融合不同教材的教學嘗試

高輝君

本文筆者將從高中化學的選修模塊《物質結構與性質》入手，淺談一下自己是如何融合不同教材課文中的相關知識，完成分子的空間構型的教學。

在引入新課知識方面，個人覺得魯科版的方法更通俗易懂。首先，先引入對稱性概念，讓學生對宏觀和微觀世界有對稱性的認識。在宏觀世界中，花朵、蝴蝶、冰晶等諸多物質展現出規則與和諧的美。科學巨匠愛因斯坦曾感嘆：“在宇宙的秩序與和諧面前，人類不能不在內心里發出由衷的贊嘆，激起無限的好奇。”實際上，宏觀的秩序與和諧源于微觀的規則與對稱。

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

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，中心原子的2s和2px，2py，2pz等四條原子軌道發生雜化，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重疊的程度更大，形成的共價鍵更牢固。由于甲烷分子中碳原子的雜化軌道是由一個2s軌道和三個2p軌道重新組合而成的，故稱這種雜化為sp3雜化，形成的四個雜化軌道則稱為sp3雜化軌道。鮑林還根據精確計算得知每兩個sp3雜化軌道的夾角為109.5°。由于這四個雜化軌道的能量相同，根據洪特規則，碳原子的價電子以自旋方向相同的方式分占各個軌道。因此，當碳原子與氫原子成鍵時，碳原子中每個雜化軌道的一個未成對電子與一個氫原子的1s電子配對形成一個共價鍵，這樣所形成的四個共價鍵是等同的，從而使甲烷分子具有正四面體構型。

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

二、價電子對互斥理論

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

先介紹價電子對互斥理論的基本觀點：分子中的價電子對（包括成鍵電子對和孤電子對），由于相互排斥作用，而趨向于盡可能彼此遠離以減小斥力，分子盡可能采取對稱的空間構型。再帶領學生逐一理清觀點中各種數量之間的關系：

1.價層電子對數=成鍵電子對數（n）+孤對電子對數（m）

2.成鍵電子對數可以由分子式確定：

成鍵電子對數=與中心原子成鍵的原子數

3.價層電子對互斥模型的兩種類型：

價層電子對互斥模型說明的是雜化軌道的空間構型（價層電子對形成σ鍵的共用電子對和孤電子對的空間構型），而分子的空間構型指的是形成σ鍵電子對的空間構型，不包括孤電子對。

4.ABm型分子，在確定中心原子的價層電子對數時應注意如下規定：

（1）對于主族元素，中心原子價電子數=最外層電子數，配位原子按提供的價電子數計算；

（2）O、S作為配位原子時按不提供價電子計算，作中心原子時價電子數為6；

（3）離子的價電子對數計算：注意將離子所帶的電荷計算進來；

（4）計算電子對數時，若剩余1個電子，也當作1對電子處理；

（5）雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對電子看待。

三、等電子原理

具有相同價電子數（指全部電子總數或價電子總數）和相同原子數的分子或離子具有相同的結構特征，這個原理稱為“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型。

1.N2、CO、CN-都是雙原子分子或離子，價電子總數為10，兩個原子間都以叁鍵相結合，叁鍵中有1個σ鍵，2個π鍵。

2.CO2、N-3、OCN-、SCN-、NO+2都含有3個原子，價電子總數為16，具有相同的結構，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個原子，價電子總數為18，中心原子采取sp2雜化類型，價電子對的空間理想模型為平面三角形，中心原子上有1對孤電子對（處于分子平面上），分子空間構型為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，價電子總數為24，有相同的結構，都是平面三角形，中心原子上沒有孤電子對，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，價電子總數為32，中心原子有4個σ鍵，故取sp3雜化類型，呈正四面體構型。

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

以上是我結合不同教材，進行的分子空間構型的教學嘗試，在教學工作實踐中，感覺這樣講解該知識點學生還是很容易理解、接受的，希望此文能對大家有所幫助。

（作者單位：江蘇省昆山市文峰高級中學）