四川 王夢(mèng)林

《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》作為選修模塊，在全國(guó)卷中占據(jù)了15分的大分值，問(wèn)題一般會(huì)按照教材順序進(jìn)行設(shè)置：原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。本文主要針對(duì)分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中的價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論進(jìn)行分析和說(shuō)明。

一、考頻分析

全國(guó)卷近三年價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論的考查頻率如表中所示：

價(jià)層電子對(duì)互斥理論雜化軌道理論2019全國(guó)卷Ⅰ35(2)2019全國(guó)卷Ⅱ35(1)2019全國(guó)卷Ⅲ35(4)2018全國(guó)卷Ⅰ35(3)35(3)2018全國(guó)卷Ⅱ35(2)(4)35(4)2018全國(guó)卷Ⅲ35(4)35(4)2017全國(guó)卷Ⅰ35(3)35(3)2017全國(guó)卷Ⅱ35(3)①35(3)①2017全國(guó)卷Ⅲ35(2)

由表中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，2017年至2019年9套全國(guó)卷高考題中都至少考查了價(jià)層電子對(duì)互斥理論或雜化軌道理論中的一個(gè)。2017年和2018年6套題目中除了2017年全國(guó)卷Ⅲ只考查了雜化軌道理論外，其余5套試卷同時(shí)考查了價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論。由此可見(jiàn)價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論在高考中的重要性，屬于高頻考點(diǎn)。

2019年的3套高考題中都只考查其中一個(gè)理論的原因又是什么呢？“價(jià)層電子對(duì)是指分子中的中心原子上的電子對(duì)，包括σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)”，這是教材上對(duì)價(jià)層電子對(duì)的解釋?zhuān)弧半s化軌道只用于形成σ鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)”，這是教材上對(duì)雜化軌道作用的說(shuō)明。不難發(fā)現(xiàn)二者的描述很相似，都提及了σ鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)，所以在判斷微?？臻g構(gòu)型或者中心原子的雜化類(lèi)型時(shí)都用到了價(jià)層電子對(duì)數(shù)，故考查的知識(shí)存在一定的重復(fù)性，于是我們就不難理解2019年全國(guó)卷3套試卷都只考查其中一個(gè)理論的原因了，這樣的考查形式更加合理和精煉。

二、真題評(píng)析

(2017·全國(guó)卷Ⅰ·35節(jié)選)鉀和碘的相關(guān)化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?；卮鹣铝袉?wèn)題：

【答案】V形 sp3

【命題意圖】

【解析】

☆方法一

(1)確定中心原子為I原子；

(3)確定VSEPR模型為四面體形；

(4)略去孤電子對(duì)，確定微粒的真實(shí)空間構(gòu)型為V形。

根據(jù)幾何構(gòu)型的判斷步驟中的①②可判斷中心I原子的價(jià)層電子數(shù)對(duì)為4，故雜化軌道的數(shù)目為4個(gè)，根據(jù)雜化前后軌道數(shù)目不變即可得出“雜化軌道數(shù)=參與雜化的軌道數(shù)=4”，故I為sp3雜化。

☆方法二

合理運(yùn)用等電子原理。教材中對(duì)等電子原理的描述為“原子總數(shù)相同、價(jià)電子總數(shù)相同的分子(即等電子體)具有相似的化學(xué)鍵特征”，故亦可借用等電子原理判斷微粒的空間構(gòu)型，即互為等電子體的微粒具有相同的空間構(gòu)型。

原子總數(shù)價(jià)電子總數(shù)I+3320OF2320

【小結(jié)】

高考題在設(shè)置問(wèn)題時(shí)根據(jù)題干信息創(chuàng)設(shè)了新的情景對(duì)兩個(gè)理論進(jìn)行考查，學(xué)生能很好地掌握微粒立體構(gòu)型和中心原子雜化類(lèi)型的判斷方法，這個(gè)考點(diǎn)的得分率相對(duì)較高。

三、應(yīng)考技巧

由于價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論在知識(shí)內(nèi)容有一定的相似性，故在解題時(shí)也有一些相似，解題時(shí)可按如下步驟思考：

1.確定微粒的中心原子

一般來(lái)說(shuō)，達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時(shí)需要電子數(shù)多的原子為中心原子。例如HClO中，H原子需要1個(gè)電子，Cl原子需要1個(gè)電子，O原子需要2個(gè)電子，故O原子為中心原子。

2.計(jì)算中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)，確定中心原子的雜化類(lèi)型

中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)雜化軌道數(shù)參與雜化的軌道數(shù)中心原子的雜化類(lèi)型222sp雜化333sp2雜化444sp3雜化

3.根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷VSEPR模型

價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型2直線形3平面三角形4四面體形

4.略去孤電子對(duì)，確定微粒的空間構(gòu)型

VSEPR模型孤電子對(duì)數(shù)微粒真實(shí)構(gòu)型平面三角形0平面(正)三角形平面三角形1V形四面體形0(正)四面體形四面體形1三角錐形四面體形2V形

四、選修三《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》新課教學(xué)建議

價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論都十分抽象，如果僅通過(guò)機(jī)械記憶學(xué)生也可以記住而且容易得分，但是學(xué)生會(huì)逐漸喪失對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，因此在新課階段的教學(xué)一定不能僅以做題為目的，我們應(yīng)運(yùn)用合理的教學(xué)設(shè)計(jì)讓學(xué)生在已有知識(shí)體系上構(gòu)建新的知識(shí)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，構(gòu)建自己的知識(shí)體系，脫離枯燥的死記硬背的學(xué)習(xí)方式。

(一)“價(jià)層電子對(duì)互斥理論”教學(xué)建議

1.拆分概念，化未知為已知

“價(jià)層電子對(duì)互斥理論”對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的理論，直接給出理論內(nèi)容學(xué)生會(huì)較難接受，所以建議先將概念拆分。

(1)概念A(yù)——電子互斥，學(xué)生了解電子帶負(fù)電，會(huì)相互排斥至排斥力最小的位置；

(2)概念B——電子對(duì)互斥，由單個(gè)電子變?yōu)殡娮訉?duì)，學(xué)生容易理解；

(3)概念C——價(jià)層電子對(duì)，此概念明確了電子對(duì)的來(lái)源，即為σ鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)。

2.構(gòu)建模型，化抽象為形象

實(shí)驗(yàn)時(shí)使用球棍模型，大球代表中心原子，一個(gè)黑色小球代表一對(duì)σ鍵電子，一個(gè)橙色小球代表一對(duì)孤電子，金屬棒用于固定大球和小球的相對(duì)位置。

3.實(shí)際操作，化理論為實(shí)踐

設(shè)定價(jià)層電子對(duì)為2對(duì)、3對(duì)和4對(duì)，學(xué)生可自由選擇小球的顏色，學(xué)生自主思考并找到價(jià)層電子對(duì)排斥力最小的相對(duì)位置，再用金屬棒將大球與小球固定，確定VSEPR模型；然后將橙色小球去除，確定微粒的最終構(gòu)型。

如此一來(lái)，學(xué)生自己體會(huì)了價(jià)層電子對(duì)互斥理論的演示過(guò)程，對(duì)于原理和方法都有了很深的印象，有助于學(xué)生更好地理解，也可增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更強(qiáng)化了化學(xué)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，一舉多得。

4.合理引導(dǎo)，化疑問(wèn)為思考

學(xué)生在學(xué)習(xí)價(jià)層電子對(duì)互斥理論時(shí)，會(huì)有一個(gè)共同的問(wèn)題：“為什么只考慮σ鍵電子對(duì)不考慮π鍵電子對(duì)？”此時(shí)我們只需要設(shè)置一個(gè)問(wèn)題“π鍵在什么情況下才會(huì)形成？”，這個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)思考，進(jìn)而得到自己想要的答案。

(二)“雜化軌道理論”教學(xué)建議

在雜化軌道理論教學(xué)過(guò)程中，教師必須引導(dǎo)學(xué)生明確幾個(gè)問(wèn)題：

1.為什么要提出雜化軌道理論？

雜化軌道理論的提出源于之前所學(xué)的價(jià)鍵軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥理論形成的矛盾。

CH4分子4個(gè)C-H共價(jià)鍵是否相同?價(jià)鍵軌道理論價(jià)層電子對(duì)互斥理論CH4分子在形成共價(jià)鍵時(shí),氫原子提供1s軌道,激發(fā)態(tài)的碳原子可提供1個(gè)2s軌道和3個(gè)2p軌道,形成的四C—H共價(jià)鍵不同,因此甲烷不是正四面體形C原子有4對(duì)σ鍵電子對(duì),無(wú)孤電子對(duì),VSEPR模型為正四面體,真實(shí)構(gòu)型為正四面體,故4個(gè)C—H共價(jià)鍵完全相同

現(xiàn)有理論出現(xiàn)矛盾時(shí)，雜化軌道理論可以起到“緩和矛盾”、解釋特殊的作用，由此讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)是在不斷發(fā)展和進(jìn)步的，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度，提升學(xué)生探究和創(chuàng)新的素養(yǎng)。

2.什么是雜化？怎么雜化？

教材上對(duì)雜化的描述是“當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道會(huì)發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個(gè)相同的軌道，夾角為109°28′，稱(chēng)為sp3雜化軌道，表示這4個(gè)軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的”。建議在描述雜化軌道時(shí)可引入“均分”的思想，即可將描述轉(zhuǎn)化為一定數(shù)目的能量相近的原子軌道混合后均分為數(shù)目相同的新軌道，由于軌道是用來(lái)填充電子的，所以新軌道之間也存在互斥原理，這樣學(xué)生也更好地理解了教材之后提及的雜化軌道的形狀。

3.中心原子的雜化類(lèi)型如何判斷？

教材中提及“雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)”，這句話就是判斷中心原子雜化類(lèi)型的基礎(chǔ)：

4.中心原子是否必須雜化？

必須明確的是高中階段接觸的雜化軌道理論主要是為了解釋價(jià)鍵軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥理論在微粒構(gòu)型判斷上產(chǎn)生的矛盾，但是并不是所有微粒的構(gòu)型都需要用雜化軌道理論來(lái)解釋?zhuān)?/p>

綜上，可通過(guò)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷構(gòu)型的微粒，其中心原子都可以運(yùn)用雜化軌道理論來(lái)判斷雜化類(lèi)型，而有些分子的構(gòu)型僅用價(jià)鍵軌道理論即可解釋。

五、高三備考及命題建議

此部分內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，在進(jìn)行備考復(fù)習(xí)時(shí)，只需要將價(jià)層電子對(duì)互斥理論和雜化軌道理論內(nèi)容簡(jiǎn)要敘述，即可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼n堂練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納判斷微?？臻g構(gòu)型和中心原子雜化類(lèi)型的判斷方法：

教師可收集與新型冠狀病毒肺炎有關(guān)信息營(yíng)造題目情境，通過(guò)給定結(jié)構(gòu)考查特定原子的雜化類(lèi)型，例如：

Remdesivir(瑞德西韋)是一種核苷類(lèi)似物，具有抗病毒活性，其結(jié)構(gòu)如圖，結(jié)構(gòu)中標(biāo)號(hào)為1和2的碳原子的雜化類(lèi)型為_(kāi)_______。

【答案】sp3雜化 sp2雜化