融合不同教材的教学尝试

高辉君

本文笔者将从高中化学的选修模块《物质结构与性质》入手，浅谈一下自己是如何融合不同教材课文中的相关知识，完成分子的空间构型的教学。

在引入新课知识方面，个人觉得鲁科版的方法更通俗易懂。首先，先引入对称性概念，让学生对宏观和微观世界有对称性的认识。在宏观世界中，花朵、蝴蝶、冰晶等诸多物质展现出规则与和谐的美。科学巨匠爱因斯坦曾感叹：“在宇宙的秩序与和谐面前，人类不能不在内心里发出由衷的赞叹，激起无限的好奇。”实际上，宏观的秩序与和谐源于微观的规则与对称。

任何一个版本的教材，均提到了“杂化轨道理论”。该部分的知识是重点，在苏教版教材的正文中更是以大量篇幅较为详细地给予介绍。我个人也更赞同苏教版的编写思路、方法，讲授尝试也主要依据苏教版。

一、杂化轨道理论

1.杂化原子轨道。在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程叫作原子轨道的杂化，组合后形成的一组新的原子轨道，叫作杂化原子轨道，简称杂化轨道。

甲烷分子的轨道是如何形成的呢？形成甲烷分子时，中心原子的2s和2px，2py，2pz等四条原子轨道发生杂化，形成一组新的轨道，即四条sp3杂化轨道，这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。杂化轨道在角度分布上比单纯的S或P轨道在某一方向上更集中，从而使它在与其他原子的原子轨道成键时重叠的程度更大，形成的共价键更牢固。由于甲烷分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和三个2p轨道重新组合而成的，故称这种杂化为sp3杂化，形成的四个杂化轨道则称为sp3杂化轨道。鲍林还根据精确计算得知每两个sp3杂化轨道的夹角为109.5°。由于这四个杂化轨道的能量相同，根据洪特规则，碳原子的价电子以自旋方向相同的方式分占各个轨道。因此，当碳原子与氢原子成键时，碳原子中每个杂化轨道的一个未成对电子与一个氢原子的1s电子配对形成一个共价键，这样所形成的四个共价键是等同的，从而使甲烷分子具有正四面体构型。

2.杂化方式的一般判断方法。若分子为有机物，则按照如下判断：单键或空间构型——sp3，双键或平面——sp2，三键或直线——sp。若分子为无机物，大部分情况下则按照价电子对互斥理论判断。

二、价电子对互斥理论

该理论在鲁科版版本中，以“知识支持”的方式给出，介绍得较为详细。参照该模块，我用如下的教学思路进行了教学尝试。

先介绍价电子对互斥理论的基本观点：分子中的价电子对（包括成键电子对和孤电子对），由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。再带领学生逐一理清观点中各种数量之间的关系：

1.价层电子对数=成键电子对数（n）+孤对电子对数（m）

2.成键电子对数可以由分子式确定：

成键电子对数=与中心原子成键的原子数

3.价层电子对互斥模型的两种类型：

价层电子对互斥模型说明的是杂化轨道的空间构型（价层电子对形成σ键的共用电子对和孤电子对的空间构型），而分子的空间构型指的是形成σ键电子对的空间构型，不包括孤电子对。

4.ABm型分子，在确定中心原子的价层电子对数时应注意如下规定：

（1）对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算；

（2）O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6；

（3）离子的价电子对数计算：注意将离子所带的电荷计算进来；

（4）计算电子对数时，若剩余1个电子，也当作1对电子处理；

（5）双键、叁键等多重键作为1对电子看待。

三、等电子原理

具有相同价电子数（指全部电子总数或价电子总数）和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征，这个原理称为“等电子原理”。符合此条件的分子或离子互为等电子体。利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间构型。

1.N2、CO、CN-都是双原子分子或离子，价电子总数为10，两个原子间都以叁键相结合，叁键中有1个σ键，2个π键。

2.CO2、N-3、OCN-、SCN-、NO+2都含有3个原子，价电子总数为16，具有相同的结构，都是直线形分子，中心原子上都采取sp杂化轨道，形成直线形骨架，键角为180°。

3.SO2、O3、NO-2都含有3个原子，价电子总数为18，中心原子采取sp2杂化类型，价电子对的空间理想模型为平面三角形，中心原子上有1对孤电子对（处于分子平面上），分子空间构型为V形（或角形、折线形）。

4.CO2-3 、NO-3、SO3等离子或分子具有相同的通式：AX3，价电子总数为24，有相同的结构，都是平面三角形，中心原子上没有孤电子对，故采取sp2杂化类型。

5.CCl4、SiCl4、SO2-4 、SiO4-4 、PO3-4 等粒子具有相同的通式：AX4，价电子总数为32，中心原子有4个σ键，故取sp3杂化类型，呈正四面体构型。

6.等电子体不仅有相似的空间构型，而且有相似的性质。如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也是良好的半导体材料。等电子原理在制造新材料方面也有重要的应用。

以上是我结合不同教材，进行的分子空间构型的教学尝试，在教学工作实践中，感觉这样讲解该知识点学生还是很容易理解、接受的，希望此文能对大家有所帮助。

（作者单位：江苏省昆山市文峰高级中学）