结构化学中常见分子化学键的学习与教学体会

２０１６年第４期　（总第９４期）　闽南师范大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉｎｎａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．）　Ｎｏ．４．２０１６年　

Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｎｏ．９４　

结构化学中常见分子化学键的学习与教学体会　张燕辉　（闽南师范大学化学与环境学院，福建漳州３６３０００）　摘要：以厦门大学编写的《结构化学》为教材，已讲授结构化学课程四个学期，在多原子分子结构中有常见分子化　学键小节。通常将常见分子化学键分为二元氢化物、各种氧化物、卤化物、稀有气体化合物等．针对常见分子化学键　的学习与教学体会．谈谈个人看法与见解．希望各高校对大学生课堂教学要引起足够的重视．　关键词：结构化学；常见分子化学键；学习体会；教学体会　中图分类号：Ｇ６４２．４　文献标志码：Ｂ　文章编号：２０９５—７１２２（２０１６）０４—００８８—０４　

Ｔｈｅ　Ｌｅａｒｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｏｍｍｏｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｂｏｎｄｓ　ｉｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ＺＨＡＮＧ　Ｙａｎ—ｈｕｉ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔ￣ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｍｉｎｎａｎ　Ｎｏｌ￣ｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ　３６３０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ“Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”，ｗｒｉｔｔｅｎ　ｂｙ　Ｘｉａｍｅｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ａｓ　ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｉ　ｈａｖｅ　ｔａｕｇｈｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｃｏｕｒｓｅ　ｆｏｒ　ｆｏｕｒ　ｓｅｍｅｓｔｅｒｓ，ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｏｎｄ　ｂａｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ—ａｔｏｍ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ　ａｓ　Ｂｉｎａｒｙ　ｈｙｄｒｉｄｅ，Ｖａｒｉｏｕｓ　ｏｘｉｄｅｓ，Ｈａｌｉｄｅ　ａｎｄ　Ｎｏｂｅｌ—ｇａｓ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｉｎ　ａＵｕｓｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｏｎｄｓ，Ｉ　ｓｔａｔｅ　ｍｙ　ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ　ａｎｄ　ｖｉｅｗｓ．Ｉ　ｈｏｐｅ　ａｌｌ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ　ｗｉｌｌ　ｐａｙ　ｅｎｏｕｇｈ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｃ］ａｓｓｒｏｏｍ　ｔｅａｃｈｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ｃｏｍｍｏｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｏｎｄｓ；ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ；ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　

《结构化学》课程是一门探讨原子、分子和晶体的结构以及它们结构和性质之间联系的化学本科基础　课程．它以量子力学为基础，结合元机化学、有机化学等相关学科的实验事实。讨论物质的电子结构和空　间结构，使学生明白“结构决定性质”的真谛，从而在更高层次上理解各种化学现象，指导新材料的合成和　应用．课程系统讲授三种理论和三种结构：量子理论和原子结构、化学键理论和分子结构、点阵理论和晶　体结构．为本科生打下三方面基础：量子化学、对称性原理基础，原子分子结构基础，晶体化学基础．课程　的主要内容包括：量子力学基础、原子结构、点群与对称性、双原子分子、多原子分子、晶体学基础、金属与　合金、离子晶体等内容．课程注意理论和实践的联系，培养学生微观结构的观点和有关分析、解决化学问　题的能力．学习本课程需具备高等数学、大学物理、线性代数、无机化学、有机化学等课程基础．　作为一名新教师，为了讲好结构化学课程，于２０１５年９月到ｌ１月参加了教育部全国高校教师网络　培训中心举办的结构化学网络课程．在线聆听了孙宏伟老师讲授的《结构化学》之后，对这门课程有了更　深刻的理解，领悟到结构化学重点要解决的问题是结构与性能的关系。核心内容是电子结构和空间结构．　懂得了哪些是介绍性的内容哪些是考试要求的，充分了解了模型实习的重要性．总而言之，《结构化学》课　程归纳起来有两个难点，其一是基本概念多，涉及课程多；其二是电子难懂，空间难学．因此，学习这门课　程需要注意三点：（１）注重概念理解；（２）注重与实际体系联系和应用；（３）空间与电子结构并重．在此，以常　

收稿日期：２０１６一ｌｌ一２３　基金项目：福建省高校杰ｍ青年科研人才培育计划（闽教科（２０１５）５４号）　作者简介：张燕辉（１９８６－），男．福建省宁化县人．讲师．　

・８８・　张燕辉：结构化学中常见分子化学键的学习与教学体会　第４期　见分子化学键为例，谈谈学习和教学的体会．　１结构化学中常见分子化学键学习体会　看到常见分子化学键，会使人们想到每天都要接触到的水（Ｈ　Ｏ）和氧气（Ｏ２）．对于Ｈｚ０来说，２个氢和１　个氧形成２个　键，氧以ｓｐ，杂化，Ｈ：０为Ｃ　点群，其空间构型如图ｌａ所示．而对于０ｚ，用分子轨道理论　分析时，Ｏ　具有顺磁性，形成１个叮键和两个三电子　键，如图１ｂ所示；当以共价键理论分析Ｏ　时，Ｏｚ　是反磁性物质，这与事实不符，其电子式如图１ｃ所示．说明价键理论主要解释定域在两原子间的键的性　质（键长、解离能）、几何构型、键角等，即简单、明确、直观接近静态的图像．然而，分子轨道理论主要解释　电子遍及整个分子，分布在各能级的分子轨道中，如光谱、磁性、分子极化、电子离域等化学瞬时问题．　

爨　：０：：０：　

（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）　图１（ａ）Ｈ２０的空间构型；（ｂ）０：电子式（分子轨道理论）；（ｃ）０：电子式（共价键理论）　

在《结构化学》教材中，常见分子化学键是在第五章多原子分子结构（一）第二节，与前面所学的知识有　较多的联系．并且很多知识点是在高中物质结构这门课程的基础上进一步推进，还有部分知识是在无机　化学和有机化学中化学键方面的进一步推进．学习常见分子化学键时，需要知道分子空间构型、分子点　群、分子中原子的杂化类型等．尽管学习分子空间构型时本书配有相应的球棍模型，但分子的旋转轴、对　称面等并不能在模型中显示出来，需要学习者发挥空间立体的想象．而空间想象能力，因人而异，给学习　常见分子化学键带来一定的困难，实在无法理解和想象的，只能靠死记硬背．例如，学习二氯丙二烯（如图　２ａ）分子点群时，相关的语言描述如下：“Ｃ　轴穿过中心Ｃ原子，与两个平面形成４５。夹角；Ｃ：轴旋转１８０。，　两个Ｃｌ、两个Ｈ和头、尾两个Ｃ各自交换，整个分子图形复原。”，虽然二氯丙二烯属于很简单的Ｃ。点群，　但对于空间想象能力较差的人而言，到底怎么复原的，而这样能说明什么，到底是什么分子点群呢？对于　

一些结构更复杂的分子．其分子点群更难判断，这就导致了在常见分子化学键这一节的学习中会遇到相　关的困难．例如，磷的一些氧化物和硫化物分子的点群，其空间构型如图２ｂ所示Ⅲ；Ｃ：Ｈ　交错式和重叠式　属于不同的分子点群．学习知识就像盖房子，前面地基没打好，房子就不坚固．学习常见分子化学键这一　节时。如何判断分子的分子点群是一个难点．　

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（ａ）　（ｂ）　图２（ａ）二氯丙二烯的球棍模型；（ｂ）磷的一些氧化物和硫化物　

其次，还有一个难点是离域竹键的学习，通过一个分子化学式写出分子的离域叮Ｔ键．例如，给出三聚　氰胺的化学式，写出它的离域１Ｔ键．在这方面，如果对分子的结构式还有原子之间是如何进行成键的内容　不熟悉的话，根本无法得到它的离域　键．离域　键是一个重要知识点，所以不能仅靠死记硬背，这样效　果不好也容易记混．然而，我们一定要熟记一些原子提供的电子数，如通常情况下Ｎ提供２个电子，Ｃ提　供１个电子，０提供２个电子，苯环提供６个电子等等，这些规律会帮助我们更加容易的判断出离域１Ｔ键　

・８９・　２０１６正　闽南师范大学学报（自然科学版）　类型，除了书本上相关知识外，还需要自己多去归纳总结，主动自觉地学习，懂得举一反三地学习是学好　的关键．　最后，在先前学过的知识中，给出的都是分子的最简式，如Ｐ　０　、Ａ１Ｃ１　，很容易误以为这是分子的真实　结构，而在结构化学中通过进一步地学习，知道它们的真实结构分别是Ｐ４０加、ＡＩ　Ｃ１６．在Ａｌ：Ｃ１　分子中，每　个Ａｌ采用ｓｐ　杂化，分别与桥Ｃｌ形成Ａｌ—Ｃｌ—Ａｌ三中心四电子氯桥键，还与两个端基Ｃｌ形成两个Ａｌ—Ｃｌ　单键，如图３所示．通过不断地深入学习，越来越深层次的掌握物质的内部结构和成键方式，这些都是不　断地学习所带来的收获和更深层次的认知．　

ｔ／＼ｃ　＼／Ｃ

：　图３（ＡｌＣｌ３）　的球棍模型及成键方式　完成常见分子化学键的学习。笔者对结构化学的学习有一些看法．这一节的知识点细碎并且很多需　要记忆，还需要一定的逻辑能力和空间想象能力．在课堂上一定要认真听讲，如果错过了课堂的讲授，花　两倍的时间去弥补，也不一定能补救回来，教师在课堂上用特别有限的时间将最重要的知识串起来，并且　为了让学生将难点掌握，会讲一些课本上没有的知识点，这些在课后学生很难再弥补了．另外。学生也不　能完全依靠教师，应该以教师的教学为辅，课前课后认真预习复习为重中之重．由于结构化学比较难学，　所以上课前学生一定要预习，否则可能一整节课都不知道教师在讲什么，另外，课后一定要及时复习．再　者，结构化学的学习方法也很重要．课堂时间有限，教师不可能将一个个分子的结构、杂化类型、分子点群　进行分析，学生一定要认真听教师举的例子，弄懂教师所讲知识的实质和关键点，课后要认真思考一遍，　并将这种分析的方法应用到其它分子的学习上，多做习题，系统学习后将知识掌握得更加牢固．在这一节　的学习上。大家一定要有自己的学习方法，才能更好的去掌握相关的知识点．　２结构化学中常见分子化学键教学体会　《结构化学》常见分子化学键的教学内容主要是二元氢化物、各种氧化物等化合物的杂化类型、分子点　群以及空间构型的判断．通常让学生一个个去记忆这些分子难度大，所以在学习过程中应该注意帮助学生　采取一些方法对这些分子进行分类记忆．针对这节课的教学，笔者认为应从以下三个方面来改进教学．　２．１与时俱进。充分运用多媒体辅助教学　随着科技的发展，多媒体在课堂上的应用已经非常普遍。它是一种新型有效的教学手段．这一节课的　学习中涉及到分子的微观结构，而学生的空间想象能力是有限的．教师不能够完全靠言语直观来让学生　学习这个知识点，再者微观结构也难以通过实物直接观察，这时候要用到模型来直观表现，也就是Ｐ　，　它就能够很好地展示出来这些分子的微观结构，比如磷的一些氧化物和硫化物等，就可以依靠多媒体来　展示，或辅助作图，再通过对图像的讲解，能起到事半功倍的效果，同时也能够比单纯理论更加的有助于　激发学生的学习兴趣．因此，这一节的教学切勿只是口头描述和直接给出图像，而是对着图像进行解说，　充分运用多媒体教学手段．实现多元化教学［２圳．　２．２深人分析教材和学生．分清重难点　由于学生是师范生．不同于化学有特殊要求的专业，对这一节的化学知识的掌握程度并没有过多的　要求［４】．而对于教学内容，学生在高中以及大一的无机化学中对这一节的部分内容已经学习过，如杂化类　型，空间结构，前面一节课也学习了杂化轨道，此外在第三章中已经学习了分子点群，所以在教学过程中　应该更加注重一些难点的讲解．另外，这一节课应该要引导学生掌握各类化合物的规律性，如卤素由于电