1.1 有机化合物的结构特点 第1课时（2）（教学设计）化学人教版选择性必修3

该高中化学教学设计聚焦有机化合物中碳原子成键特点、共价键类型及杂化轨道，通过对比氧氢与碳氢化合物种类差异，结合维勒合成尿素化学史导入，搭建从宏观现象到微观结构的学习支架。 以“结构决定性质”为主线，通过甲烷等杂化模型分析培养证据推理与模型认知，乙醇与钠反应实验落实科学探究与实践，帮助学生建立微观结构与宏观性质联系，为教师提供素养导向教学环节与训练，提升教学效率。

第一节 有机化合物的结构特点 第1课时（2） 有机化合物中的共价键 一、知识目标 1.了解有机化合物中碳原子的成键特点，包括碳原子在元素周期表中的位置、得失电子情况、成键种类、连接方式和成键方式。 2.理解有机化合物中共价键的类型，如σ 键和π 键的形成、特征及杂化轨道（sp3、sp2、sp）的特点。 3.掌握共价键的类型和极性对有机化合物性质的影响，能通过实验探究理解基团之间的相互影响对官能团极性和物质性质的作用。 4.学会根据共价键的类型和极性推测有机化合物可能发生的反应类型。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识有机化合物种类繁多的现象，从微观上理解碳原子的成键特点和共价键的类型、极性对有机化合物性质的影响。 2.证据推理与模型认知：通过对有机化合物结构和性质的分析，建立结构决定性质的化学思维模型，依据共价键的相关知识推测有机化合物的反应类型。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究共价键的极性对有机化合物性质的影响，培养科学探究能力和创新思维。 一、教学重点 有机化合物中碳原子的成键特点；共价键的类型（σ 键和π 键）及杂化轨道（sp3、sp2、sp）；共价键的类型和极性对有机化合物性质的影响。 二、教学难点 杂化轨道理论的理解；共价键的极性对有机化合物性质影响的实验分析和结论推导。 本节教学内容源于人教版高中化学教材，是第一章《有机化合物的结构特点与研究方法》第一节《有机化合物的结构特点》的第1课时（2）。有机化合物的结构特点是有机化学的基础内容，对于后续学习有机化合物的性质、反应类型等知识起着至关重要的作用。在整个有机化学知识体系中，它是构建有机化合物知识网络的基石。本课时聚焦于有机化合物中碳原子的成键特点以及共价键的类型和极性。教材先通过对比仅由氧和氢组成的化合物与仅由碳和氢组成的烃类物质的数量差异，引出碳原子成键特点的探讨。详细阐述了碳原子在元素周期表中的位置、得失电子情况、成键种类、连接方式等内容，为理解有机化合物结构的多样性奠定基础。接着介绍了共价键的类型，包括σ键和π键的形成、特征以及不同杂化轨道的特点，如sp³、sp²、sp杂化轨道的空间结构和成分。最后通过实验探究共价键的极性对有机化合物性质的影响，让学生从理论和实践两个层面深入理解有机化合物的结构与性质的关系。 教学对象是高二阶段的学生，处于化学知识逐步深入学习的关键时期。在高一化学学习中，学生已经对有机化合物有了初步的认识，知道一些常见的有机物，如甲烷、乙醇等，但对于有机化合物的结构特点了解较为肤浅。在思维能力方面，学生正从形象思维向抽象思维过渡，对于微观的原子成键方式和共价键的形成等抽象概念理解起来可能存在一定困难。在知识储备上，学生已经掌握了原子结构、化学键等基础知识，但对于有机化合物中碳原子的特殊成键方式和共价键的多样性缺乏系统认识。在学习方法上，学生习惯于被动接受知识，自主探究和归纳总结的能力有待提高。因此，在教学过程中，需要结合具体的实例和直观的模型，帮助学生理解抽象的概念。同时，设计一些探究性实验和问题讨论，引导学生积极思考，培养他们的自主学习能力和科学思维方法。通过联系生活实际，让学生感受到有机化学的实用性，激发他们的学习兴趣，为后续有机化学的学习打下坚实的基础。 教学环节一 课堂导入 【展示图片并提问】同学们，老师先给大家展示一些图片。这里有我们生活中常见的天然气，它的主要成分是甲烷；还有用于焊接金属的乙炔；以及在化工生产中非常重要的乙烯。大家有没有想过，为什么仅仅是碳和氢这两种元素，就能组成这么多种不同的物质呢？而且目前已知结构的仅由碳和氢组成的烃类物质就有上千种，而仅由氧和氢组成的稳定化合物却只有水和过氧化氢两种。比如甲烷（CH₄）、乙烯（C₂H₄）、乙炔（C₂H₂），它们之间的差别这么大，背后的原因是什么呢？ 【讲述化学史故事】其实在化学发展的历史上，科学家们也对有机化合物的结构特点充满了好奇。曾经，人们认为有机化合物只能从有生命的物体中获得，存在所谓的“生命力”学说。直到 1828 年，德国化学家维勒无意中用加热的方法使氰酸铵转化为尿素，氰和氰酸铵都是无机化合物，而尿素是有机化合物。这一发现给予“生命力”学说第一次冲击，此后越来越多的有机化合物被人工合成出来。这也让科学家们更加深入地去研究有机化合物的结构和性质。那么，有机化合物分子结构的复杂多变到底和什么有关呢？今天我们就一起来揭开有机化合物结构特点的神秘面纱。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示生活和化工生产中常见的有机化合物图片，让学生直观地感受到有机化合物的多样性，引发学生的好奇心和求知欲，使他们积极主动地参与到课堂讨论中来。 2.联系化学史：讲述维勒合成尿素的化学史故事，让学生了解化学学科的发展历程，认识到科学研究是一个不断探索和突破的过程，培养学生的科学精神和对化学学科的热爱。 3.自然导入新课：从有机化合物的多样性和化学史故事引出本节课要探讨的有机化合物分子结构复杂多变的原因，自然地过渡到新课的学习，让学生明确学习目标，带着问题去学习，提高学习的针对性和有效性。 教学任务一 有机化合物中碳原子的成键特点 活动一 新课导入 【引入】仅由氧元素和氢元素组成的稳定的化合物只有两种，而仅由碳元素和氢元素组成的烃类物质，目前结构已知的有上千种，比如C2​H2​、C2​H4​、CH4​，而氧和氢组成的化合物有H2​O2​、H2​O。为什么碳氢组成的化合物种类如此繁多呢？这与有机化合物分子结构的复杂多变有关，而分子结构又与碳原子的成键特点、碳原子间的结合方式，以及分子中各原子在空间的排布有着密切关系。那碳原子的成键有哪些特点呢？ 【设计意图】通过对比氧氢化合物和碳氢化合物的种类差异，引发学生的好奇心和求知欲，自然地引出本节课要探讨的碳原子成键特点这一主题。 【师生活动】 教师展示氧氢化合物和碳氢化合物的种类数据及部分代表物质的化学式，提出问题引导学生思考。 学生观察数据和化学式，思考教师提出的问题，积极参与课堂讨论。 【对应训练1】下列关于有机化合物种类繁多的原因，说法错误的是（ ） A. 碳原子间能以单键、双键或三键等多种方式结合 B. 多个碳原子可以形成长短不一的碳链，碳链也可以含有支链 C. 每个碳原子都只能与氢原子形成共价键 D. 多个碳原子间可以形成碳链、碳环，碳链或碳环也能相互结合 【答案】C 【解析】碳原子不仅能与氢原子形成共价键，还能与O、N、S等原子成键，所以C选项错误；A、B、D选项均是有机化合物种类繁多的原因。 活动二 碳原子的成键特点讲解 【引入】我们知道了探讨碳原子成键特点的重要性，接下来就具体学习碳原子的成键特点。【问题】碳元素在元素周期表中的位置是怎样的？碳原子的结构有什么特点？ 【学生思考】回答：碳元素位于元素周期表中第二周期ⅣA族，碳原子的最外电子层有4个电子，不易得到电子，也不易失去电子而形成阳离子或阴离子。 【讲解】评价、强调：碳原子通过共价键（共用电子对）与其他原子（H、O、N等）形成共价化合物，每个碳原子形成4个共价键。 【问题】碳原子间的成键种类有哪些？碳原子间的连接方式又有哪些？ 【学生思考】回答：碳原子间的成键种类有单键、双键、三键；多个碳原子之间可以结合成碳链，碳链可带有支链，也可以结合成碳环，碳环和碳链还可以相互结合，构成有机物链状或环状的碳骨架。 【讲解】展示环状结构、链状结构（直链、支链）的图片，进一步解释碳原子间的连接方式。【设计意图】通过逐步提问和引导，让学生深入了解碳原子的成键特点，包括其在周期表中的位置、结构特点、成键种类和连接方式，培养学生的思维能力和知识归纳能力。 【师生活动】 教师提出问题，引导学生思考，对学生的回答进行评价和讲解，展示相关图片辅助教学。 学生积极思考问题，回答教师的提问，认真听取教师的讲解和评价。 【对应训练2】在有机化合物中，关于碳原子的成键特点，下列说法正确的是（ ） A. 碳原子只能形成单键 B. 碳原子只能与碳原子成键 C. 碳原子形成的共价键都是极性键 D. 碳原子可以形成碳链和碳环 【答案】D 【解析】碳原子可以形成单键、双键和三键，A选项错误；碳原子不仅能与碳原子成键，还能与H、O、N等原子成键，B选项错误；碳原子与碳原子之间形成的共价键是非极性键，C选项错误；碳原子可以形成碳链和碳环，D选项正确。 教学任务二 有机化合物中的共价键 活动一 共价键的类型 【引入】我们已经了解了碳原子的成键特点，在有机化合物的分子中，碳原子通过共用电子对与其他原子形成不同类型的共价键，那么共价键有哪些类型呢？ 【问题】以氢气分子的形成过程为例，讲解σ键的形成和特征。 【讲解】展示H2​分子形成的示意图，讲解： H2​中的σ键是由两个s轨道“头碰头”重叠形成的，可称为s−s σ键。形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称，σ键的强度较大。 【问题】除了s−s σ键，还有哪些类型的σ键？举例说明。 【讲解】展示HCl和Cl2​分子形成的示意图，讲解： HCl分子中是s−p σ键， Cl2​分子中是p−p σ键。 【问题】p轨道和p轨道除能形成σ键外，还能形成什么键？其形成方式和特征是怎样的？【讲解】展示π键形成的示意图，讲解： p轨道和p轨道还能形成π键，由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成。π键的电子云具有镜面对称性，即每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像；π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂。 【设计意图】通过具体的分子形成过程，详细讲解σ键和π键的形成、特征和类型，让学生直观地理解共价键的类型，培养学生的空间想象能力和知识理解能力。 【师生活动】 教师展示示意图，提出问题，进行讲解和引导。 学生观察示意图，思考问题，听取教师的讲解，积极参与课堂互动。 【对应训练3】下列关于共价键类型的说法正确的是（ ） A. 单键都是σ键，双键都是π键 B.π键的轨道重叠程度比σ键大 C.π键比σ键稳定 D. 一般情况下，有机化合物中的双键中含有一个σ键和一个π键 【答案】D 【解析】单键都是σ键，双键中含有一个σ键和一个π键，A选项错误；π键的轨道重叠程度比σ键小，B选项错误；π键不如σ键稳定，C选项错误；一般情况下，有机化合物中的双键中含有一个σ键和一个π键，D选项正确。 活动二 碳原子的杂化方式 【引入】我们知道了共价键的类型，接下来探讨碳原子的杂化方式对有机化合物结构和性质的影响。 【问题】以甲烷为例，讲解碳原子的sp3杂化方式。 【讲解】展示甲烷中碳原子杂化的示意图，讲解：碳原子基态时2s轨道上有2个电子， 2p轨道上有2个电子，激发后2s轨道上的1个电子跃迁到2p轨道，然后1个2s轨道和3个2p轨道杂化形成4个相同的sp3杂化轨道，每个sp3杂化轨道都含有和的成分，杂化轨道间的夹角为109∘28′，空间结构为正四面体形。sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠形成4个相同的C−H σ键。 【问题】以乙烯为例，讲解碳原子的杂化方式。 【讲解】展示乙烯中碳原子杂化的示意图，讲解：碳原子激发后， 1个2s轨道和2个2p轨道杂化形成3个杂化轨道，每个杂化轨道含有和成分，杂化轨道间的夹角都是120∘，呈平面三角形。两个碳原子的sp2杂化轨道相互重叠形成一个C−C σ键，未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠，形成了π键。 【问题】以乙炔为例，讲解碳原子的sp杂化方式。 【讲解】展示乙炔中碳原子杂化的示意图，讲解：碳原子激发后， 1个2s轨道和1个2p轨道杂化形成2个sp杂化轨道，每个sp杂化轨道含有和的成分，杂化轨道间的夹角为，呈直线形。两个碳原子的杂化轨道相互重叠形成一个键，两个原子均剩下两个p轨道分别两两平行“肩并肩”形成两个互相垂直的π键。 【设计意图】通过具体的有机化合物（甲烷、乙烯、乙炔），详细讲解碳原子的不同杂化方式，让学生理解杂化轨道的形成、特点和对分子结构的影响，培养学生的知识迁移能力和空间思维能力。 【师生活动】 教师展示示意图，提出问题，进行讲解和引导。 学生观察示意图，思考问题，听取教师的讲解，积极参与课堂互动。 活动三 共价键对有机化合物性质的影响 【引入】我们了解了共价键的类型和碳原子的杂化方式，那么共价键对有机化合物的性质有哪些影响呢？ 【问题】共价键的类型对有机化合物性质有什么影响？举例说明。 【讲解】π键的轨道重叠程度比σ键的小，键能低，比较容易断裂而发生化学反应。例如：乙烯和乙炔分子的双键和三键中含有π键，都可以发生加成反应，而甲烷分子中含有C−H σ键，可发生取代反应。 【问题】共价键的极性对有机化合物性质有什么影响？通过什么实验可以验证？ 【学生实验】向两只分别盛有蒸馏水和无水乙醇的烧杯中各加入同样大小的钠（约绿豆大），观察现象。 【实验现象】两只烧杯中均有气泡产生，乙醇与钠反应缓慢，蒸馏水与钠反应剧烈。 【实验分析】乙醇分子中的氢氧键极性较强，能够发生断裂，化学方程式为2C2​H5​OH+2Na⟶2C2​H5​ONa+H2​↑。相同条件下，乙醇与钠反应没有水与钠反应的剧烈，是由于乙醇分子中氢氧键的极性比水分子中氢氧键的极性弱。 【实验结论】基团之间的相互影响使得官能团中化学键的极性发生变化，从而影响官能团和物质的性质。 【设计意图】通过理论讲解和实验探究，让学生理解共价键的类型和极性对有机化合物性质的影响，培养学生的实验操作能力、观察能力和分析问题的能力。 【师生活动】 教师提出问题，引导学生进行实验，对实验现象进行分析和讲解。 学生进行实验操作，观察实验现象，思考教师提出的问题，参与实验分析和讨论。 第一节 有机化合物的结构特点 第1课时（1） 有机化合物中的共价键 一、有机化合物中碳原子的成键特点 1.元素周期表中的位置 o第二周期IVA族 2.碳原子得失电子情况 o不易得失电子，形成4个共价键 3.碳原子间的成键种类 o单键、双键、三键 4.碳原子间连接方式 o碳链（直链、支链）、碳环，可相互结合 二、有机化合物中的共价键 1.共价键的类型 oσ键：“头碰头”重叠 特征：轴对称，强度较大 类型：s - s σ键、s - p σ键、p - p σ键 oπ键：“肩并肩”重叠 特征：镜面对称，不能旋转，不如σ键牢固，易断裂 2.杂化轨道 osp³杂化：正四面体形，含1/4s和3/4p成分 osp²杂化：平面三角形，含1/3s和2/3p成分 osp杂化：直线形，含1/2s和1/2p成分 3.共价键对有机化合物性质的影响 o类型影响 π键易断裂，发生加成反应 σ键可发生取代反应 o极性影响 极性越强越易断裂，官能团及邻近化学键是活性部位 o实验探究：乙醇与钠反应 现象：乙醇与钠反应缓慢，水与钠反应剧烈 结论：基团相互影响使官能团化学键极性变化 1．有一种星际分子，其分子结构模型如图所示(图中球与球之间的连线代表化学键，如单键、双键、三键等，不同花纹的球表示不同的原子)，已知该分子中不存在C=C=C结构，下列对该星际分子判断正确的是 A．①处的化学键是碳碳单键 B．②处的化学键是碳碳单键 C．③处的原子可能为氧原子 D．该星际分子中不含-C≡C-结构 【答案】B 【解析】A．该分子为有机物，分子中的碳原子形成了4条共价键，从左边氢原子开始推断，第一个碳碳键为碳碳叁键，第二个碳碳键为单键，第三个为三键，同理可推出①为碳碳叁键，A项错误； B．②为碳碳单键，B项正确； C．③与其相连的碳应该为三键，不可能是氧原子，可能为氮原子，C项错误； D．该物质的结构简式为：HC≡C-C≡C-C≡C-C≡C-C≡③ ，含有多个碳碳叁键结构，D项错误； 故选B。 2．一种有机化合物的分子结构如图所示。下列说法正确的是 A．该物质含有3种官能团 B．该物质属于脂环烃 C．该物质属于芳香族化合物 D．该物质中的碳原子与氮原子的杂化方式相同 【答案】C 【解析】A．据结构简式可知，该物质中含酯基、酚羟基、氨基、碳氯键(氯原子)4种官能团，A错误； B．烃中只含C、H两种元素，该物质中含有C、H、O、Cl四种元素，不属于脂环烃，属于芳香烃衍生物，B错误； C．该分子中含有苯环，属于芳香族化合物，C正确； D．该分子中的碳原子的杂化方式有苯环的杂化和甲基的杂化两种，氮原子的杂化方式是，二者的杂化方式不完全相同，D错误； 故答案为：C。 3．下列说法正确的是 A．π键是由两个p电子“头碰头”重叠形成的 B．σ键是镜面对称，而π键是轴对称 C．乙烷分子中的键全为σ键，乙烯分子中含σ键和π键 D．H2分子中含σ键，Cl2分子中含π键 【答案】C 【解析】A．π键为p电子“肩并肩”重叠形成，而σ键为s或p电子“头碰头”重叠形成，A错误； B．σ键“头碰头”重叠为球对称，π键“肩并肩”重叠为镜面对称，B错误； C．乙烷分子中均为单键，乙烯中含C=C键，有1个π键，则乙烷分子中的键全为σ键而乙烯分子中含σ键和π键，C正确； D．氢气、氯气中均为共价单键，则H2分子中含σ键，Cl2分子中也含σ，均不含π键，D错误； 故选C。 4．下列说法错误的是 A．有机物丙烯(CH2=CH-CH3)中碳原子的化合价分别是-2、-1、-3 B．1mol丙酮()中含有σ键个数为9NA C．一个乙炔(H—C≡C—H)分子中有3个π键 D．乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H键和1个C—C键，无π键 【答案】C 【解析】A．第一个碳原子有两个C-H键，化合价为-2，第二个碳原子有一个C-H键，化合价为-1，第三个碳原子有三个C-H键，化合价为-3，A正确； B．一个丙酮分子有9个o键，则1mo|丙酮含有9NA个σ键，B正确； C．乙炔分子中有3个o键和2个π键，C错误； D．乙烷分子中只有C-H键和C-C键，所以只有σ键，没有π键，D正确； 故选C。 5．下列化学式及结构式或结构简式中，从成键情况看不合理的是 A．C2H8N2 B．CH4Si C．CH2SO D．COCl2 【答案】B 【解析】C、Si能形成4个共价键，N能形成3个共价键，而O、S能形成2个共价键，Cl能形成1个共价键，因此可以看出选项B中物质C、Si成键不合理，其余选项均是正确的。 答案选B。 在本节课的教学中，通过对比氢氧元素化合物和碳氢化合物的种类，成功引起学生兴趣，导入新课。在讲解碳原子成键特点和共价键类型时，结合理论分析与实例探究，如甲烷、乙烯、乙炔的杂化方式，帮助学生理解抽象概念。实验探究环节让学生直观感受共价键极性对有机化合物性质的影响，但在引导学生分析实验现象和结论时，部分学生理解仍有困难，后续应加强对这部分内容的讲解和练习。此外，在时间把控上，对杂化轨道的讲解稍显仓促，导致学生可能对这部分内容掌握不够扎实，今后要更加合理地安排教学时间，确保教学目标的有效达成。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $