利用球棍模型認識簡單有機物

任佳鈺

摘 要：球棍模型更有利于學生理解有機物的結構及有關化學反應。在這實踐過程中進行探究，激發了學習興趣的同時也更好的理解物質結構和反應過程，同時培養學生的模型認知與證據推理能力。

關鍵詞：球棍模型; 證據推理; 模型認知

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

一、設計理念

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

球棍模型是一種用來表現化學分子的三維空間分布的空間填充模型，能幫助學生理解有機物的成鍵特點、立體結構、同分異構現象等。有機物的性質與結構有著密切的關系，因此對物質結構的了解有很高的要求，尤其是在高中階段可以幫助學生構建結構決定性質、性質決定用途的思想，讓學生在模型的幫助下觀察有機物的結構，并通過比較，認識性質差異的原因，培養證據推理與模型認知的思維方法，也能為以后在化學學習或生活實踐中提供方法指導。

新課標提出通過模型拼插等活動引導學生認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構。同時在簡單地有機物及應用這一主題中，學生必做實驗有搭建球棍模型認識有機化合物分子結構的特點。因此，在進行有機化合物必修階段教學過程中，恰當地使用好球棍模型是很重要的。

二、教學過程

1.通過烷烴通性的復習預測乙烷的結構、性質

學生通過甲烷認識了烷烴的通性及規律，這樣在特殊到一般的運用之后，又可以從一般到個別，預測乙烷的性質，也為本節課通過比較法學習乙烯打好基礎。學生已經掌握了烷烴物理性質隨C原子數遞增的規律，知道烷烴大多性質比較穩定，不與強酸、強堿、強氧化劑（酸性高錳酸鉀溶液）反應;燃燒（氧化還原反應），光照下與氯氣（鹵族元素之一）發生取代反應，因此可以預測乙烷也有這些化學性質，并用來與乙烯對比，為研究乙烯的化學性質提供思路，更好地理解雙鍵的特殊性。

2.認識乙烯的用途及來源，明白學習意義

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

3.自主探究乙烯球棍模型，并結合模型寫出乙烯的三式

讓學生講述搭建模型的思路，他人點評，教學相長更有收獲。結構式是球棍模型的平面投影，讓學生寫結構式，同時又以結構式與電子式的關系，讓學生寫電子式。通過這樣的模型拼插，將集體成果轉換成書面形式。

4.將乙烯與乙烷結構對比，分析結構有差異的地方，并用實驗驗證性質的差異

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，這樣對比讓學生在接下來的性質探究中知道碳碳雙鍵的意義。同時經過課前對乙烷的猜想，為研究乙烯提供了思路，讓學生設計實驗進行施行，可以觀察到乙烯因為具有雙鍵所特有的性質。

5.通過模擬動畫認識加成反應，并自主利用球棍模型展示反應過程

抓住本節重點——加成反應，學生嘗試運用模型演示乙烯的加成反應，更好地體會斷開雙鍵中的一個鍵的含義，理解加成反應中雙鍵（或三鍵）兩端的碳原子與其他原子或原子團直接結合形成新的化合物的過程，體驗模型認知的過程，并通過方程式進行書面表達。最后通過動畫模擬出乙烯和溴的加成過程，起到了強調作用，幫助學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，四個碳氫鍵分別用四個直線連接桿表示。容易讓人產生碳碳雙鍵兩個鍵是一樣的誤會，這兩個化學鍵與其余四個用直線連接桿表示的碳氫鍵鍵型不同。而通過加成反應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，學生可以認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、易發生加成反應這一實驗事實[2]。為學生以后的學習提供鋪墊，并更具有科學性。

7.探究實際問題，應用乙烯的性質

引入乙烯時介紹了乙烯是一種植物生長調節劑，所以在結尾運用時，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？幫助學生運用乙烯的性質同時，前后呼應，使課堂更為完整。

三、課后反思

本節課通過學生就已有知識進行歸納設想后，自主構建模型，并比較模型的差異，對性質進行猜測并設計實驗方案去驗證性質，充分發揮學生的主觀能動性，在講到加成反應這一重難點時，又通過學生自主模擬各種反應，再最后進行動畫模擬，讓學生更好地理解。給學生創造了動手、動腦并且自主探究的機會，激發了學生的學習興趣。并利用球棍模型將二維、三維進行轉化，幫助學生理解有機物分子的空間構型，通過方程式的書寫將化學符號與球棍模型雙重表征進行有效關聯。最后模擬演示典型的化學反應幫助學生動態地理解化學鍵的斷裂、形成以及分子構型的變化。

參考文獻：

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

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