利用球棍模型認(rèn)識簡單有機物

任佳鈺

摘 要：球棍模型更有利于學(xué)生理解有機物的結(jié)構(gòu)及有關(guān)化學(xué)反應(yīng)。在這實踐過程中進(jìn)行探究，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣的同時也更好的理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)過程，同時培養(yǎng)學(xué)生的模型認(rèn)知與證據(jù)推理能力。

關(guān)鍵詞：球棍模型; 證據(jù)推理; 模型認(rèn)知

中圖分類號：G633.8 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1006-3315（2020）5-007-001

一、設(shè)計理念

化學(xué)研究的目的之一是揭示物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，對于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)如分子原子的架構(gòu)，常常需要建立起科學(xué)的模型，使它形象化有利于課堂教學(xué)。

球棍模型是一種用來表現(xiàn)化學(xué)分子的三維空間分布的空間填充模型，能幫助學(xué)生理解有機物的成鍵特點、立體結(jié)構(gòu)、同分異構(gòu)現(xiàn)象等。有機物的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，因此對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的了解有很高的要求，尤其是在高中階段可以幫助學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途的思想，讓學(xué)生在模型的幫助下觀察有機物的結(jié)構(gòu)，并通過比較，認(rèn)識性質(zhì)差異的原因，培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的思維方法，也能為以后在化學(xué)學(xué)習(xí)或生活實踐中提供方法指導(dǎo)。

新課標(biāo)提出通過模型拼插等活動引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識有機物中碳原子的成鍵特點、價鍵類型及簡單分子的空間結(jié)構(gòu)。同時在簡單地有機物及應(yīng)用這一主題中，學(xué)生必做實驗有搭建球棍模型認(rèn)識有機化合物分子結(jié)構(gòu)的特點。因此，在進(jìn)行有機化合物必修階段教學(xué)過程中，恰當(dāng)?shù)厥褂煤们蚬髂Ｐ褪呛苤匾摹?/p>

二、教學(xué)過程

1.通過烷烴通性的復(fù)習(xí)預(yù)測乙烷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)

學(xué)生通過甲烷認(rèn)識了烷烴的通性及規(guī)律，這樣在特殊到一般的運用之后，又可以從一般到個別，預(yù)測乙烷的性質(zhì)，也為本節(jié)課通過比較法學(xué)習(xí)乙烯打好基礎(chǔ)。學(xué)生已經(jīng)掌握了烷烴物理性質(zhì)隨C原子數(shù)遞增的規(guī)律，知道烷烴大多性質(zhì)比較穩(wěn)定，不與強酸、強堿、強氧化劑（酸性高錳酸鉀溶液）反應(yīng);燃燒（氧化還原反應(yīng)），光照下與氯氣（鹵族元素之一）發(fā)生取代反應(yīng)，因此可以預(yù)測乙烷也有這些化學(xué)性質(zhì)，并用來與乙烯對比，為研究乙烯的化學(xué)性質(zhì)提供思路，更好地理解雙鍵的特殊性。

2.認(rèn)識乙烯的用途及來源，明白學(xué)習(xí)意義

乙烯是重要的化工原料，學(xué)校附近有著名石化企業(yè)，同時用乙烯的催熟作用在身邊很常見。從社會到個人，認(rèn)識乙烯的重要性。再從工業(yè)制法順勢講到實驗室制法，乙醇經(jīng)濃硫酸脫水得到乙烯，可得到乙烯的化學(xué)式，確定球棍模型需要的原子個數(shù)及種類，并觀察其物理性質(zhì)。

3.自主探究乙烯球棍模型，并結(jié)合模型寫出乙烯的三式

讓學(xué)生講述搭建模型的思路，他人點評，教學(xué)相長更有收獲。結(jié)構(gòu)式是球棍模型的平面投影，讓學(xué)生寫結(jié)構(gòu)式，同時又以結(jié)構(gòu)式與電子式的關(guān)系，讓學(xué)生寫電子式。通過這樣的模型拼插，將集體成果轉(zhuǎn)換成書面形式。

4.將乙烯與乙烷結(jié)構(gòu)對比，分析結(jié)構(gòu)有差異的地方，并用實驗驗證性質(zhì)的差異

通過課前拼接的乙烷模型，可以觀察出乙烷和乙烯組成元素相同，差別在碳碳單鍵和碳碳雙鍵，這樣對比讓學(xué)生在接下來的性質(zhì)探究中知道碳碳雙鍵的意義。同時經(jīng)過課前對乙烷的猜想，為研究乙烯提供了思路，讓學(xué)生設(shè)計實驗進(jìn)行施行，可以觀察到乙烯因為具有雙鍵所特有的性質(zhì)。

5.通過模擬動畫認(rèn)識加成反應(yīng)，并自主利用球棍模型展示反應(yīng)過程

抓住本節(jié)重點——加成反應(yīng)，學(xué)生嘗試運用模型演示乙烯的加成反應(yīng)，更好地體會斷開雙鍵中的一個鍵的含義，理解加成反應(yīng)中雙鍵（或三鍵）兩端的碳原子與其他原子或原子團(tuán)直接結(jié)合形成新的化合物的過程，體驗?zāi)Ｐ驼J(rèn)知的過程，并通過方程式進(jìn)行書面表達(dá)。最后通過動畫模擬出乙烯和溴的加成過程，起到了強調(diào)作用，幫助學(xué)生更好地理解這一過程。

6.通過對模型的深入探究，嘗試改進(jìn)乙烯的球棍模型

目前通用的乙烯分子球棍模型中碳碳雙鍵是用兩個相同的弧形彎曲連接桿表示，四個碳?xì)滏I分別用四個直線連接桿表示。容易讓人產(chǎn)生碳碳雙鍵兩個鍵是一樣的誤會，這兩個化學(xué)鍵與其余四個用直線連接桿表示的碳?xì)滏I鍵型不同。而通過加成反應(yīng)只斷一根鍵的微觀過程以及碳碳單鍵、碳碳雙鍵的鍵能比較，學(xué)生可以認(rèn)識到雙鍵中的兩根鍵不一樣。從新建乙烯分子球棍模型來看，乙烯分子中兩個碳原子之間的C=C鍵，一個為δ鍵，用直線連接桿表示，與C-H的δ鍵一致;另一個為π鍵，用弧形彎曲連接桿表示。由于兩點間直線最短，而鍵長越短，鍵能越大，鍵越牢固，因此新建乙烯分子球棍模型利用弧線彎曲連接桿比直線連接桿長，形象的表示出來了π鍵沒有δ鍵牢固，故而易斷裂、易發(fā)生加成反應(yīng)這一實驗事實[2]。為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)提供鋪墊，并更具有科學(xué)性。

7.探究實際問題，應(yīng)用乙烯的性質(zhì)

引入乙烯時介紹了乙烯是一種植物生長調(diào)節(jié)劑，所以在結(jié)尾運用時，可以提出這樣一個問題：從南方往北方長途運輸水果時，常常將浸泡有高錳酸鉀溶液的硅藻土放置在盛放水果的容器中，其目的是什么？幫助學(xué)生運用乙烯的性質(zhì)同時，前后呼應(yīng)，使課堂更為完整。

三、課后反思

本節(jié)課通過學(xué)生就已有知識進(jìn)行歸納設(shè)想后，自主構(gòu)建模型，并比較模型的差異，對性質(zhì)進(jìn)行猜測并設(shè)計實驗方案去驗證性質(zhì)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，在講到加成反應(yīng)這一重難點時，又通過學(xué)生自主模擬各種反應(yīng)，再最后進(jìn)行動畫模擬，讓學(xué)生更好地理解。給學(xué)生創(chuàng)造了動手、動腦并且自主探究的機會，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。并利用球棍模型將二維、三維進(jìn)行轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生理解有機物分子的空間構(gòu)型，通過方程式的書寫將化學(xué)符號與球棍模型雙重表征進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)。最后模擬演示典型的化學(xué)反應(yīng)幫助學(xué)生動態(tài)地理解化學(xué)鍵的斷裂、形成以及分子構(gòu)型的變化。

參考文獻(xiàn)：

[1]于乃佳，陳振芳，何媛媛.核心素養(yǎng)下的高中化學(xué)實物模型探究教學(xué)的實踐和研究——以“自主搭建球棍模型”理解有機物的結(jié)構(gòu)特點為例[J]中學(xué)化學(xué)，2017（8）

[2]孫紅梅，孫賓賓.關(guān)于有機化學(xué)課程中乙烯、乙炔球棍模型的一點探討[J]廣州化工，2013（6）