分子立体结构知识组合教学

王维元

【摘 要】分子立体结构的判断是中学化学教学的重要组成部分，从初中化学的原子结构到大学结构化学的学习，贯穿着一个人化学学习的始终。可以说，没有结构就没有化学。由于其涉及的原理、规则多，要求学生具有一定的空间想象能力、几何结构基础、扎实的化学理论基础，成为中学化学教学的软肋。我们在教学中必须系统地从原子结构入手，通过电子式、电子排布式、轨道分布图、轨道形状、轨道杂化、价层电子对互斥原理等筑好各阶段的理论知识体系，循序延伸，最终使微观抽象分子宏观形象地在大脑中展现，从而达到教学的最终目标。

【关键词】电子式     轨道分布图     轨道杂化     价层电子对互斥原理

在分子结构教学中，如何组合穿插知识，让学生形成全面成熟的化学结构理论体系，树立稳固的化学学科思想。下面是本人几年来在教学中实施的教学步骤和过程。

一、先前知识准备阶段

（一）原子结构的准备。根据元素原子在周期表中的位置，画出某原子的结构示意图（属于初高中基本化学用语）。如，第2周期，第七主族元素原子结构示意图，引导学生确立位置决定结构的基本认识思路。

（二）电子式的准备。如，请用电子式表示氨分子的形成过程（属于高一化学基本化学用语）。

这里应强调：1.电子式的概念;用元素符号和最外层电子数及电子成对情况表示的式子。2.最外层电子决定性质与物质的构成是中学化学研究的主要着眼点。3.氮的电子式书写，客观地表示最外层电子的分布形式（一双三单的排布）。

（三）电子排布式的准备。如，用电子排布式表示氮原子核外电子排布情况，做到把握层级关系，与电子式的书写规范形式相呼应。

（四）轨道分布图准备。如，画出氮原子核外电子分布情况。

在书写中贯彻几方面的化学知识要求：1.轨道符号与对应轨道容纳电子做到对号入座;2.把泡利原理和洪特规则落实到电子排布图书写上。

以上是知识工具的准备期。学生要把以上四种化学用语熟练掌握，熟练应用基本原理和基本规则，为下一步学习分子结构提供必备的知识基础。

二、轨道知识准备阶段

（一）凡S轨道都为球形轨道，凡P轨道都为哑铃型轨道，且有X，Y，Z三个方向。

（二）成键名称，凡S—S，S—P，P—P以中心轴结合的共价键，其特点为头碰头重叠形式，都统称为ó键。

（三）凡P—P以镜面对称的统称п键。因为当一个P轨道以头碰头重叠后，另外的P轨道只能以肩并肩形式建立两个重叠面，该键以共价但不一定为一对形式生成。如果原子是构成分子之间散乱的基本配件的话，那么轨道结合形式就是原子构成分子的黏合剂。正是这种黏合剂才把那些散乱的原子，粘合成不同空间构型的各种分子物质。

三、新知识的组合形成阶段（分子的立体构型）

常见分子有双原子、三原子、四原子、五原子分子。对于四原子分子氨气和三氟化硼，中心原子分别为氮和硼，构成分子的原子个数相等，书写形式也相近，有的学生认为分子空间构型也应当相似，其实不然。

（一）价层电子对互斥理论。分子的立体构型是价层电子对相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括成键电子对和中心原子上的孤电子对。以氨气分子和三氟化硼分子为例，中心原子为氮和硼。氮外层电子2S上的两个电子与2P上有三个半充满的电子，发生SP3轨道杂化后。与氢结合时，三个氢原子的1S正好分别与一个氮原子上的三个杂化半充满轨道成共价键，构成成键电子对，即构成三个S—P的ó键，另一个轨道上全充满电子对未参与成键。这样，中心原子氮原子周围共有四个电子对：一个孤电子对，三个（S—P）成键电子对。若按空间均等排列规则，这四个电子对应当以正四面体的形式分割空间，氮原子位于正四面体的中央。其实不然，由于孤对电子距离氮原子较近，三个成键的电子对距离氮原子较远，前者对后者产生排斥作用，造成的结果是：四个电子对占用空间不均等，三个ó键电子对产生一定的空间收缩。即含孤电子对的VSEPR模型为：

分子立体构型为：

即三角锥形。而对于三氟化硼，中心原子硼原子的轨道电子分布为1S2，2S2，2P1，杂化后成为1S2，2S1，2P2，氟原子轨道电子分布为1S2，2S2，2P5 ，当两者结合时，每个氟原子最多能接受一个电子，而硼原子SP2杂化后，有三个成单电子，恰好三个氟原子与一个氮原子成为三个共价ó键，没有孤电子对，三者均等分布在中心原子硼原子的周围，构成平面正三角形的分子构型，硼原子位于正三角形的中心。

（二）孤对电子对数的计算方法。前面方法，学生要经过漫长的判断，稍有不慎，就会误判。简单的数学计算方法是：中心原子上的孤电子对数=（a-xb），a为中心原子的价电子数，对于主族元素来说，价电子数等于原子最外层电子数;x为与中心原子結合的原子数;b为与中心原子结合的原子最多接受的电子数（8-该原子的价电子数）。此方法简单快速。三阶段教学法使学生从繁难的描绘判断中解脱出来，变成简单的数学计算，分子构型的判断由感性认识上升到理性认识，能力自然获得提高。

由于分子结构部分知识比较抽象，学生的空间想象能力有限，教师要适当掌握进度、深难度和宽度，不宜出现复杂的分子物质，也不宜在轨道杂化知识上下太大的功夫，应以简单常见的分子为宜，否则效果适得其反。