靈活機動“掌握”微粒空間構型

胡協強 沈建敏

摘要：能判斷微粒的空間構型是高中學生必須具備的基本能力，而讓該能力在解題中靈活發揮，除需要扎實的基礎知識和對重點難點知識適當的理解，還需要講究一定的技巧方法。

關鍵詞：雜化軌道;價層電子對;等電子體

文章編號：1008-0546（2019）06-0015-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.004

化學是研究物質的組成、結構、性質及變化規律的自然科學，掌握微?？諉柦Y構是了解物質的極性、磁性、旋光性、溶解性、化學反應活潑性等性質的重要途徑。在高中化學選修《物質結構與性質》一書中主要介紹了三種解釋微?？臻g結構的理論知識。分別是雜化軌道理論、價層電子對互斥理論及等電子體原理。

在中學階段，由于學生不能深入了解這三種理論，理性認識不足，且學生只熟悉一些常見微粒的結構、組成，當遇到較復雜的微粒，往往就不能作出正確的判斷。通過與學生交流，發現學生主要是對這三種理論不能靈活應用，無法根據實際微粒的組成特點選用恰當的方法，更不能將這些理論整合使用。

根據多年的教學經驗，筆者將這三種理論的關系整合如下：中學化學中一般只涉及到sp、sp²、sp³三種雜化類型，其它較為復雜的雜化不需要掌握和了解。在書本中除碳、硼、鈹三種原子具體介紹了如何進行雜化，其它原子的雜化類型一般都是通過另外兩個理論來推測的，而不是通過中心原子的雜化類型來推測微粒的空間構型。例如硫酸根離子，學生現有知識很難描述原子的成鍵形式或中心硫原子的雜化類型，而是通過價層電子對互斥理論（n=4）或等電子體理論（與CCI4互為等電子體）推測硫酸根離子為正四面體，從而確定硫原子是以sp³進行雜化的。

學生在用等電子體推測微?？臻g結構可以常用的方法有以下三種，同周期元素左右替換、同主族元素上下替換，電子一電荷互換法。但筆者認為有前兩種方法基本可以在中學化學中解決等電子體問題。例如SO4^2-，按照周期表中元素的位置（圖2a），與之互為等電子體的是PO4^3-、CIO4^-和SeO4^2-等微粒。與N3互為等電子體的可以是CO2、N2O、SCN^-等常見微粒。這四種元素的位置關系如圖2b所示。

綜上所述，筆者認為學生若要較好地掌握這部分知識并能應用于解題，應鞏固基礎知識同時加強重點難點知識突破，在遇到相應題時，靈活機動，將三種理論有機結合，從而解出微?？臻g構型這部分題目。

一、熟悉常見微粒，能用相應理論解釋其空間構型（如表1、2、3）

二、抓住重點難點，巧法解題

針對比較復雜的微粒中原子雜化類型的判斷，以碳原子的成鍵方式類比推知N、O等常見原子的雜化類型。

例如，在血紅素分子中氮原子和氧原子的雜化類型（圖4）。通過以上類比的方法也可推測其它同主族元素原子的雜化類型。例如S2CI2，其結構如圖5所示，我們發現分子中硫原子的成鍵形式和水分子中氧原子（sp³雜化）的成鍵形式類似，因此硫原子以sp³進行雜化的。

結構相對簡單的微粒，能用價層電子對互斥理論推測中心原子雜化類型（如下表4）。也可以通過歸納總結σ鍵與價層電子對數目的關系來推測中心原子雜化類型，不深入理解（如下表5）。我們還常結合價層電子對結構和配位原子數來推測微?？臻g構型（如下表6）。

從表4中可以發現：價層電子對數目=雜化軌道數目。

從表5中可以發現：價層電子對數目=中心原子孤電子對數+σ鍵數目。

從表6可以看出，不能根據價層電子對直接推測微粒空間結構，必須考慮配位原子數目。也就是要有以下思考過程：價層電子對數→價層電子對結構→配位原子數微粒空間構型。

綜上所述，對于微粒的空間構型和原子雜化形式的判斷，學生必須要將三種理論有機整合，不能將三種理論完全割裂，同時要根據不同的對象，隨機應變，靈活應用合適的技巧。