认识化学物质结构中的正四面体.doc

2010东风中学参评案例《甲烷的正四面体》教学案例姓名：谢志军 邮编：441004《甲烷的正四面体》教学案例【案例分析】正四面体是具有高度对称性的最简单的正多面体，不少化学物质的结构中都可以见到这一美妙几何构型的踪迹，常见的有空心正四面体结构和体心正四面体结构通过教学，学生建立空间模型意识，并学会利用数学知识解决某些问题教学过程】一、正四面体的的概念：【问题交流1】师：正四面体是什么样的形状？生：如上图：正四面体是由四个全等正三角形围成的空间封闭图形它有4个面，6条棱，4个顶点正四面体是最简单的正多面体师：我们通常说甲烷是正四面体结构，如何理解？生：（一时难以说清楚，有只可意会，不可言传的意思师：我认为这是一个从数学的角度表达的定义，即如上图所示的几何图形如何从物质结构上认识正四面体，我认为应当这样认识：从空间一点出发，引四条长度相等的线段，每两条线段所夹的角相等，那么四条线段的四个端点即成为正四面体的顶点，空间的那一点即为正四面体的中心这样得到的图形就是具有高度对称性的最简单的正多面体，即正四面体生：（有一定明确的认识）师：哪些化学物质结构中有正四面体结构？生：高中化学中的正四面体结构的粒子有很多,如甲烷、金刚石。

还有硅甲烷SiH4、铵根离子、单质硅、二氧化硅、碳化硅、四氯化碳、四氟化碳,白磷（P4）甲烷（ CH4）等等师：白磷（P4）和甲烷（ CH4）的正四面体结构是一样的吗？生：不一样师：白磷（P4）和甲烷（ CH4）的键角各是多少度？生：都是109度28分师：有问题常见的有空心正四面体结构和体心正四面体结构如白磷（P4）、P4等是空心正四面体结构，而甲烷（ CH4）、铵根硅甲烷（SiH4）四氯化碳、四氟化碳、金刚石、单质硅、二氧化硅、碳化硅等则是体心正四面体结构（教师展示甲烷的空间结构，并在黑板上画出白磷的正四面体结构），白磷分子的键角是60度二、化学物质结构中的正四面体结构的理解和运用1、下列事实中,能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是(   )A CHCl3只代表一种物质B CH2Cl2只代表一种物质C CH3Cl只代表一种物质D CCl4只代表一种物质【问题交流2】师：先理解题意，再作选择，决不能想当然胡乱选择答案生：解析：B CH2Cl2只代表一种物质,若CH4为平面结构,则CH2Cl2就可以代表两种物质,所以只CH2Cl2代表一种物质就说明了 CH4只有一种结构,即正四面体结构。

因为正四面体结构具有高度完善对称性的最简单的正多面体问题交流3】师：如何用数学知识求甲烷分子的键角？生：如图示的正四环体ABCD，（教师提醒）其中心为O，G为A在底面BCD的射影，设AB长为1，通过作辅助线，用余弦定理，可求得∠AOD的余弦值为-1/3，即为109度28分 师：有无更简便的方法？回忆一下数学里的正方体中的正四面体结构生：如上图的正方体ABCD-A1B1C1D1 师：O为其中心，由数学知识，A1BC1D为正四面体生：很快求得∠BOC1=∠DOC1 =∠BOD, 其余弦值为均-1/3，即为109度28分案例反思】 师生共同结合纯数学、化学物质结构知识，较深刻地认识正四体的空间结构，建立了一定的空间模型，进一步理解了键角的概念，为学生以后学习物质结构打下了良好的基础。