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3. 球棍模型与比例模型

有机化合物的分类、命名与同分异构体 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 球棍模型用球代表原子、棍代表化学键;比例模型按原子半径比例展示原子实际占据空间。

从哪来 建立在 2. VSEPR模型 之上,利用价层电子对互斥理论确定的空间构型来构建分子立体结构。

为什么 化学键有方向性和饱和性,原子并非无限小的点,而是有体积的球体。球棍模型通过“棍”直观展示键角和空间伸展方向,便于理解VSEPR推导出的几何构型;比例模型则还原原子真实大小及紧密堆积状态,揭示分子中空间位阻和表面形状,两者互补以完整描述微观结构。

讲法
适合空间想象力较弱、偏好直观视觉的学生 使用实物教具或3D软件演示。先展示VSEPR推导出的四面体构型(如甲烷),再分别组装球棍模型和比例模型。让学生观察:球棍模型中“棍”的长度代表键长,角度清晰可见;比例模型中碳原子球体被氢原子球体紧密包围,几乎看不到“棍”。强调球棍看“骨架”,比例看“实体”。
讲法
适合逻辑性强、喜欢抽象类比的学生 引入“建筑蓝图”与“实景照片”的类比。球棍模型相当于建筑的钢筋骨架图,清晰展示梁柱(键)的角度和连接关系,方便计算和修改;比例模型相当于建成后的实景照片,展示墙体(原子)的厚度和整体轮廓。解释为什么化学家需要两者:设计反应位点看骨架,判断分子能否通过酶通道看实体。
讲法
适合动手能力强、偏好实验操作的学生 提供橡皮泥(不同颜色代表不同原子)和牙签。第一步,根据VSEPR理论确定原子位置,用牙签连接橡皮泥制作球棍模型,测量并记录键角。第二步,去掉牙签,将橡皮泥球体按真实半径比例紧密挤压在一起,观察接触面。让学生对比两种形态下原子间的距离和遮挡关系,理解“键长”与“范德华半径”的区别。
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练一道
基础题
请画出乙醇($CH_3CH_2OH$)的球棍模型,并指出其中碳原子和氧原子的杂化类型及对应的空间构型。
变式
为什么在判断苯酚能否与溴水发生取代反应时,化学家更关注苯环的比例模型而非球棍模型?
试试手自己判
检测题
下列对 $NH_3$ 分子模型描述正确的是( ) A. 球棍模型中,N原子位于正四面体中心,3个H原子位于顶点,第4个顶点为空 B. 比例模型中,N原子球体比H原子球体小 C. 球棍模型能直观展示 $NH_3$ 分子的极性,因为N-H键有方向性且分子构型不对称 D. 比例模型中,H原子球体之间没有接触,因为存在孤对电子
看答案和判分标准
答案:C
判对标准:
选A错:$NH_3$ 是三角锥形,不是正四面体。球棍模型中N在锥顶,3个H在底面。
* 选B错:N原子半径(约75pm)大于H原子半径(约25pm),比例模型中N球应更大。
* 选C对:球棍模型展示了键的方向和分子的非对称构型(三角锥形),结合键的极性,能推导出分子极性。
* 选D错:比例模型中,H原子球体之间因空间位阻和范德华力会有接触或紧密排列,孤对电子不占据明显的“球体”空间,但会影响键角,使H-H距离比正四面体更近。
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