巧用單電子配對法突破共價鍵學習的瓶頸

江蘇省新海高級中學(222000)

楊 劍●

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巧用單電子配對法突破共價鍵學習的瓶頸

江蘇省新海高級中學(222000)

楊 劍●

電子式書寫是教學重點，共價鍵數目是教學難點.單電子配對法可有效解決共價鍵數目，有效突破共價鍵學習的瓶頸.

單電子；電子式；共價鍵

現行中學教材對共價鍵知識的學習，主要停留在能用電子式表示共價分子的結構，進而寫出共價分子的結構式.筆者在教學中發現：采用先電子式后結構式的教學方法，學生對典型分子(H2、HCl、H2O、NH3、CH4)的教學效果較好，但對CO2、HClO、H2O2、N2H4、CxHy等電子式的書寫掌握較差，甚至對原子晶體(金剛石、晶體硅、碳化硅)及分子晶體(C60、 C70)中共價鍵目無從下手.筆者采用單電子配對法計算共價鍵數目，讓學生順利突破共價鍵學習的瓶頸.

一、單電子配對法的理論基礎

經典共價鍵理論認為原子間通過共用電子對形成共價鍵,現代價鍵理論認為自旋相反的成單電子可以形成穩定的化學鍵.共價層電子對互斥理論的基礎是分子或離子的幾何構型主要決定于與中心原子相關的電子對之間的排斥作用.可見，共價鍵的形成離不開單電子配對.

二、單電子配對法在書寫共價分子電子式中的具體做法

1.寫出原子的電子式

2.計算共用電子對數目

價鍵理論中，成鍵的兩個原子的軌道發生重疊，一對電子位于兩個原子之間.例如氯元素的原子在化學反應中易獲得一個電子，而氫元素的原子也容易獲得一個電子形成穩定結構，這兩種元素的原子相互作用的結果是雙方各以最外層一個電子組成一個電子對，為兩原子共用，在兩個原子核外的空間運動，從而使雙方都達到穩定結構，這種電子對叫做共用電子對.共用電子對數目為各元素原子單電子數目和的一半，如HCl共用電子對數目為(1+1)/2=1；H2O共用電子對數目為(1+1+2)/2=2；N2H4共用電子對數目為(3+3+4)/2=5；CxHy共用電子對數目(4x+y)/2.

3.據對稱性原則書寫結構式

4.將結構式改成對應的共用電子對

如HClO結構式為H-O-Cl，共用電子對為H∶O∶Cl；H2O2結構式為H-O-O-H，共用電子對為H∶O∶O∶H.

5.據各元素原子最外層電子數補全電子式

三、用單電子配對法計算原子晶體中共價鍵數目

金剛石、晶體硅、二氧化硅、碳化硅等原子晶體由于為空間網狀結構，在計算它們共價鍵時難度較大，采用單電子配對法可有效解決此類問題.如金剛石晶體中每個碳原子與相鄰的4個碳原子以共價鍵結合，形成空間網狀結構，1mol金剛石中共價鍵數目則不易得出，采用單電子配對法算出1mol碳單電子數為4mol,共用電子對為2mol，共價鍵為2mol；1mol晶體硅中共價鍵數目為4/2=2mol；1mol二氧化硅中共價鍵數目為(4+2+2)/2=2mol；1mol碳化硅中共價鍵數目為(4+4)/2=4mol.

四、用單電子配對法計算分子晶體(C60、C70)中共雙鍵數目

C60是一種由60個碳原子構成的分子(物質一般不由原子構成),形似足球，又名足球烯.每個碳原子單電子為4，60個碳原子有240個單電子，可形成120個共價鍵，由C60分子結構模型可以看出,每個碳原子與另三個碳原子成鍵,周圍有2個碳碳單鍵，1個碳碳雙鍵,所以C60分子中含單鍵數為120×1/2=60，碳碳雙鍵為(120-60)/2=30；同理，不難算出C70中共價鍵為(4×70)/2=140，單鍵數為70，雙鍵數為35.

用單電子配對法可有效解決共價物質中共價鍵數目，前提是11～17號元素原子電子式按上下左右四個方向分別寫一個電子，多余電子成對，每個方向不超過兩個電子的方式書寫，且各原子單電子均成共價鍵.若有原子單電子未全部成鍵或為多原子共用則不能用單電子配對法，如SO3、SO2、NO2、NO、O3、苯等共價鍵數目則無法求出.

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1008-0333(2016)22-0069-01