核心素养导向下的教学

薛志威

根据价层电子对互斥理论能够能分析VSEPR模型和分子构型，在教学过程中，有学生提出这样的问题：如SO2的VSEPR模型平面三角形，硫原子的价电子数是6，而模型中只看到硫的其中的4个价电子，还有2个去哪了？在算硫原子的孤电子对数时，每个氧原子会消耗硫原子的2个价电子，而这模型只看到每个氧原子消耗硫原子的1个电子形成1个σ键，为什么？中心原子硫原孤电子对怎么算出是两对，2个σ键消耗硫2个电子，那还有4个价电子，不是两对吗？对于这一系列问题，要肯定学生能深入思考和追根问底的精神。

价层电子对互斥理论，它教给学生的是一种精准的公式和方法，能够快速分析VSEPR模型和分子构型。它只解释了原子间如何参与成σ键，如何计算中心原子孤电子对数，这些决定分子立体结构的因素。但对于计算公式的原理和分子内各原子所有的价电子怎样参与成键，并没分析清楚。基于教材的要求和考试的方向，认为没有必要深挖细种，但这显然不符合化学教学核心素养“宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知”的基本要求。况且从追求化学知识的体系性来看，很有必要对学生提出的问题进行深入分析和归纳总结。

一、关于π键教学的几点思考

我们在学习共价键的分类时，知道共价键除了有σ键，还有π键。在回答学生有关SO2的有关成价电子的键情况时，SO2其平面三角形的VSEPR模型，只解释了硫孤对电子和成σ键的情况，硫原子的其它价电子（P轨道）和氧原子的价电子（ P轨道）还参与形成肩并肩的π键。

1.如何分析分子（或离子）中是否有π键

（1）根据分子（或离子）的结构式判断

常见结构式中若原子出现双键或三键，原子一定参与形成π键 ，减去σ键，剩下键是该原子参与形成的π键的数目。在教学中，有同学提出疑问：为什么两原子之间不能形成两个σ键？其实只要根据σ键和π键的构成特点简单分析就解决了，因为若一原子同时有两条原子轨道头碰头与另一原子形成σ键，岂不是这个原子上这两条原子轨道的伸展方向一样（轨道夹角为0。），这显然与原子轨道理论不一至。

（2）根据VSEPR模型来判断

若VSEPR模型中，对于中心原子：价电子数=σ键数+2×孤电子对数，则中心原子一定不存在π键;价电子数>σ键数+2×孤电子对数，中心原子存在π键。

[例]  SO2 ：价电子数=6，σ键=2，孤电子对数=（6-2×2）/2=1

6>2+2×1，也就是硫原子有些价电子去参与形成π键。

对于非中心原子：σ键数=8-价电子数，非中心原子不存在π键。σ键数<8-价电子数，非中心原子存在π键氧原子。

[例]  SO2 ： 每个氧原子只有1个σ键，显然比理论值2要小，氧原子参与形成π键。

（3）根据中心原子的杂化方式判断

一般来说，若中心原子的价层电子对数为4，中心原子轨道杂化方式是SP3，则中心原子不存在π键，因为中心原子已不存在多余的P轨道去形成π键，也不存在多余的电子对数作为配体去形成配位π键。当然，中心原子若轨道杂化方式是SP2或SP，则中心原子有可能存在π键，还要具体结合VSEPR模型来判断。

2.π键是怎样形成的

确定了VSEPR模型和分子的空间构型后，中心原子没有参加杂化的P轨道的其他价电子形成π键，连续相邻的多个原子之间的形成π键称为离域π键，或叫大π键。

CO是N2的等电子体，结构相似，但不同的是CO结构中，其中π键的电子对是氧原子提供的，抵消了其他两键的部分极性，使得CO分子的极性较弱。

SO2 和O3是等电子体，结构相似，对于SO2中心硫原子，分析VSEPR模型时，计算：硫原子孤电子对数=（6-2×2）/2=1，公式中的“2×2”其中的“2”指一个氧原子会消耗硫原子2个电子去形成共价键，当然隐含着形成π键。正是这一点教材没有解释清楚，硫原子共被消耗4个（2×2）电子去形成化学键，其中有2×1=2个电子形成2个σ键，剩下2个电子去形成π键，这2个电子不是孤对电子，真正的孤对电子是在其中一条SP2轨道上。

有些学生根据不精准的结构        ，一个σ键0—S 只消耗硫1个电子，把公式中的“2×2”改成“2×1”，结果算出孤电子对数为2，甚至认为硫原子采取SP3 杂化方式，结果就与教材大相径庭了。其中，从非中心原子氧原子来说，氧原子不可能只形成一个σ键，因为氧原子2条P轨道有单电子，一个氧原子要形成2个化学键。

在分析各种分子的中心原子的VSEPR模型或轨道杂化方式时，真正的孤对电子放在杂化轨道上，在没有杂化的P轨道上多余的价电子参与形成π键。例如，在SO2的π键是硫原子的没有杂化P轨道电子对与两氧原子的P轨道单电子形成的离域π34键，在分析π34键的电子数时，不要把两侧氧原子的两对孤电子对算入，因为两对孤电子对是基态原子时 S轨道和 一条P轨道的电子对，较为稳定，不参成π键，也不要把硫原子的孤电子对算入π键的电子。这些就解释了本文中开头学生提出的问题。

對于某些无机物的π键的形成的机理，特别中心原子的原子轨道的杂化方式有不同的解释，如SO3，也有认为硫原子三条SP2杂化轨道单电子分别与三个氧原子PX轨道单电子形成3个σ键。同时，硫原子又采取Pd2杂化，三条平行轨道并垂直于σ键的平面三角形，同分别容纳另三个价电子，与三个氧原子的另一有单电子P轨道，形成π46键。

对于二氧化碳的两个π34键，要注意的是两侧的氧原子各有一对2S轨道上孤电子对没有参加成键，因为形成π键是P轨道的电子。

二、有关氢键或配位键的组合教学

高中化学几本教材相对独立，有些内容表面不存在内在的联系，在教学中要善于把前后凌乱的知识拧成一团，培养学生的证据推理和科学精神的核心素养。这种组合教学的处理，同时又能让学生树立学习化学的信心。

1.胆矾存在配位键和氢键

初中教学中，对于胆矾（CuSO4·5H2O）中的5H2O，只是简单说是结晶水。在学习配位键的内容时，胆矾（CuSO4·5H2O）显蓝色是因为晶体中含有[Cu（H2O）4]2+，从而介绍四水化铜离的配位键。然而胆矾中的Cu元素与H2O的粒子比例是1：5，由于教材章节安排，没有任何解释，学到氢键时，若把胆矾（CuSO4·5H2O）的结构显示出来，对于5H2O就一目了然了。作为配体的H2O与形成氢键H2O分子数比4：1，胆矾的化学式写成[Cu（H2O）4]SO4·H2O，蓝色的晶体如此细节的结构，前后知识达到完美的组合，同时把初中就熟悉的绚丽夺目的蓝色晶体的微观有了深入的了解，宏观辨识与微观探析的核心素养的教学体现淋漓尽致。

2.一水合氨分子的结构

3.硼酸的酸性

在《必修1》，教材对于H3BO3是一元一元弱酸原理，没解释。学习《选修3》：硼酸分子的结构（HO）3B ，不含非羟基氧原子，酸性不是分子直接电离出H+，硼是缺电子原子有空轨道，能加合水分子的氢氧根离子，形成配位键

硼的最高配位数是4，所以硼酸分子只能接受一个OH- ，只能生成一个H3O+ ，是一元弱酸。硼酸酸性和NH3碱性原理都与形成酸位键有关，只不过一个是电子对接受体，另一个是电子对供体而已。

总之，在教学过程中，教师注重知识生成过程、证据推理的和模型认知，准确把握前后知识关联性，就能逐步培养学生从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题的能力。