中心原子雜化類型的確定方法與應(yīng)用

　　摘要：總結(jié)概括中學(xué)階段常用的判斷中心原子雜化類型的方法，提供解決雜化軌道類型判斷的多種角度，分別為公式法、觀察法、取代法、轉(zhuǎn)化法和性質(zhì)法。
　　關(guān)鍵詞：雜化軌道理論；立體構(gòu)型；價(jià)層電子對(duì)互斥理論；中學(xué)化學(xué)教學(xué)
　　文章編號(hào)：1005–6629(2012)7–0070–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　為了更好地解釋分子的實(shí)際空間構(gòu)型和穩(wěn)定性，鮑林在“電子配對(duì)”假設(shè)的基礎(chǔ)之上，提出了“軌道雜化理論”。理論對(duì)討論共價(jià)分子（或離子）的成鍵情況以及預(yù)測(cè)其幾何構(gòu)型或闡述其物理化學(xué)性質(zhì)有很強(qiáng)的解釋力。但對(duì)于如何判定給定的分子（或離子）的中心原子軌道雜化方式，并沒有系統(tǒng)論述，導(dǎo)致在應(yīng)用雜化軌道理論教與學(xué)時(shí)遇到困難。本文通過公式法、觀察法、取代法、轉(zhuǎn)化法、性質(zhì)法等形象思維進(jìn)行突破，介紹中心原子雜化類型的確定方法與應(yīng)用，注重培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用的思維品質(zhì)。
　　1 公式法
　　（1）共價(jià)分子（或離子）表示為HmABn，其中H表示氫原子，A為中心原子，B為配位原子。
　　雜化軌道數(shù)計(jì)算公式：G= -3n，其中G表示中心原子A的雜化軌道數(shù)，V表示分子或離子的總價(jià)電子數(shù)（如果價(jià)電子總數(shù)為奇數(shù)，再+1），對(duì)于陰離子要再加上所帶的電荷數(shù)，對(duì)于陽離子要再減去所帶的電荷數(shù)，n表示配位數(shù)。
　　方法評(píng)析：方法簡(jiǎn)單、直接、有效；容易遺忘，機(jī)械學(xué)習(xí)。
　?。?）對(duì)于ABm型分子或離子（A為中心原子，B為配位原子），價(jià)層電子對(duì)數(shù)分別為2、3、4對(duì)應(yīng)的雜化類型分別為sp、sp2、sp3。
　　G=
　　配位原子中鹵素原子、氫原子提供1個(gè)價(jià)電子，氧原子和硫原子按不提供價(jià)電子計(jì)算；
　　方法評(píng)析：容易理解，價(jià)層電子對(duì)將最外層電子和按2個(gè)電子為一個(gè)電子對(duì)計(jì)算。學(xué)生難接受氧原子和硫原子在任何情況下不提供成鍵原子。
　　（3）G=與中心原子成鍵的原子數(shù)（配位原子總數(shù)）+中心原子的孤電子對(duì)數(shù)。
　　設(shè)中心原子為A，配位原子為B，孤電子對(duì)為L，再設(shè)配位原子數(shù)為n，孤電子對(duì)數(shù)為m，則分子式可為ABnLm。若組成分子的元素都是主族元素，整個(gè)分子的價(jià)電子總數(shù)為V，則V與n、m有如下關(guān)系：V=8n+2m，m=(V-8n)/2；若配位原子是氫原子時(shí)，應(yīng)改為V=2n+2m。
　　方法評(píng)析：以“八隅體”結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)求算孤電子對(duì)容易理解，整體計(jì)算簡(jiǎn)單。
　　例1 下列分子中的中心原子雜化軌道的類型相同的是：
　?、貱O2與SO2 ②CH4與NH3③BeCl2與BF3 ④NH4+與SO32-
　　A.①、③ B.②、④ C.①、④ D.②、③
　　解析：用G= -3n計(jì)算，G(CO2)= -3×2= 2；G(SO2)= -3×2=3。CO2、SO2雜化類型分別為sp、sp2。
　　用G=計(jì)算，G(NH4+)= =4，G(SO32-)= =4，NH4+、SO32-雜化類型都為sp3。
　　用G=與中心原子成鍵的原子數(shù)（配位原子總數(shù)）+中心原子的孤電子對(duì)數(shù)計(jì)算，
　　G(BeCl2)=2+ =2，
　　G(BF3)=3+ =3，BeCl2 、BF3雜化類型別為sp、sp2。答案：B。
　　2 觀察法
　　雜化軌道數(shù)是中心原子的σ鍵數(shù)與孤電子對(duì)數(shù)之和，單鍵為σ鍵，多重鍵中只有一個(gè)σ鍵，其余均為π鍵。高中學(xué)生能熟練書寫常見無機(jī)分子和有機(jī)分子的電子式和結(jié)構(gòu)式，根據(jù)所給或所寫的結(jié)構(gòu)式，直接觀察σ鍵數(shù)與孤電子對(duì)數(shù)確定雜化類型。
　　（1）該分子中有 個(gè)sp2雜化碳原子； 個(gè)sp3雜化碳原子。（2）該分子中有 個(gè)sp2-sp3的σ鍵； 個(gè)sp3-sp3的σ鍵。
　　解析：從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式觀察C原子，其中-CH3有3個(gè)C-H、1個(gè)C-C即4個(gè)σ鍵，C原子的雜化形式sp3。其中-CH2-有2個(gè)C-H、2個(gè)C-C即4個(gè)σ鍵，C原子的雜化形式sp3。其中-CH=有1個(gè)C-H、1個(gè)C-C、1個(gè)C=C即3個(gè)σ鍵1個(gè)π鍵，C原子的雜化形式sp2。答案：（1）2，6（2）3，3
　　例3 2008年秋天，毒奶粉事件震驚全國，這主要是奶粉中含有有毒的三聚氰胺，下列關(guān)于三聚氰胺分子的說法中正確的是：
　　A.一個(gè)分子中共含有15個(gè)σ鍵
　　B.所有碳原子采用sp2雜化，所有氮原子采用sp3雜化
　　C.屬于極性分子，故極易溶于水
　　D.形成的晶體熔點(diǎn)較高
　　解析：從三聚氰胺結(jié)式觀察C-N、C=N、N-H共含有15個(gè)σ鍵。C原子有2個(gè)C-N單鍵即2個(gè)σ鍵，1個(gè)C=N雙鍵即1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，無未成對(duì)電子。雜化軌道數(shù)為3，C原子的雜化形式是sp2。環(huán)外N原子形成3個(gè)σ鍵，用去基態(tài)N原子5個(gè)價(jià)電子中的3個(gè)，余下1個(gè)孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)為4，則環(huán)外N原子采用sp3雜化，環(huán)內(nèi)N原子形成2個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，用去基態(tài)N原子5個(gè)價(jià)電子中