灵活机动 “掌握”微粒空间构型

化学是研究物质的组成、结构、性质及变化规律的自然科学，掌握微粒空间结构是了解物质的极性、磁性、旋光性、溶解性、化学反应活泼性等性质的重要途径。在高中化学选修《物质结构与性质》一书中主要介绍了三种解释微粒空间结构的理论知识。分别是杂化轨道理论、价层电子对互斥理论及等电子体原理。

矿石稀土元素具有如下特征：稀土总量明显偏低，稀土含量为7.8×10-6～37.36×10-6，平均为22.69×10-6；轻稀土富集重稀土亏损，LR/HR比值为1.39～2.07，平均为1.72；具有明显的Eu负异常，ZK1901-10中δEu(=1.17)显示正异常，可能与后期的热液改造富铜有关；δCe显示有较强的负异常，可能是铅锌元素在富集成矿的过程中氧化环境加强，Ce呈Ce+4，其离子电位与其他REE3+差别大而彼此分离，呈现δCe负异常。

在中学阶段，由于学生不能深入了解这三种理论，理性认识不足，且学生只熟悉一些常见微粒的结构、组成，当遇到较复杂的微粒，往往就不能作出正确的判断。通过与学生交流，发现学生主要是对这三种理论不能灵活应用，无法根据实际微粒的组成特点选用恰当的方法，更不能将这些理论整合使用。

根据多年的教学经验，笔者将这三种理论的关系整合如下：

施工前准备包括原材料准备、路面基层检查验收及施工机械准备。连续配筋混凝土路面的原材料主要有：水泥、钢筋、粗细集料、水及外掺剂等[2]。原材料采用时应重点检查以下几项：钢筋抗拉强度、水泥安定性及强度标号、粗集料母岩强度、细集料洁净程度等。基层验收项目包括平整度、压实度、高程、宽度等，注意在混凝土面层浇筑前应先清扫基层并洒水湿润，但不得有积水。施工需准备的机械应包括混凝土拌和设备、摊铺设备、钢筋网制作设备、混凝土运输车、洒水养护车等。

图1 杂化轨道理论、价层电子对互斥理论及等电子体理论的关系

中学化学中一般只涉及到sp、sp2、sp3三种杂化类型，其它较为复杂的杂化不需要掌握和了解。在书本中除碳、硼、铍三种原子具体介绍了如何进行杂化，其它原子的杂化类型一般都是通过另外两个理论来推测的，而不是通过中心原子的杂化类型来推测微粒的空间构型。例如硫酸根离子，学生现有知识很难描述原子的成键形式或中心硫原子的杂化类型，而是通过价层电子对互斥理论（n=4）或等电子体理论（与CCl4互为等电子体）推测硫酸根离子为正四面体，从而确定硫原子是以sp3进行杂化的。

价层电子对互斥理论主要适用于ABm型分子或离子，某些中心原子上连接有不同原子的微粒也可以应用。例如，甲醛（ ），按照价层电子对计算方法n=3。另有一些复杂的离子，如，可以把一个碘原子看作中心原子，另外两个看作配位原子，结合电荷数，可以计算得到n=4。如果遇到，以学生现有的知识就不适合使用价层电子对互斥理论，因为氮原子作为配位原子时，提供的价电子数因成键方式而不同，中学化学中不作要求。碰到这种情况，就需要学生能随机应变，可以考虑用等电子体理论来解决。

学生在用等电子体推测微粒空间结构可以常用的方法有以下三种，同周期元素左右替换、同主族元素上下替换，电子－电荷互换法。但笔者认为有前两种方法基本可以在中学化学中解决等电子体问题。例如S，按照周期表中元素的位置（图2a），与之互为等电子体的是等微粒。与互为等电子体的可以是CO2、N2O、SCN-等常见微粒。这四种元素的位置关系如图2b所示。

图2 部分元素位置关系

综上所述，笔者认为学生若要较好地掌握这部分知识并能应用于解题，应巩固基础知识同时加强重点难点知识突破，在遇到相应题时，灵活机动，将三种理论有机结合，从而解出微粒空间构型这部分题目。

一、熟悉常见微粒，能用相应理论解释其空间构型（如表1、2、3）

表1 杂化轨道理论与微粒空间构型

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表2 价层电子对互斥理论与微粒空间构型

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表3 等电子体理论与微粒空间构型

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二、抓住重点难点，巧法解题

针对比较复杂的微粒中原子杂化类型的判断，以碳原子的成键方式类比推知N、O等常见原子的杂化类型。

图3 碳、氮、氧三种常见元素成键方式类比

例如，在血红素分子中氮原子和氧原子的杂化类型（图4）。通过以上类比的方法也可推测其它同主族元素原子的杂化类型。例如S2Cl2，其结构如图5所示，我们发现分子中硫原子的成键形式和水分子中氧原子（sp3杂化）的成键形式类似，因此硫原子以sp3进行杂化的。

图4 血红素结构及其中氮、氧原子的杂化类型

图5 S2Cl2结构

结构相对简单的微粒，能用价层电子对互斥理论推测中心原子杂化类型（如下表4）。也可以通过归纳总结σ键与价层电子对数目的关系来推测中心原子杂化类型，不深入理解（如下表5）。我们还常结合价层电子对结构和配位原子数来推测微粒空间构型（如下表6）。

(2)语言神态描写：①他对人说话，总是满口之乎者也，教人半懂不懂的。说明他以读书人自居，卖弄学问。迂腐可笑的性格。②孔乙己睁大眼睛说，“你怎么这样凭空污人清白……”说明他死要面子，怕人嘲笑。③孔乙己便涨红了脸，额上的青筋条条绽出，争辩道，“窃书不能算偷……窃书!……读书人的事，能算偷么？”说明他自命清高、迂腐不堪、自欺欺人，死要面子的性格。④孔乙己看着问他的人，显出不屑置辩的神气。说明孔乙己自命清高。⑤“孔乙己立刻显出颓唐不安模样。脸亡笼上了一层灰色，嘴里说些话；这回可是全是之乎者也之类，一些不懂了。说明孔乙己深受封建科举制度毒害，至死不悟。

表4 价层电子对数目与中心原子杂化类型关系

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从表4中可以发现：价层电子对数目=杂化轨道数目。

2.3 两组患者产后2 h、24 h出血量比较 经测量，观察组产后2 h、24 h的出血量均显著少于对照组(P<0.05)，见表2。

表5 中心原子σ键与价层电子对数目的关系

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从表5中可以发现：价层电子对数目=中心原子孤电子对数+σ键数目。

从表6可以看出，不能根据价层电子对直接推测微粒空间结构，必须考虑配位原子数目。也就是要有以下思考过程：价层电子对数→价层电子对结构粒空间构型。

综上所述，对于微粒的空间构型和原子杂化形式的判断，学生必须要将三种理论有机整合，不能将三种理论完全割裂，同时要根据不同的对象，随机应变，灵活应用合适的技巧。

表6 价层电子对结构与微粒空间结构的关系

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参考文献

［1］ 庞锡涛.无机化学［M］.北京：高等教育出版社，1995：361-362

［2］ 王雪梅.价层电子对互斥理论——共价分子结构确定的简易方法［J］.教育教学论坛，2010：86

［3］ 赵世龙.杂化轨道理论及分子离子团构型［J］.大庆高等专科学校学报，1995：54-56

［4］ 李魁云.解读“等电子体”［J］.化学教学，2009：79-80