基于物質結構判斷多中心原子的雜化類型

李建明

判斷中心原子的雜化類型有多種方法。運用鮑林的雜化軌道理論，可以較好地解釋CH4等簡單分子的空間結構；運用價層電子對互斥模型，可以預測簡單分子或離子的空間構型；利用等電子原理，可以判斷一些簡單分子或離子的立體構型。[1]但以上方法均無法判斷多中心原子的雜化類型。那么，如何在鮑林的雜化軌道理論和價層電子對互斥模型的基礎上構建一種判斷多中心原子的雜化類型的方法呢？本文著重介紹如何根據物質結構判斷多中心原子的雜化類型，從而掌握高中化學要求的三種雜化類型，即sp雜化、sp2雜化和sp3雜化。

一、掌握中心原子形成化學鍵時的結構

根據常見中心原子的電子式，掌握其形成化學鍵時的結構，看看是否達到8電子穩定結構，是否含孤電子對，是否含空軌道。

1.IIA族元素鈹的電子式為·Be·，形成化學鍵呈二價的結構式為-Be-，未達8電子穩定結構，不含孤電子對，但有2個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。

2.IIIA族元素硼的電子式為·B··，形成化學鍵呈三價的結構式為，未達8電子穩定結構，不含孤電子對，但有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。同主族中Al與B相似。

3.IVA族元素碳的電子式為·C·1··，形成化學鍵呈四價的結構式為，達8電子穩定結構，不含孤電子對，且無空軌道，同主族中Si與C相似。

4.VA族元素氮的電子式為·N··1··，形成化學鍵呈三價的結構式為，達8電子穩定結構，無空軌道，但含孤電子對1對，易提供孤電子對形成配位鍵。同主族中P、As與N相似。

5.VIA族元素氧的電子式為·O··1···，形成化學鍵呈二價的結構式為-O-，達8電子穩定結構，無空軌道，但含孤電子對2對，易提供孤電子對形成配位鍵。同主族中S、Se與O相似。

二、判斷中心原子雜化類型的方法

1.根據物質結構推算中心原子含孤電子對、σ鍵電子對和π鍵電子對的數目。

2.求價電子對數（n），n=孤電子對數+σ鍵電子對數，但不包括π鍵電子對，是因為雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納孤電子對；若有未參與雜化的P軌道，則可用于形成π鍵。[2]

3.根據價電子對數等于雜化軌道數，當n=2時，中心原子為sp雜化；當n=3時，中心原子為sp2雜化；當n=4時，中心原子為sp3雜化。

三、中心原子雜化類型的分類

1.雙中心的分子

2.多中心的分子

3.原子晶體

四、中心原子雜化類型的案例分析

【例1】2011年福建省質檢理綜第30題（節選修改）

硼酸能夠吸收中子，屏蔽核輻射。硼酸晶體具有層狀結構，每一層結構如下圖所示。

（2）硼酸晶體中，B的雜化軌道類型是。

（4）硼酸是一元弱酸，呈酸性的機理是硼酸與水作用時，硼原子與水電離產生的OH-以配位鍵結合形成Y-離子，導致溶液中c（H+）>c（OH-）。Y-中B的雜化軌道類型是。

解析：IIIA族元素硼形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。從硼酸晶體層狀結構可知，三價硼原子價電子對數n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；Y-的結構式為，可知四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵。

【例2】2012年福建高考理綜第30題（節選）

（4）硼砂是含結晶水的四硼酸鈉，其陰離子Xm-（含B、O、H三種元素）的球棍模型如下圖所示：

①在Xm-中，硼原子軌道的雜化類型有；配位鍵存在于原子之間（填原子的數字標號）。

解析：IIIA族元素硼形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。從硼砂的球棍模型可知，三價硼原子價電子對數n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵，配位鍵存在于 4、5 原子之間。

【例3】2013年福建高考理綜第31題（節選）

（3）BF3與一定量的水形成（H2O）2·BF3晶體Q，Q在一定的條件下可轉化為R：

熔化（279.2K）1結晶

②R中陽離子的空間構型為，陰離子的中心原子軌道采用雜化。

解析：根據IIIA族元素硼的電子式為·B··形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵，故四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵。

而VIA族元素氧形成化學鍵時呈二價的結構式為-O-，含孤電子對2對，易提供孤電子對形成配位鍵，達8電子穩定結構；三價氧原子含孤電子對1對，σ鍵電子對3對，其中有一個配位鍵，三價O的雜化類型為sp3雜化，空間構型為三角錐形。

總之，基于物質結構判斷中心原子的雜化軌道類型，是對高中化學的雜化軌道理論、價層電子對互斥模型和等電子原理的補充，對于多中心原子雜化軌道類型的判斷尤其適合，是一種可行且值得推廣的判斷方法。

參考文獻

[1]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書（化學選修3）·物質結構與性質[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]張泉.高中全程學習奪冠方略：A版·化學3[M].西安：未來出版社，2012.

（責任編輯羅艷）

判斷中心原子的雜化類型有多種方法。運用鮑林的雜化軌道理論，可以較好地解釋CH4等簡單分子的空間結構；運用價層電子對互斥模型，可以預測簡單分子或離子的空間構型；利用等電子原理，可以判斷一些簡單分子或離子的立體構型。[1]但以上方法均無法判斷多中心原子的雜化類型。那么，如何在鮑林的雜化軌道理論和價層電子對互斥模型的基礎上構建一種判斷多中心原子的雜化類型的方法呢？本文著重介紹如何根據物質結構判斷多中心原子的雜化類型，從而掌握高中化學要求的三種雜化類型，即sp雜化、sp2雜化和sp3雜化。

一、掌握中心原子形成化學鍵時的結構

根據常見中心原子的電子式，掌握其形成化學鍵時的結構，看看是否達到8電子穩定結構，是否含孤電子對，是否含空軌道。

1.IIA族元素鈹的電子式為·Be·，形成化學鍵呈二價的結構式為-Be-，未達8電子穩定結構，不含孤電子對，但有2個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。

2.IIIA族元素硼的電子式為·B··，形成化學鍵呈三價的結構式為，未達8電子穩定結構，不含孤電子對，但有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。同主族中Al與B相似。

3.IVA族元素碳的電子式為·C·1··，形成化學鍵呈四價的結構式為，達8電子穩定結構，不含孤電子對，且無空軌道，同主族中Si與C相似。

4.VA族元素氮的電子式為·N··1··，形成化學鍵呈三價的結構式為，達8電子穩定結構，無空軌道，但含孤電子對1對，易提供孤電子對形成配位鍵。同主族中P、As與N相似。

5.VIA族元素氧的電子式為·O··1···，形成化學鍵呈二價的結構式為-O-，達8電子穩定結構，無空軌道，但含孤電子對2對，易提供孤電子對形成配位鍵。同主族中S、Se與O相似。

二、判斷中心原子雜化類型的方法

1.根據物質結構推算中心原子含孤電子對、σ鍵電子對和π鍵電子對的數目。

2.求價電子對數（n），n=孤電子對數+σ鍵電子對數，但不包括π鍵電子對，是因為雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納孤電子對；若有未參與雜化的P軌道，則可用于形成π鍵。[2]

3.根據價電子對數等于雜化軌道數，當n=2時，中心原子為sp雜化；當n=3時，中心原子為sp2雜化；當n=4時，中心原子為sp3雜化。

三、中心原子雜化類型的分類

1.雙中心的分子

2.多中心的分子

3.原子晶體

四、中心原子雜化類型的案例分析

【例1】2011年福建省質檢理綜第30題（節選修改）

硼酸能夠吸收中子，屏蔽核輻射。硼酸晶體具有層狀結構，每一層結構如下圖所示。

（2）硼酸晶體中，B的雜化軌道類型是。

（4）硼酸是一元弱酸，呈酸性的機理是硼酸與水作用時，硼原子與水電離產生的OH-以配位鍵結合形成Y-離子，導致溶液中c（H+）>c（OH-）。Y-中B的雜化軌道類型是。

解析：IIIA族元素硼形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。從硼酸晶體層狀結構可知，三價硼原子價電子對數n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；Y-的結構式為，可知四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵。

【例2】2012年福建高考理綜第30題（節選）

（4）硼砂是含結晶水的四硼酸鈉，其陰離子Xm-（含B、O、H三種元素）的球棍模型如下圖所示：

①在Xm-中，硼原子軌道的雜化類型有；配位鍵存在于原子之間（填原子的數字標號）。

解析：IIIA族元素硼形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。從硼砂的球棍模型可知，三價硼原子價電子對數n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵，配位鍵存在于 4、5 原子之間。

【例3】2013年福建高考理綜第31題（節選）

（3）BF3與一定量的水形成（H2O）2·BF3晶體Q，Q在一定的條件下可轉化為R：

熔化（279.2K）1結晶

②R中陽離子的空間構型為，陰離子的中心原子軌道采用雜化。

解析：根據IIIA族元素硼的電子式為·B··形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵，故四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵。

而VIA族元素氧形成化學鍵時呈二價的結構式為-O-，含孤電子對2對，易提供孤電子對形成配位鍵，達8電子穩定結構；三價氧原子含孤電子對1對，σ鍵電子對3對，其中有一個配位鍵，三價O的雜化類型為sp3雜化，空間構型為三角錐形。

總之，基于物質結構判斷中心原子的雜化軌道類型，是對高中化學的雜化軌道理論、價層電子對互斥模型和等電子原理的補充，對于多中心原子雜化軌道類型的判斷尤其適合，是一種可行且值得推廣的判斷方法。

參考文獻

[1]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書（化學選修3）·物質結構與性質[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]張泉.高中全程學習奪冠方略：A版·化學3[M].西安：未來出版社，2012.

（責任編輯羅艷）

判斷中心原子的雜化類型有多種方法。運用鮑林的雜化軌道理論，可以較好地解釋CH4等簡單分子的空間結構；運用價層電子對互斥模型，可以預測簡單分子或離子的空間構型；利用等電子原理，可以判斷一些簡單分子或離子的立體構型。[1]但以上方法均無法判斷多中心原子的雜化類型。那么，如何在鮑林的雜化軌道理論和價層電子對互斥模型的基礎上構建一種判斷多中心原子的雜化類型的方法呢？本文著重介紹如何根據物質結構判斷多中心原子的雜化類型，從而掌握高中化學要求的三種雜化類型，即sp雜化、sp2雜化和sp3雜化。

一、掌握中心原子形成化學鍵時的結構

根據常見中心原子的電子式，掌握其形成化學鍵時的結構，看看是否達到8電子穩定結構，是否含孤電子對，是否含空軌道。

1.IIA族元素鈹的電子式為·Be·，形成化學鍵呈二價的結構式為-Be-，未達8電子穩定結構，不含孤電子對，但有2個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。

2.IIIA族元素硼的電子式為·B··，形成化學鍵呈三價的結構式為，未達8電子穩定結構，不含孤電子對，但有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。同主族中Al與B相似。

3.IVA族元素碳的電子式為·C·1··，形成化學鍵呈四價的結構式為，達8電子穩定結構，不含孤電子對，且無空軌道，同主族中Si與C相似。

4.VA族元素氮的電子式為·N··1··，形成化學鍵呈三價的結構式為，達8電子穩定結構，無空軌道，但含孤電子對1對，易提供孤電子對形成配位鍵。同主族中P、As與N相似。

5.VIA族元素氧的電子式為·O··1···，形成化學鍵呈二價的結構式為-O-，達8電子穩定結構，無空軌道，但含孤電子對2對，易提供孤電子對形成配位鍵。同主族中S、Se與O相似。

二、判斷中心原子雜化類型的方法

1.根據物質結構推算中心原子含孤電子對、σ鍵電子對和π鍵電子對的數目。

2.求價電子對數（n），n=孤電子對數+σ鍵電子對數，但不包括π鍵電子對，是因為雜化軌道只用于形成σ鍵或用來容納孤電子對；若有未參與雜化的P軌道，則可用于形成π鍵。[2]

3.根據價電子對數等于雜化軌道數，當n=2時，中心原子為sp雜化；當n=3時，中心原子為sp2雜化；當n=4時，中心原子為sp3雜化。

三、中心原子雜化類型的分類

1.雙中心的分子

2.多中心的分子

3.原子晶體

四、中心原子雜化類型的案例分析

【例1】2011年福建省質檢理綜第30題（節選修改）

硼酸能夠吸收中子，屏蔽核輻射。硼酸晶體具有層狀結構，每一層結構如下圖所示。

（2）硼酸晶體中，B的雜化軌道類型是。

（4）硼酸是一元弱酸，呈酸性的機理是硼酸與水作用時，硼原子與水電離產生的OH-以配位鍵結合形成Y-離子，導致溶液中c（H+）>c（OH-）。Y-中B的雜化軌道類型是。

解析：IIIA族元素硼形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。從硼酸晶體層狀結構可知，三價硼原子價電子對數n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；Y-的結構式為，可知四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵。

【例2】2012年福建高考理綜第30題（節選）

（4）硼砂是含結晶水的四硼酸鈉，其陰離子Xm-（含B、O、H三種元素）的球棍模型如下圖所示：

①在Xm-中，硼原子軌道的雜化類型有；配位鍵存在于原子之間（填原子的數字標號）。

解析：IIIA族元素硼形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵。從硼砂的球棍模型可知，三價硼原子價電子對數n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵，配位鍵存在于 4、5 原子之間。

【例3】2013年福建高考理綜第31題（節選）

（3）BF3與一定量的水形成（H2O）2·BF3晶體Q，Q在一定的條件下可轉化為R：

熔化（279.2K）1結晶

②R中陽離子的空間構型為，陰離子的中心原子軌道采用雜化。

解析：根據IIIA族元素硼的電子式為·B··形成化學鍵時呈三價的結構式為，不含孤電子對，有1個空軌道，易接受孤電子對形成配位鍵，故四價硼原子價電子對數n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個配位鍵。

而VIA族元素氧形成化學鍵時呈二價的結構式為-O-，含孤電子對2對，易提供孤電子對形成配位鍵，達8電子穩定結構；三價氧原子含孤電子對1對，σ鍵電子對3對，其中有一個配位鍵，三價O的雜化類型為sp3雜化，空間構型為三角錐形。

總之，基于物質結構判斷中心原子的雜化軌道類型，是對高中化學的雜化軌道理論、價層電子對互斥模型和等電子原理的補充，對于多中心原子雜化軌道類型的判斷尤其適合，是一種可行且值得推廣的判斷方法。

參考文獻

[1]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書（化學選修3）·物質結構與性質[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]張泉.高中全程學習奪冠方略：A版·化學3[M].西安：未來出版社，2012.

（責任編輯羅艷）