基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(yùn)用鮑林的雜化軌道理論，可以較好地解釋CH4等簡(jiǎn)單分子的空間結(jié)構(gòu)；運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型，可以預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子或離子的空間構(gòu)型；利用等電子原理，可以判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體構(gòu)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(jià)層電子對(duì)互斥模型的基礎(chǔ)上構(gòu)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(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)判斷多中心原子的雜化類型，從而掌握高中化學(xué)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(xué)鍵時(shí)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)常見中心原子的電子式，掌握其形成化學(xué)鍵時(shí)的結(jié)構(gòu)，看看是否達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，是否含孤電子對(duì)，是否含空軌道。

1.IIA族元素鈹?shù)碾娮邮綖椤e·，形成化學(xué)鍵呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-Be-，未達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，但有2個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。

2.IIIA族元素硼的電子式為·B··，形成化學(xué)鍵呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，未達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，但有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)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(xué)鍵呈四價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，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(xué)鍵呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無空軌道，但含孤電子對(duì)1對(duì)，易提供孤電子對(duì)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(xué)鍵呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-O-，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無空軌道，但含孤電子對(duì)2對(duì)，易提供孤電子對(duì)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(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)推算中心原子含孤電子對(duì)、σ鍵電子對(duì)和π鍵電子對(duì)的數(shù)目。

2.求價(jià)電子對(duì)數(shù)（n），n=孤電子對(duì)數(shù)+σ鍵電子對(duì)數(shù)，但不包括π鍵電子對(duì)，是因?yàn)殡s化軌道只用于形成σ鍵或用來容納孤電子對(duì)；若有未參與雜化的P軌道，則可用于形成π鍵。[2]

3.根據(jù)價(jià)電子對(duì)數(shù)等于雜化軌道數(shù)，當(dāng)n=2時(shí)，中心原子為sp雜化；當(dāng)n=3時(shí)，中心原子為sp2雜化；當(dāng)n=4時(shí)，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(zhì)檢理綜第30題（節(jié)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(jié)構(gòu)，每一層結(jié)構(gòu)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(jī)理是硼酸與水作用時(shí)，硼原子與水電離產(chǎn)生的OH-以配位鍵結(jié)合形成Y-離子，導(dǎo)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(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。從硼酸晶體層狀結(jié)構(gòu)可知，三價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；Y-的結(jié)構(gòu)式為，可知四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)配位鍵。

【例2】2012年福建高考理綜第30題（節(jié)選）

（4）硼砂是含結(jié)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(shù)字標(biāo)號(hào)）。

解析：IIIA族元素硼形成化學(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。從硼砂的球棍模型可知，三價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)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(jié)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(zhuǎn)化為R：

熔化（279.2K）1結(jié)晶

②R中陽離子的空間構(gòu)型為，陰離子的中心原子軌道采用雜化。

解析：根據(jù)IIIA族元素硼的電子式為·B··形成化學(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵，故四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)配位鍵。

而VIA族元素氧形成化學(xué)鍵時(shí)呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-O-，含孤電子對(duì)2對(duì)，易提供孤電子對(duì)形成配位鍵，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；三價(jià)氧原子含孤電子對(duì)1對(duì)，σ鍵電子對(duì)3對(duì)，其中有一個(gè)配位鍵，三價(jià)O的雜化類型為sp3雜化，空間構(gòu)型為三角錐形。

總之，基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)判斷中心原子的雜化軌道類型，是對(duì)高中化學(xué)的雜化軌道理論、價(jià)層電子對(duì)互斥模型和等電子原理的補(bǔ)充，對(duì)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(xiàn)

[1]王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（化學(xué)選修3）·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]張泉.高中全程學(xué)習(xí)奪冠方略：A版·化學(xué)3[M].西安：未來出版社，2012.

（責(zé)任編輯羅艷）

判斷中心原子的雜化類型有多種方法。運(yùn)用鮑林的雜化軌道理論，可以較好地解釋CH4等簡(jiǎn)單分子的空間結(jié)構(gòu)；運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型，可以預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子或離子的空間構(gòu)型；利用等電子原理，可以判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體構(gòu)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(jià)層電子對(duì)互斥模型的基礎(chǔ)上構(gòu)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(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)判斷多中心原子的雜化類型，從而掌握高中化學(xué)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(xué)鍵時(shí)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)常見中心原子的電子式，掌握其形成化學(xué)鍵時(shí)的結(jié)構(gòu)，看看是否達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，是否含孤電子對(duì)，是否含空軌道。

1.IIA族元素鈹?shù)碾娮邮綖椤e·，形成化學(xué)鍵呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-Be-，未達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，但有2個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。

2.IIIA族元素硼的電子式為·B··，形成化學(xué)鍵呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，未達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，但有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)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(xué)鍵呈四價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，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(xué)鍵呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無空軌道，但含孤電子對(duì)1對(duì)，易提供孤電子對(duì)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(xué)鍵呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-O-，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無空軌道，但含孤電子對(duì)2對(duì)，易提供孤電子對(duì)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(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)推算中心原子含孤電子對(duì)、σ鍵電子對(duì)和π鍵電子對(duì)的數(shù)目。

2.求價(jià)電子對(duì)數(shù)（n），n=孤電子對(duì)數(shù)+σ鍵電子對(duì)數(shù)，但不包括π鍵電子對(duì)，是因?yàn)殡s化軌道只用于形成σ鍵或用來容納孤電子對(duì)；若有未參與雜化的P軌道，則可用于形成π鍵。[2]

3.根據(jù)價(jià)電子對(duì)數(shù)等于雜化軌道數(shù)，當(dāng)n=2時(shí)，中心原子為sp雜化；當(dāng)n=3時(shí)，中心原子為sp2雜化；當(dāng)n=4時(shí)，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(zhì)檢理綜第30題（節(jié)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(jié)構(gòu)，每一層結(jié)構(gòu)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(jī)理是硼酸與水作用時(shí)，硼原子與水電離產(chǎn)生的OH-以配位鍵結(jié)合形成Y-離子，導(dǎo)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(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。從硼酸晶體層狀結(jié)構(gòu)可知，三價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；Y-的結(jié)構(gòu)式為，可知四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)配位鍵。

【例2】2012年福建高考理綜第30題（節(jié)選）

（4）硼砂是含結(jié)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(shù)字標(biāo)號(hào)）。

解析：IIIA族元素硼形成化學(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。從硼砂的球棍模型可知，三價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)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(jié)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(zhuǎn)化為R：

熔化（279.2K）1結(jié)晶

②R中陽離子的空間構(gòu)型為，陰離子的中心原子軌道采用雜化。

解析：根據(jù)IIIA族元素硼的電子式為·B··形成化學(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵，故四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)配位鍵。

而VIA族元素氧形成化學(xué)鍵時(shí)呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-O-，含孤電子對(duì)2對(duì)，易提供孤電子對(duì)形成配位鍵，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；三價(jià)氧原子含孤電子對(duì)1對(duì)，σ鍵電子對(duì)3對(duì)，其中有一個(gè)配位鍵，三價(jià)O的雜化類型為sp3雜化，空間構(gòu)型為三角錐形。

總之，基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)判斷中心原子的雜化軌道類型，是對(duì)高中化學(xué)的雜化軌道理論、價(jià)層電子對(duì)互斥模型和等電子原理的補(bǔ)充，對(duì)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(xiàn)

[1]王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（化學(xué)選修3）·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]張泉.高中全程學(xué)習(xí)奪冠方略：A版·化學(xué)3[M].西安：未來出版社，2012.

（責(zé)任編輯羅艷）

判斷中心原子的雜化類型有多種方法。運(yùn)用鮑林的雜化軌道理論，可以較好地解釋CH4等簡(jiǎn)單分子的空間結(jié)構(gòu)；運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型，可以預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子或離子的空間構(gòu)型；利用等電子原理，可以判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體構(gòu)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(jià)層電子對(duì)互斥模型的基礎(chǔ)上構(gòu)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(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)判斷多中心原子的雜化類型，從而掌握高中化學(xué)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(xué)鍵時(shí)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)常見中心原子的電子式，掌握其形成化學(xué)鍵時(shí)的結(jié)構(gòu)，看看是否達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，是否含孤電子對(duì)，是否含空軌道。

1.IIA族元素鈹?shù)碾娮邮綖椤e·，形成化學(xué)鍵呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-Be-，未達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，但有2個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。

2.IIIA族元素硼的電子式為·B··，形成化學(xué)鍵呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，未達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，但有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)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(xué)鍵呈四價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不含孤電子對(duì)，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(xué)鍵呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無空軌道，但含孤電子對(duì)1對(duì)，易提供孤電子對(duì)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(xué)鍵呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-O-，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，無空軌道，但含孤電子對(duì)2對(duì)，易提供孤電子對(duì)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(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)推算中心原子含孤電子對(duì)、σ鍵電子對(duì)和π鍵電子對(duì)的數(shù)目。

2.求價(jià)電子對(duì)數(shù)（n），n=孤電子對(duì)數(shù)+σ鍵電子對(duì)數(shù)，但不包括π鍵電子對(duì)，是因?yàn)殡s化軌道只用于形成σ鍵或用來容納孤電子對(duì)；若有未參與雜化的P軌道，則可用于形成π鍵。[2]

3.根據(jù)價(jià)電子對(duì)數(shù)等于雜化軌道數(shù)，當(dāng)n=2時(shí)，中心原子為sp雜化；當(dāng)n=3時(shí)，中心原子為sp2雜化；當(dāng)n=4時(shí)，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(zhì)檢理綜第30題（節(jié)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(jié)構(gòu)，每一層結(jié)構(gòu)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(jī)理是硼酸與水作用時(shí)，硼原子與水電離產(chǎn)生的OH-以配位鍵結(jié)合形成Y-離子，導(dǎo)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(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。從硼酸晶體層狀結(jié)構(gòu)可知，三價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；Y-的結(jié)構(gòu)式為，可知四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)配位鍵。

【例2】2012年福建高考理綜第30題（節(jié)選）

（4）硼砂是含結(jié)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(shù)字標(biāo)號(hào)）。

解析：IIIA族元素硼形成化學(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵。從硼砂的球棍模型可知，三價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=3，雜化軌道類型為sp2雜化；四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)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(jié)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(zhuǎn)化為R：

熔化（279.2K）1結(jié)晶

②R中陽離子的空間構(gòu)型為，陰離子的中心原子軌道采用雜化。

解析：根據(jù)IIIA族元素硼的電子式為·B··形成化學(xué)鍵時(shí)呈三價(jià)的結(jié)構(gòu)式為，不含孤電子對(duì)，有1個(gè)空軌道，易接受孤電子對(duì)形成配位鍵，故四價(jià)硼原子價(jià)電子對(duì)數(shù)n=4，雜化軌道類型為sp3雜化，且有一個(gè)配位鍵。

而VIA族元素氧形成化學(xué)鍵時(shí)呈二價(jià)的結(jié)構(gòu)式為-O-，含孤電子對(duì)2對(duì)，易提供孤電子對(duì)形成配位鍵，達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；三價(jià)氧原子含孤電子對(duì)1對(duì)，σ鍵電子對(duì)3對(duì)，其中有一個(gè)配位鍵，三價(jià)O的雜化類型為sp3雜化，空間構(gòu)型為三角錐形。

總之，基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)判斷中心原子的雜化軌道類型，是對(duì)高中化學(xué)的雜化軌道理論、價(jià)層電子對(duì)互斥模型和等電子原理的補(bǔ)充，對(duì)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(xiàn)

[1]王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（化學(xué)選修3）·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]張泉.高中全程學(xué)習(xí)奪冠方略：A版·化學(xué)3[M].西安：未來出版社，2012.

（責(zé)任編輯羅艷）