百科的說明，大家看到與自己推測(cè)一樣的結(jié)果時(shí)，非常激動(dòng).大家不熟悉BCl3，可以準(zhǔn)確的推測(cè)出它的溶解性，研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是不是可以看成研究未知物質(zhì)的一種方法.

此題學(xué)生非常容易的作出了正確答案，大家都非常激動(dòng)，躍躍欲試的想要推測(cè)更多未知物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)然未知物質(zhì)性質(zhì)的確定不僅需要推測(cè)，還需要大量的理論實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，因?yàn)槲镔|(zhì)結(jié)構(gòu)是極其復(fù)雜的，影響物質(zhì)的性質(zhì)的因素遠(yuǎn)不止課堂所呈現(xiàn)出來(lái)的，在這里盡可能科學(xué)的教給學(xué)生一種認(rèn)識(shí)研究未知物質(zhì)的方法，讓學(xué)生深刻感受物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)性質(zhì)的密切關(guān)系，從而明白研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的價(jià)值和意義.

三、判斷簡(jiǎn)單分子或離子的空間構(gòu)型的三種理論

[師]請(qǐng)用三種理論解釋光氣COCl2的立體構(gòu)型？

[生13]價(jià)層電子對(duì)互斥理論：分子中的價(jià)電子對(duì)(成建電子對(duì)和孤電子對(duì))由于相互排斥作用，盡可能的趨向彼此遠(yuǎn)離，為使價(jià)電子斥力最小，盡可能采取對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)價(jià)電子對(duì)為4 時(shí)，正四面體結(jié)構(gòu)，為3時(shí)，平面三角形，為2時(shí)，直線形.COCl2(光氣)的分子中，碳原子(C)的價(jià)層電子與2個(gè)Cl和1個(gè)O原子的三個(gè)電子形成三對(duì)共用電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，應(yīng)是平面三角形，這樣分子最穩(wěn)定.

[生14] 雜化軌道理論：在同一個(gè)原子中,能量相近的不同類型的幾個(gè)原子軌道在成鍵時(shí)，可以互相疊加重組,成為相同數(shù)目、能量相等的新軌道，這種新軌道叫雜化軌道.C原子中 1個(gè)2s電子激發(fā)到2p后，1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道重新組合成4個(gè)sp3雜化軌道，1個(gè)2s軌道和2個(gè)2p軌道重新組合成3個(gè)sp2雜化軌道，1個(gè)2s軌道和1個(gè)2p軌道重新組合成2個(gè)sp雜化軌道，幾種雜化軌道之后的分子空間形態(tài)，sp雜化：直線型；sp2雜化：平面三角形(等性雜化為平面正三角形)；sp3雜化：空間四面體(等性雜化為正四面體).光氣中的C采取的是sp2雜化，所以結(jié)構(gòu)為平面三角形.

[生15] 等電子體原理：是指價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)相同的分子、離子或原子團(tuán).有些等電子體化學(xué)鍵和構(gòu)型類似.運(yùn)用等電子原理可以推測(cè)某些物質(zhì)的空間構(gòu)型，光氣C的價(jià)電子數(shù)為4，向左移動(dòng)一個(gè)變成B，O的價(jià)電子數(shù)為6，向右移動(dòng)一個(gè)變成F，F(xiàn)向下移動(dòng)變成Cl(價(jià)電子數(shù)不變)，左右各移動(dòng)一個(gè)相互抵消變成BCl3，它們具有相似的結(jié)構(gòu)，平面三角形.

[生16] 需要提醒的是價(jià)層電子對(duì)理論中孤對(duì)電子間的排斥(孤-孤排斥)大于孤對(duì)電子和成鍵電子對(duì)之間的排斥(孤-成排斥)大于成鍵電子對(duì)之間的排斥(成-成排斥)，我們?cè)陬A(yù)測(cè)分子或者離子的構(gòu)型時(shí)需要考慮孤電子對(duì)的斥力對(duì)分子構(gòu)型的影響.例如：氨分子中心原子N和三個(gè)H形成三個(gè)成建電子對(duì)，N原子還有一對(duì)孤電子對(duì)，因此N原子采用sp3雜化，理想構(gòu)型為正四面體，但由于孤對(duì)電子對(duì)成建電子對(duì)的斥力要大于成建電子對(duì)成建電子對(duì)的斥力，略去孤電子對(duì)，氨的真實(shí)構(gòu)型為三角錐.

此部分內(nèi)容也由學(xué)生討論交流來(lái)完成，教師不講解，課堂氣氛融洽，學(xué)生學(xué)習(xí)情緒高漲，取得了較好的復(fù)習(xí)效果.當(dāng)然，本節(jié)復(fù)習(xí)課有很多值得改進(jìn)的地方，比如，對(duì)于四星級(jí)學(xué)校的學(xué)生來(lái)說，本節(jié)課內(nèi)容少許有些過于輕松，筆者也考慮過將例子改成難度更大一點(diǎn)的，但無(wú)論舉例簡(jiǎn)單與否，想達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)是一樣的，都是培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思維，各位同仁可根據(jù)實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐予以調(diào)整.