靈活機(jī)動(dòng)“掌握”微粒空間構(gòu)型

胡協(xié)強(qiáng) 沈建敏

摘要：能判斷微粒的空間構(gòu)型是高中學(xué)生必須具備的基本能力，而讓該能力在解題中靈活發(fā)揮，除需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)適當(dāng)?shù)睦斫?，還需要講究一定的技巧方法。

關(guān)鍵詞：雜化軌道;價(jià)層電子對(duì);等電子體

文章編號(hào)：1008-0546（2019）06-0015-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.004

化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化規(guī)律的自然科學(xué)，掌握微粒空問(wèn)結(jié)構(gòu)是了解物質(zhì)的極性、磁性、旋光性、溶解性、化學(xué)反應(yīng)活潑性等性質(zhì)的重要途徑。在高中化學(xué)選修《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》一書中主要介紹了三種解釋微?？臻g結(jié)構(gòu)的理論知識(shí)。分別是雜化軌道理論、價(jià)層電子對(duì)互斥理論及等電子體原理。

在中學(xué)階段，由于學(xué)生不能深入了解這三種理論，理性認(rèn)識(shí)不足，且學(xué)生只熟悉一些常見(jiàn)微粒的結(jié)構(gòu)、組成，當(dāng)遇到較復(fù)雜的微粒，往往就不能作出正確的判斷。通過(guò)與學(xué)生交流，發(fā)現(xiàn)學(xué)生主要是對(duì)這三種理論不能靈活應(yīng)用，無(wú)法根據(jù)實(shí)際微粒的組成特點(diǎn)選用恰當(dāng)?shù)姆椒?，更不能將這些理論整合使用。

根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者將這三種理論的關(guān)系整合如下：中學(xué)化學(xué)中一般只涉及到sp、sp²、sp³三種雜化類型，其它較為復(fù)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(jìn)行雜化，其它原子的雜化類型一般都是通過(guò)另外兩個(gè)理論來(lái)推測(cè)的，而不是通過(guò)中心原子的雜化類型來(lái)推測(cè)微粒的空間構(gòu)型。例如硫酸根離子，學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)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(guò)價(jià)層電子對(duì)互斥理論（n=4）或等電子體理論（與CCI4互為等電子體）推測(cè)硫酸根離子為正四面體，從而確定硫原子是以sp³進(jìn)行雜化的。

學(xué)生在用等電子體推測(cè)微?？臻g結(jié)構(gòu)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(rèn)為有前兩種方法基本可以在中學(xué)化學(xué)中解決等電子體問(wèn)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(jiàn)微粒。這四種元素的位置關(guān)系如圖2b所示。

綜上所述，筆者認(rèn)為學(xué)生若要較好地掌握這部分知識(shí)并能應(yīng)用于解題，應(yīng)鞏固基礎(chǔ)知識(shí)同時(shí)加強(qiáng)重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)突破，在遇到相應(yīng)題時(shí)，靈活機(jī)動(dòng)，將三種理論有機(jī)結(jié)合，從而解出微?？臻g構(gòu)型這部分題目。

一、熟悉常見(jiàn)微粒，能用相應(yīng)理論解釋其空間構(gòu)型（如表1、2、3）

二、抓住重點(diǎn)難點(diǎn)，巧法解題

針對(duì)比較復(fù)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(jiàn)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(guò)以上類比的方法也可推測(cè)其它同主族元素原子的雜化類型。例如S2CI2，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，我們發(fā)現(xiàn)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(jìn)行雜化的。

結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的微粒，能用價(jià)層電子對(duì)互斥理論推測(cè)中心原子雜化類型（如下表4）。也可以通過(guò)歸納總結(jié)σ鍵與價(jià)層電子對(duì)數(shù)目的關(guān)系來(lái)推測(cè)中心原子雜化類型，不深入理解（如下表5）。我們還常結(jié)合價(jià)層電子對(duì)結(jié)構(gòu)和配位原子數(shù)來(lái)推測(cè)微粒空間構(gòu)型（如下表6）。

從表4中可以發(fā)現(xiàn)：價(jià)層電子對(duì)數(shù)目=雜化軌道數(shù)目。

從表5中可以發(fā)現(xiàn)：價(jià)層電子對(duì)數(shù)目=中心原子孤電子對(duì)數(shù)+σ鍵數(shù)目。

從表6可以看出，不能根據(jù)價(jià)層電子對(duì)直接推測(cè)微粒空間結(jié)構(gòu)，必須考慮配位原子數(shù)目。也就是要有以下思考過(guò)程：價(jià)層電子對(duì)數(shù)→價(jià)層電子對(duì)結(jié)構(gòu)→配位原子數(shù)微?？臻g構(gòu)型。

綜上所述，對(duì)于微粒的空間構(gòu)型和原子雜化形式的判斷，學(xué)生必須要將三種理論有機(jī)整合，不能將三種理論完全割裂，同時(shí)要根據(jù)不同的對(duì)象，隨機(jī)應(yīng)變，靈活應(yīng)用合適的技巧。