乙烯和丁二烯D-A产物 和 这个反应的过渡态图是什么？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-06-06 14:59 标签： 丁二烯和乙烯合成环己烯

摘 要：在新的高考形式下，要引导学生认识模型，理解模型，更要适时学会建构模型和运用模型，促进学生认识发展、思维提升、素养提高，从而提高自己的核心竞争力。本文从2019年4月选考29题出发，探讨如何建构模型，通过模型应用突破难点问题。

关键词：建构;认知模型;难点突破

2019年4月的浙江选考化学卷，学生普遍感觉有难度。特别是29题。除了题目类型较新，更多的原因是老师们在平时的教学中没能引导学生建构思维模型，就题论题，缺少归纳与发散，导致学生不能举一反三。

课程标准（2017年版）中明确提出，化学学科素养包括证据推理与模型认知，知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型。“模型认知”能力水平由低到高划分为认识模型、理解模型、运用模型、建构模型。作为高三学生来说，不应简单的认识、理解模型，更要建构模型，迁移运用模型。基于此，高中化学的教学应不囿于对真题的剖析，要努力跳出题海战术的怪圈，提倡多题一解，建立模型，建构知识结构，彻底减轻学生重复记忆和反复操练的负担。学习的主要目的是要学生参与建立该学科的知识体系的过程。

二、 以浙江2019年4月选考29为例，有效建构认知模型

（一）从易到难，认知模型渐进式建立

在平时的教学中，可先从最简单的模型训练入手。如从酯化反应入手，建立思维模型，找出定量关系。

某有机物A，相对分子量134，仅含碳、氢、氧三种元素，分子中没有甲基。可以与乙醇、乙酸发生酯化反应，A与乙醇发生完全酯化所得有机产物的相对分子量为190。试推断A的分子式和结构简式。

A有羟基、羧基，A与乙醇酯化反应存在着数量关系。建立模型：

分析题目中分子量190，差值56，即为第二种情况。所以A至少带两个羧基一个羟基。计算残基：134-17（羟基）-2×45（羧基）=27，为—C2H3，分子式为C4H6O5，A为HOOC—CH（OH）—CH2—COOH或HO—CH（COOH）—CH2—COOH。A若带两个羧基两个羟基，计算残基：134-2×17-2×45=10，不合理，舍去。

（二）多角度拓展，熟练建构模型

现有只含C、H、O的化合物AF，有关它们的某些信息，已注明在下面的方框内：

分析题意，C、D两个物质中存在数量关系，D酯化成C。建立模型：

C与D差值84，符合第二种关系，说明D有两个羟基，至少一个羧基（由A选择氧化得到），再通过计算残基进行推理。

（三）模型迁移使用，轻松突破难点问题

2019年4月浙江选考29题：由碳、氢、氧三种元素组成的链状有机化合物X，只含羟基和羧基两种官能团，且羟基数目大于羧基数目。称取2.04g有机化合物X与足量钠充分反应，生成672mL氢气（标准状况）。请确定摩尔质量最小的x分子中羟基、羧基数目及x的相对分子质量。

分析数据，确定羟基和羧基数相加至少3个，建立模型：

修改模型，羟基数和羧基数相加为4个：

2. 04/0.15=136，计算残基：136-3×17-45=40，符合条件的残基为—C3H4。即摩尔质量最小的x有三个羟基一个羧基，分子量136。

三、 建构认知模型，突破难点问题的有效策略

引导学生通过证据推理及模型认知的方式学习在以往的教学中并不少见。随着学习的深入，自我知识体系的构建和个人解题模式的形成更加重要。教师要引导学生从以下角度学习建构认知模型，聚沙成塔，以求实效。

（一）从实到虚，引导建立抽象模型

等效平衡的学习对于提高学生的逻辑思维能力，开拓学生解题思路都有益。

恒温恒容条件下等效平衡的条件，反应前后气体分子数不变的可逆反应，也就是Δn（g）=0的可逆反应的理解：

同理，恒温恒容條件下等效平衡的条件，对于Δn（g）≠0的可逆反应，将两个容器合并为一个，即在恒温恒容下加压，平衡右移，不能等效。若要等效则不能加压。因此等效的条件是换算后相同物质的起始物质的量相等。恒温恒压条件下，等效的条件就是换算后各物质的量加倍即可。

用这样简单的两个容器合并为一个的模型，帮助学生理解抽象概念，突破部分概念过于抽象，不能具体化的难点。活化能的概念也可以同样进行模型的建构。

（二）从特殊到普通，多角度、多方位建构模型

通过证据推理和模型认知的方式进行学习，不但可以应用到化学计算，在化学史的教学中也可发挥作用。

人类对原子结构的认识的内容可以让学生自己看材料，知道化学家们是如何提出原子结构模型的即可。但后续学生复习时，往往张冠李戴，表述不清。其实科学家们提出原子结构模型的过程是遵循科学研究范式的，建立科学研究模型的过程，在教学的过程中只需重现即可。其中包含纵横两条线。纵线是原子结构模型的提出是从粗到细，从虚到实，从外到里……而横的线，则是几乎每个科学家都经历了提出假设，实验验证再到建立模型的过程。以汤姆生为例，他假设原子带正电的部分像流体一样均匀分布在球形的原子内，而电子则嵌在球体某些固定位置。电子既受正电荷的吸引，又互相排斥，因此必然有一种状态可使电子平衡。再通过实验推断得出，建立葡萄干面包模型。后面卢瑟福建立轨道行星式模型，波尔建立氢原子轨道模型、发现夸克、用量子理论建立电子云模型等过程的科学探索都可以用相关纵横模型串联成网络。通过模型建构，突破“科普类”知识学习易学难记的困难。

（三）从基础到提升，知识拓展善建模型

32题需要学生分析所给的有机反应信息来推断合成步骤，所给信息都是大学里的经典反应，对高中生来说却很陌生，很多学生就题论题，陷入题海中了。包括一些老师的教学亦然。学生学习负担重，感觉知识繁杂，茫无头绪，对该类题型产生畏难情绪。

26、32題涉及的反应类型主要是加成、氧化和取代。据此建立思维模型，将高中涉及的有机信息题进行建模分析。以加成反应为例。将加成反应简化为1+1=1的模式，将其分为碳碳双键和碳氧双键加成等多种。根据大学里不对称加成的原则，碳碳双键的加成可以仿照丙烯与溴化氢的加成，认为与甲基相连的碳显电正性，另一个显电负性。加成时，溴化氢中溴离子带负电荷，氢离子带正电荷。根据同性相斥异性相吸的原则进行加成。26题中的乙烯与乙酸反应就属于此例。溴化氢可以换成乙酸、氢氰酸、次氯酸（—Cl带正电荷，—OH带负电荷）、氨（甲胺等等都可）、1，3—丁二烯等其他显正负电荷的物质。其中乙烯与1，3—丁二烯的加成反应即蒂尔斯阿德尔反应也是32题常考的内容。而丙烯可以换成苯、甲苯、炔烃……若丙烯换成碳氧双键，碳显正电荷，氧显负电荷，可涉及的反应有醛酮与氢氰酸加成后得到羟基酸的反应，醛酮与氨的加成，醛酮相互加成的羟醛缩合反应得到烯醛或者羟基醛，醛酮与格氏试剂的反应等等。除了碳碳双键和碳氧双键外，碳氮双键和碳碳三键亦可参照处理。至于乙烯加成或者醛酮与氢气的加成这些对称加成则不需要区分正负电荷，更简单。如此，将高中的这些知识进行串联，简单模型，百川归海，学生会发现原来有机是万变不离其宗的。通过模型建构，突破内容繁杂型，信息多变型内容的学习瓶颈。

（四）通过“思维导图”，自发建构认知模型

学生自我的知识网络若没有建立，则知识无法内化，更遑论灵活运用和迁移。应引导学生认真研究高考大纲，明确高考化学学科考试内容，借助“思维导图”，建构各知识点的认识模型，完善知识网络。思维导图可以是树状、网状的，知识纵横交错，也是厘清脉络，自我总结的一种很好的方式。思维导图可大可小，可简洁可复杂，根据个人的需求和能力自主绘制。通过模型建构，突破高中化学知识繁多，学生无法自主形成知识体系的难点。

四、 建构模型认知策略的原则

1. 科学性原则。思维模型的建构必须建立在科学的基础上，不能随心所欲。许多书本上的模型如球棍模型，比例模型等等的使用都要符合科学性。2. 适用性原则。并不是所有的题目类型都适用，也并不是所有的思维模型都能解决所有的问题。如对于催化剂对反应速率的影响，适用于过渡态理论模型而不适用于碰撞理论模型，可以有所选择，优势互补，全方位促进学生理解知识。3. 适度性原则。思维模型的使用应适度。包括适时和适量。4. 分层性原则。对于接受度比较低的学生来说，简单的思维模型可以让其尝试，对于有拔高要求的学生来说，可以尝试更加复杂的模型。5. 强化性原则。思维模型的熟练使用和思维模型的主动建构需要比较长的时间。适度的强化是有必要的。如对于复杂计算的解题模型，一次两次的训练不足以使学生形成条件反射，多次的多角度地引导和强化，才能熟能生巧，内化进学生自身的知识体系中。

从浙江2019年4月化学选考题来看，高考不只注重基础知识的考察，更加注重能力的要求。注重创设真实陌生的情境，信息来源多样，设问角度灵活。突出对必备知识、关键能力、思维方法和创新意识的考查。对数学思维模型、定量计算与深度、多维思考等提出了更髙的要求。教师要引导学生做到：通过构建认知模型，突破复杂计算问题、突破抽象概念学习、突破化学史的学习、突破内容繁杂型，信息多变型内容的学习瓶颈、突破学生无知识体系的难点……

[1]李俊.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4.

[2]王兰.发展核心素养聚焦课堂效率：基于模型认知能力培养的高三化学复习[J].中学化学教学参考，2018（9）：30.

作者简介：梅娟，浙江省杭州市，杭州市西湖高级中学。

spContent=本课程结合了Gaussian软件的高精度理论计算，将有机化学中的分子结构和基础有机反应机理单独建设MOOC，创造性地引入了近500个动态的结构和反应，全立体、全动态地进行讲解。本课程的目的是建设优质的在线有机化学多媒体教学资源，帮助学生更好地理解教学难点，为线上线下和翻转课堂教学研究提供支撑。

  有机化学分子建模是我们新开设的一门选修课程，是有机化学和计算化学两门课程的交叉，利用Gaussian软件的高精度计算，从能量的角度对有机化合物的分子结构和有机化学反应机理中的重点和难点进行解释，以一种全立体和全动态的方式开展新的教学尝试。

  我们重新梳理有机化学的重点和难点，按照从结构到反应的主线，从基于结构变化而引起的能量变化为切入点，在课程中引入近500个动态的分子结构和反应的机理，以全立体、全动态的方式，讲解有机化学教学中的难点，如下典型教学案例所示。

  （1）构造、构型和构象。由于饱和碳原子具有四面体构型，因此产生了手性碳的概念，而碳碳双键和刚性环状结构也带来了顺反异构的概念。通过Gaussian软件的界面操作程序Gaussview可以360°立体动态的展示有机分子的结构，效果远远强于手动搭建模型；对于顺反异构体的稳定性，氢化热等概念，可以通过计算得到的能量，再进行比较和解释，学生更容易理解。

  （2）分子轨道、电子效应、立体效应和芳香性。由于Gaussian可以计算得到分子的轨道、分子的极性、电荷分布、静电势能图等信息，根据这些信息，电子效应将一目了然。通过改变反应物取代基的大小，计算反应的活化能。由于空间效应，取代基越大，活化能将越高。对于芳香性，可以计算环状分子的结构，再结合Hückel规则判据进行讨论。

苯分子的p轨道组成的分子轨道

取代苯分子的静电势能图

  （3）反应机理。采用Gaussian可以计算出反应的过渡态，计算出反应的活化能。利用IRC分析，可以得到动态的反应过程，以及伴随反应过程中的能量、电荷分布等重要的动态信息。当反应过程以360°立体动态的方式展现出来时，会大大增加学生对有机化学反应机理的理解，使学生有兴趣进行学习。

    由于学时限制，本课程没有包含有机化合物的命名、有机波谱、各种有机化合物的物理和化学性质等内容。本课程适合开展线上线下混合式教学，学生通过本课程的线上教学，充分理解有机分子结构和基本有机反应机理，这将更有利于学生学习其他的有机化学知识。

    本课程是首次采用Gaussian软件将计算化学模拟所得到的动态结构和机理引入有机化学的教学过程中，大大改进了课程的形象性，增加了课程的趣味性。这是一次全新的尝试，我们希望通过这些工作，建立起全立体、全动态的有机化学教学新模式。

1.培养学生对有机化学与计算化学的交叉学科的兴趣，了解Gaussian软件如何通过高精度理论计算对有机化学的重要问题进行分子建模和解释。

2.通过立体、直观的动态模拟，并将能量的概念贯穿于结构和反应之中，使学生尽快掌握有机活性中间体、对映异构、有机化学反应机理等最重要的有机化学的概念和内容。

3.作为线上教学资源，配合有机化学的线下教学和翻转课堂的教学。

1.无机化学或基础化学（无机+分析）

2.中学所要求的基本的有机化学知识

章节测验占20%，章节作业占20%，期末考试占60%。

最终成绩85~100分为优秀，60~84分为合格。

1. 邢其毅, 裴伟伟, 徐瑞秋, 裴坚, 《有机化学》第三版, 高等教育出版社

2. 鲁崇贤, 杜洪光, 《有机化学》第二版, 科学出版社。

1.有机化学分子建模与有机化学的关系？

答:有机化学分子建模是将有机化学中有关分子结构和基础有机反应机理的内容单独拿出来，从计算化学的角度对重要的中间体进行计算，从量化的结果以及动态的立体结构的角度讲解有机化学的知识。本课程不讲解命名，不系统讲解有机化合物的物理和化学性质。重点是建设线上的优质动态有机化学教学资源，供学生在线学习有机化学中有关分子结构和基本反应机理中的教学难点。

2.有机化学分子建模中对于计算化学讲解的深度？

答:计算化学的范围非常广泛，在有机化学分子建模中，我们将Gaussian软件当作一个黑箱，本课程会讲解Gaussian能干什么、怎么去作、结果怎样，但是并不要求大家会使用Gaussian软件来解决具体的有机化学的问题。

3.有机化学分子建模课程中引入了哪些新的教学资源？

答:由于Gaussian强大的功能，很多传统的有机化学问题将以一种全新的立体、动态地形式展现在学生面前。

（1）原子轨道和分子轨道。这些内容仅通过书上彩色的图片，很难让学生深入了解。但通过Gaussian软件的计算，例如：计算惰性气体元素的原子轨道，从1s,2s,2p,3s,3p,3d……所有的原子轨道的角度分布全部动态展现。计算H2分子、N2分子、乙烯、1,3-丁二烯、苯分子的分子轨道，同样所有的分子轨道能量从低到高依次排列，一目了然。

（2）引入了静电势能图的概念。例如，苯分子的静电势能图、不同取代基的苯分子的静电势能图。那么取代基对于苯环的推电子和吸电子能力直接从图中的颜色看出，形象直观。

（3）对于有机化合物构造、构型、构象、手性、外消旋体、不含手性碳原子的手性分子等各种和分子结构有关的内容，以立体动态的形式浮现于屏幕之上，这是传统的教学方法所无法实现的。

（4）对于基础有机反应，当用量化计算的反应路径去讲解时，可以360度观察反应进行的方式。当引入能量的变化时，过渡态的结构、中间体的稳定性、苯环亲电取代反应中的定位效应、热力学控制和动力学控制、Cram规则等一切问题将通过具体的数值给予解释。将使学生更深入了解有机化学反应的本质。

我要回帖

更多关于 丁二烯和乙烯合成环己烯 的文章

 

随机推荐