高輝君

本文筆者將從高中化學(xué)的選修模塊《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》入手，淺談一下自己是如何融合不同教材課文中的相關(guān)知識(shí)，完成分子的空間構(gòu)型的教學(xué)。

在引入新課知識(shí)方面，個(gè)人覺得魯科版的方法更通俗易懂。首先，先引入對(duì)稱性概念，讓學(xué)生對(duì)宏觀和微觀世界有對(duì)稱性的認(rèn)識(shí)。在宏觀世界中，花朵、蝴蝶、冰晶等諸多物質(zhì)展現(xiàn)出規(guī)則與和諧的美?？茖W(xué)巨匠愛因斯坦曾感嘆：“在宇宙的秩序與和諧面前，人類不能不在內(nèi)心里發(fā)出由衷的贊嘆，激起無限的好奇。”實(shí)際上，宏觀的秩序與和諧源于微觀的規(guī)則與對(duì)稱。

任何一個(gè)版本的教材，均提到了“雜化軌道理論”。該部分的知識(shí)是重點(diǎn)，在蘇教版教材的正文中更是以大量篇幅較為詳細(xì)地給予介紹。我個(gè)人也更贊同蘇教版的編寫思路、方法，講授嘗試也主要依據(jù)蘇教版。

一、雜化軌道理論

1.雜化原子軌道。在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合的過程叫作原子軌道的雜化，組合后形成的一組新的原子軌道，叫作雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。

甲烷分子的軌道是如何形成的呢？形成甲烷分子時(shí)，中心原子的2s和2px，2py，2pz等四條原子軌道發(fā)生雜化，形成一組新的軌道，即四條sp3雜化軌道，這些sp3雜化軌道不同于s軌道，也不同于p軌道。雜化軌道在角度分布上比單純的S或P軌道在某一方向上更集中，從而使它在與其他原子的原子軌道成鍵時(shí)重疊的程度更大，形成的共價(jià)鍵更牢固。由于甲烷分子中碳原子的雜化軌道是由一個(gè)2s軌道和三個(gè)2p軌道重新組合而成的，故稱這種雜化為sp3雜化，形成的四個(gè)雜化軌道則稱為sp3雜化軌道。鮑林還根據(jù)精確計(jì)算得知每兩個(gè)sp3雜化軌道的夾角為109.5°。由于這四個(gè)雜化軌道的能量相同，根據(jù)洪特規(guī)則，碳原子的價(jià)電子以自旋方向相同的方式分占各個(gè)軌道。因此，當(dāng)碳原子與氫原子成鍵時(shí)，碳原子中每個(gè)雜化軌道的一個(gè)未成對(duì)電子與一個(gè)氫原子的1s電子配對(duì)形成一個(gè)共價(jià)鍵，這樣所形成的四個(gè)共價(jià)鍵是等同的，從而使甲烷分子具有正四面體構(gòu)型。

2.雜化方式的一般判斷方法。若分子為有機(jī)物，則按照如下判斷：單鍵或空間構(gòu)型——sp3，雙鍵或平面——sp2，三鍵或直線——sp。若分子為無機(jī)物，大部分情況下則按照價(jià)電子對(duì)互斥理論判斷。

二、價(jià)電子對(duì)互斥理論

該理論在魯科版版本中，以“知識(shí)支持”的方式給出，介紹得較為詳細(xì)。參照該模塊，我用如下的教學(xué)思路進(jìn)行了教學(xué)嘗試。

先介紹價(jià)電子對(duì)互斥理論的基本觀點(diǎn)：分子中的價(jià)電子對(duì)（包括成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)），由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠(yuǎn)離以減小斥力，分子盡可能采取對(duì)稱的空間構(gòu)型。再帶領(lǐng)學(xué)生逐一理清觀點(diǎn)中各種數(shù)量之間的關(guān)系：

1.價(jià)層電子對(duì)數(shù)=成鍵電子對(duì)數(shù)（n）+孤對(duì)電子對(duì)數(shù)（m）

2.成鍵電子對(duì)數(shù)可以由分子式確定：

成鍵電子對(duì)數(shù)=與中心原子成鍵的原子數(shù)

3.價(jià)層電子對(duì)互斥模型的兩種類型：

價(jià)層電子對(duì)互斥模型說明的是雜化軌道的空間構(gòu)型（價(jià)層電子對(duì)形成σ鍵的共用電子對(duì)和孤電子對(duì)的空間構(gòu)型），而分子的空間構(gòu)型指的是形成σ鍵電子對(duì)的空間構(gòu)型，不包括孤電子對(duì)。

4.ABm型分子，在確定中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)時(shí)應(yīng)注意如下規(guī)定：

（1）對(duì)于主族元素，中心原子價(jià)電子數(shù)=最外層電子數(shù)，配位原子按提供的價(jià)電子數(shù)計(jì)算；

（2）O、S作為配位原子時(shí)按不提供價(jià)電子計(jì)算，作中心原子時(shí)價(jià)電子數(shù)為6；

（3）離子的價(jià)電子對(duì)數(shù)計(jì)算：注意將離子所帶的電荷計(jì)算進(jìn)來；

（4）計(jì)算電子對(duì)數(shù)時(shí)，若剩余1個(gè)電子，也當(dāng)作1對(duì)電子處理；

（5）雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對(duì)電子看待。

三、等電子原理

具有相同價(jià)電子數(shù)（指全部電子總數(shù)或價(jià)電子總數(shù)）和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征，這個(gè)原理稱為“等電子原理”。符合此條件的分子或離子互為等電子體。利用等電子原理可以判斷一些簡單分子或離子的空間構(gòu)型。

1.N2、CO、CN-都是雙原子分子或離子，價(jià)電子總數(shù)為10，兩個(gè)原子間都以叁鍵相結(jié)合，叁鍵中有1個(gè)σ鍵，2個(gè)π鍵。

2.CO2、N-3、OCN-、SCN-、NO+2都含有3個(gè)原子，價(jià)電子總數(shù)為16，具有相同的結(jié)構(gòu)，都是直線形分子，中心原子上都采取sp雜化軌道，形成直線形骨架，鍵角為180°。

3.SO2、O3、NO-2都含有3個(gè)原子，價(jià)電子總數(shù)為18，中心原子采取sp2雜化類型，價(jià)電子對(duì)的空間理想模型為平面三角形，中心原子上有1對(duì)孤電子對(duì)（處于分子平面上），分子空間構(gòu)型為V形（或角形、折線形）。

4.CO2-3 、NO-3、SO3等離子或分子具有相同的通式：AX3，價(jià)電子總數(shù)為24，有相同的結(jié)構(gòu)，都是平面三角形，中心原子上沒有孤電子對(duì)，故采取sp2雜化類型。

5.CCl4、SiCl4、SO2-4 、SiO4-4 、PO3-4 等粒子具有相同的通式：AX4，價(jià)電子總數(shù)為32，中心原子有4個(gè)σ鍵，故取sp3雜化類型，呈正四面體構(gòu)型。

6.等電子體不僅有相似的空間構(gòu)型，而且有相似的性質(zhì)。如晶體硅、鍺是良好的半導(dǎo)體材料，它們的等電子體AlP、GaAs也是良好的半導(dǎo)體材料。等電子原理在制造新材料方面也有重要的應(yīng)用。

以上是我結(jié)合不同教材，進(jìn)行的分子空間構(gòu)型的教學(xué)嘗試，在教學(xué)工作實(shí)踐中，感覺這樣講解該知識(shí)點(diǎn)學(xué)生還是很容易理解、接受的，希望此文能對(duì)大家有所幫助。

（作者單位：江蘇省昆山市文峰高級(jí)中學(xué)）