分子立體結構知識組合教學

王維元

【摘 要】分子立體結構的判斷是中學化學教學的重要組成部分，從初中化學的原子結構到大學結構化學的學習，貫穿著一個人化學學習的始終。可以說，沒有結構就沒有化學。由于其涉及的原理、規(guī)則多，要求學生具有一定的空間想象能力、幾何結構基礎、扎實的化學理論基礎，成為中學化學教學的軟肋。我們在教學中必須系統(tǒng)地從原子結構入手，通過電子式、電子排布式、軌道分布圖、軌道形狀、軌道雜化、價層電子對互斥原理等筑好各階段的理論知識體系，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)，從而達到教學的最終目標。

【關鍵詞】電子式 ? ? 軌道分布圖 ? ? 軌道雜化 ? ? 價層電子對互斥原理

在分子結構教學中，如何組合穿插知識，讓學生形成全面成熟的化學結構理論體系，樹立穩(wěn)固的化學學科思想。下面是本人幾年來在教學中實施的教學步驟和過程。

一、先前知識準備階段

（一）原子結構的準備。根據(jù)元素原子在周期表中的位置，畫出某原子的結構示意圖（屬于初高中基本化學用語）。如，第2周期，第七主族元素原子結構示意圖，引導學生確立位置決定結構的基本認識思路。

（二）電子式的準備。如，請用電子式表示氨分子的形成過程（屬于高一化學基本化學用語）。

這里應強調(diào)：1.電子式的概念;用元素符號和最外層電子數(shù)及電子成對情況表示的式子。2.最外層電子決定性質(zhì)與物質(zhì)的構成是中學化學研究的主要著眼點。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，做到把握層級關系，與電子式的書寫規(guī)范形式相呼應。

（四）軌道分布圖準備。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知識要求：1.軌道符號與對應軌道容納電子做到對號入座;2.把泡利原理和洪特規(guī)則落實到電子排布圖書寫上。

以上是知識工具的準備期。學生要把以上四種化學用語熟練掌握，熟練應用基本原理和基本規(guī)則，為下一步學習分子結構提供必備的知識基礎。

二、軌道知識準備階段

（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三個方向。

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

（三）凡P—P以鏡面對稱的統(tǒng)稱п鍵。因為當一個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重疊面，該鍵以共價但不一定為一對形式生成。如果原子是構成分子之間散亂的基本配件的話，那么軌道結合形式就是原子構成分子的黏合劑。正是這種黏合劑才把那些散亂的原子，粘合成不同空間構型的各種分子物質(zhì)。

三、新知識的組合形成階段（分子的立體構型）

常見分子有雙原子、三原子、四原子、五原子分子。對于四原子分子氨氣和三氟化硼，中心原子分別為氮和硼，構成分子的原子個數(shù)相等，書寫形式也相近，有的學生認為分子空間構型也應當相似，其實不然。

（一）價層電子對互斥理論。分子的立體構型是價層電子對相互排斥的結果。價層電子對是指分子中的中心原子上的電子對，包括成鍵電子對和中心原子上的孤電子對。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上的兩個電子與2P上有三個半充滿的電子，發(fā)生SP3軌道雜化后。與氫結合時，三個氫原子的1S正好分別與一個氮原子上的三個雜化半充滿軌道成共價鍵，構成成鍵電子對，即構成三個S—P的ó鍵，另一個軌道上全充滿電子對未參與成鍵。這樣，中心原子氮原子周圍共有四個電子對：一個孤電子對，三個（S—P）成鍵電子對。若按空間均等排列規(guī)則，這四個電子對應當以正四面體的形式分割空間，氮原子位于正四面體的中央。其實不然，由于孤對電子距離氮原子較近，三個成鍵的電子對距離氮原子較遠，前者對后者產(chǎn)生排斥作用，造成的結果是：四個電子對占用空間不均等，三個ó鍵電子對產(chǎn)生一定的空間收縮。即含孤電子對的VSEPR模型為：

分子立體構型為：

即三角錐形。而對于三氟化硼，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 ，當兩者結合時，每個氟原子最多能接受一個電子，而硼原子SP2雜化后，有三個成單電子，恰好三個氟原子與一個氮原子成為三個共價ó鍵，沒有孤電子對，三者均等分布在中心原子硼原子的周圍，構成平面正三角形的分子構型，硼原子位于正三角形的中心。

（二）孤對電子對數(shù)的計算方法。前面方法，學生要經(jīng)過漫長的判斷，稍有不慎，就會誤判。簡單的數(shù)學計算方法是：中心原子上的孤電子對數(shù)=（a-xb），a為中心原子的價電子數(shù)，對于主族元素來說，價電子數(shù)等于原子最外層電子數(shù);x為與中心原子結合的原子數(shù);b為與中心原子結合的原子最多接受的電子數(shù)（8-該原子的價電子數(shù)）。此方法簡單快速。三階段教學法使學生從繁難的描繪判斷中解脫出來，變成簡單的數(shù)學計算，分子構型的判斷由感性認識上升到理性認識，能力自然獲得提高。

由于分子結構部分知識比較抽象，學生的空間想象能力有限，教師要適當掌握進度、深難度和寬度，不宜出現(xiàn)復雜的分子物質(zhì)，也不宜在軌道雜化知識上下太大的功夫，應以簡單常見的分子為宜，否則效果適得其反。