分子立體結(jié)構(gòu)知識(shí)組合教學(xué)

王維元

【摘 要】分子立體結(jié)構(gòu)的判斷是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，從初中化學(xué)的原子結(jié)構(gòu)到大學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)的學(xué)習(xí)，貫穿著一個(gè)人化學(xué)學(xué)習(xí)的始終。可以說(shuō)，沒(méi)有結(jié)構(gòu)就沒(méi)有化學(xué)。由于其涉及的原理、規(guī)則多，要求學(xué)生具有一定的空間想象能力、幾何結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、扎實(shí)的化學(xué)理論基礎(chǔ)，成為中學(xué)化學(xué)教學(xué)的軟肋。我們?cè)诮虒W(xué)中必須系統(tǒng)地從原子結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)電子式、電子排布式、軌道分布圖、軌道形狀、軌道雜化、價(jià)層電子對(duì)互斥原理等筑好各階段的理論知識(shí)體系，循序延伸，最終使微觀抽象分子宏觀形象地在大腦中展現(xiàn)，從而達(dá)到教學(xué)的最終目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】電子式 ? ? 軌道分布圖 ? ? 軌道雜化 ? ? 價(jià)層電子對(duì)互斥原理

在分子結(jié)構(gòu)教學(xué)中，如何組合穿插知識(shí)，讓學(xué)生形成全面成熟的化學(xué)結(jié)構(gòu)理論體系，樹(shù)立穩(wěn)固的化學(xué)學(xué)科思想。下面是本人幾年來(lái)在教學(xué)中實(shí)施的教學(xué)步驟和過(guò)程。

一、先前知識(shí)準(zhǔn)備階段

（一）原子結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備。根據(jù)元素原子在周期表中的位置，畫出某原子的結(jié)構(gòu)示意圖（屬于初高中基本化學(xué)用語(yǔ)）。如，第2周期，第七主族元素原子結(jié)構(gòu)示意圖，引導(dǎo)學(xué)生確立位置決定結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識(shí)思路。

（二）電子式的準(zhǔn)備。如，請(qǐng)用電子式表示氨分子的形成過(guò)程（屬于高一化學(xué)基本化學(xué)用語(yǔ)）。

這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)：1.電子式的概念;用元素符號(hào)和最外層電子數(shù)及電子成對(duì)情況表示的式子。2.最外層電子決定性質(zhì)與物質(zhì)的構(gòu)成是中學(xué)化學(xué)研究的主要著眼點(diǎn)。3.氮的電子式書寫，客觀地表示最外層電子的分布形式（一雙三單的排布）。

（三）電子排布式的準(zhǔn)備。如，用電子排布式表示氮原子核外電子排布情況，做到把握層級(jí)關(guān)系，與電子式的書寫規(guī)范形式相呼應(yīng)。

（四）軌道分布圖準(zhǔn)備。如，畫出氮原子核外電子分布情況。

在書寫中貫徹幾方面的化學(xué)知識(shí)要求：1.軌道符號(hào)與對(duì)應(yīng)軌道容納電子做到對(duì)號(hào)入座;2.把泡利原理和洪特規(guī)則落實(shí)到電子排布圖書寫上。

以上是知識(shí)工具的準(zhǔn)備期。學(xué)生要把以上四種化學(xué)用語(yǔ)熟練掌握，熟練應(yīng)用基本原理和基本規(guī)則，為下一步學(xué)習(xí)分子結(jié)構(gòu)提供必備的知識(shí)基礎(chǔ)。

二、軌道知識(shí)準(zhǔn)備階段

（一）凡S軌道都為球形軌道，凡P軌道都為啞鈴型軌道，且有X，Y，Z三個(gè)方向。

（二）成鍵名稱，凡S—S，S—P，P—P以中心軸結(jié)合的共價(jià)鍵，其特點(diǎn)為頭碰頭重疊形式，都統(tǒng)稱為ó鍵。

（三）凡P—P以鏡面對(duì)稱的統(tǒng)稱п鍵。因?yàn)楫?dāng)一個(gè)P軌道以頭碰頭重疊后，另外的P軌道只能以肩并肩形式建立兩個(gè)重疊面，該鍵以共價(jià)但不一定為一對(duì)形式生成。如果原子是構(gòu)成分子之間散亂的基本配件的話，那么軌道結(jié)合形式就是原子構(gòu)成分子的黏合劑。正是這種黏合劑才把那些散亂的原子，粘合成不同空間構(gòu)型的各種分子物質(zhì)。

三、新知識(shí)的組合形成階段（分子的立體構(gòu)型）

常見(jiàn)分子有雙原子、三原子、四原子、五原子分子。對(duì)于四原子分子氨氣和三氟化硼，中心原子分別為氮和硼，構(gòu)成分子的原子個(gè)數(shù)相等，書寫形式也相近，有的學(xué)生認(rèn)為分子空間構(gòu)型也應(yīng)當(dāng)相似，其實(shí)不然。

（一）價(jià)層電子對(duì)互斥理論。分子的立體構(gòu)型是價(jià)層電子對(duì)相互排斥的結(jié)果。價(jià)層電子對(duì)是指分子中的中心原子上的電子對(duì)，包括成鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)。以氨氣分子和三氟化硼分子為例，中心原子為氮和硼。氮外層電子2S上的兩個(gè)電子與2P上有三個(gè)半充滿的電子，發(fā)生SP3軌道雜化后。與氫結(jié)合時(shí)，三個(gè)氫原子的1S正好分別與一個(gè)氮原子上的三個(gè)雜化半充滿軌道成共價(jià)鍵，構(gòu)成成鍵電子對(duì)，即構(gòu)成三個(gè)S—P的ó鍵，另一個(gè)軌道上全充滿電子對(duì)未參與成鍵。這樣，中心原子氮原子周圍共有四個(gè)電子對(duì)：一個(gè)孤電子對(duì)，三個(gè)（S—P）成鍵電子對(duì)。若按空間均等排列規(guī)則，這四個(gè)電子對(duì)應(yīng)當(dāng)以正四面體的形式分割空間，氮原子位于正四面體的中央。其實(shí)不然，由于孤對(duì)電子距離氮原子較近，三個(gè)成鍵的電子對(duì)距離氮原子較遠(yuǎn)，前者對(duì)后者產(chǎn)生排斥作用，造成的結(jié)果是：四個(gè)電子對(duì)占用空間不均等，三個(gè)ó鍵電子對(duì)產(chǎn)生一定的空間收縮。即含孤電子對(duì)的VSEPR模型為：

分子立體構(gòu)型為：

即三角錐形。而對(duì)于三氟化硼，中心原子硼原子的軌道電子分布為1S2，2S2，2P1，雜化后成為1S2，2S1，2P2，氟原子軌道電子分布為1S2，2S2，2P5 ，當(dāng)兩者結(jié)合時(shí)，每個(gè)氟原子最多能接受一個(gè)電子，而硼原子SP2雜化后，有三個(gè)成單電子，恰好三個(gè)氟原子與一個(gè)氮原子成為三個(gè)共價(jià)ó鍵，沒(méi)有孤電子對(duì)，三者均等分布在中心原子硼原子的周圍，構(gòu)成平面正三角形的分子構(gòu)型，硼原子位于正三角形的中心。

（二）孤對(duì)電子對(duì)數(shù)的計(jì)算方法。前面方法，學(xué)生要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的判斷，稍有不慎，就會(huì)誤判。簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算方法是：中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)=（a-xb），a為中心原子的價(jià)電子數(shù)，對(duì)于主族元素來(lái)說(shuō)，價(jià)電子數(shù)等于原子最外層電子數(shù);x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù);b為與中心原子結(jié)合的原子最多接受的電子數(shù)（8-該原子的價(jià)電子數(shù)）。此方法簡(jiǎn)單快速。三階段教學(xué)法使學(xué)生從繁難的描繪判斷中解脫出來(lái)，變成簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算，分子構(gòu)型的判斷由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，能力自然獲得提高。

由于分子結(jié)構(gòu)部分知識(shí)比較抽象，學(xué)生的空間想象能力有限，教師要適當(dāng)掌握進(jìn)度、深難度和寬度，不宜出現(xiàn)復(fù)雜的分子物質(zhì)，也不宜在軌道雜化知識(shí)上下太大的功夫，應(yīng)以簡(jiǎn)單常見(jiàn)的分子為宜，否則效果適得其反。