核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的教學(xué)

薛志威

根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論能夠能分析VSEPR模型和分子構(gòu)型，在教學(xué)過程中，有學(xué)生提出這樣的問題：如SO2的VSEPR模型平面三角形，硫原子的價(jià)電子數(shù)是6，而模型中只看到硫的其中的4個(gè)價(jià)電子，還有2個(gè)去哪了？在算硫原子的孤電子對(duì)數(shù)時(shí)，每個(gè)氧原子會(huì)消耗硫原子的2個(gè)價(jià)電子，而這模型只看到每個(gè)氧原子消耗硫原子的1個(gè)電子形成1個(gè)σ鍵，為什么？中心原子硫原孤電子對(duì)怎么算出是兩對(duì)，2個(gè)σ鍵消耗硫2個(gè)電子，那還有4個(gè)價(jià)電子，不是兩對(duì)嗎？對(duì)于這一系列問題，要肯定學(xué)生能深入思考和追根問底的精神。

價(jià)層電子對(duì)互斥理論，它教給學(xué)生的是一種精準(zhǔn)的公式和方法，能夠快速分析VSEPR模型和分子構(gòu)型。它只解釋了原子間如何參與成σ鍵，如何計(jì)算中心原子孤電子對(duì)數(shù)，這些決定分子立體結(jié)構(gòu)的因素。但對(duì)于計(jì)算公式的原理和分子內(nèi)各原子所有的價(jià)電子怎樣參與成鍵，并沒分析清楚?；诮滩牡囊蠛涂荚嚨姆较?，認(rèn)為沒有必要深挖細(xì)種，但這顯然不符合化學(xué)教學(xué)核心素養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的基本要求。況且從追求化學(xué)知識(shí)的體系性來看，很有必要對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行深入分析和歸納總結(jié)。

一、關(guān)于π鍵教學(xué)的幾點(diǎn)思考

我們?cè)趯W(xué)習(xí)共價(jià)鍵的分類時(shí)，知道共價(jià)鍵除了有σ鍵，還有π鍵。在回答學(xué)生有關(guān)SO2的有關(guān)成價(jià)電子的鍵情況時(shí)，SO2其平面三角形的VSEPR模型，只解釋了硫孤對(duì)電子和成σ鍵的情況，硫原子的其它價(jià)電子（P軌道）和氧原子的價(jià)電子（ P軌道）還參與形成肩并肩的π鍵。

1.如何分析分子（或離子）中是否有π鍵

（1）根據(jù)分子（或離子）的結(jié)構(gòu)式判斷

常見結(jié)構(gòu)式中若原子出現(xiàn)雙鍵或三鍵，原子一定參與形成π鍵 ，減去σ鍵，剩下鍵是該原子參與形成的π鍵的數(shù)目。在教學(xué)中，有同學(xué)提出疑問：為什么兩原子之間不能形成兩個(gè)σ鍵？其實(shí)只要根據(jù)σ鍵和π鍵的構(gòu)成特點(diǎn)簡(jiǎn)單分析就解決了，因?yàn)槿粢辉油瑫r(shí)有兩條原子軌道頭碰頭與另一原子形成σ鍵，豈不是這個(gè)原子上這兩條原子軌道的伸展方向一樣（軌道夾角為0。），這顯然與原子軌道理論不一至。

（2）根據(jù)VSEPR模型來判斷

若VSEPR模型中，對(duì)于中心原子：價(jià)電子數(shù)=σ鍵數(shù)+2×孤電子對(duì)數(shù)，則中心原子一定不存在π鍵;價(jià)電子數(shù)>σ鍵數(shù)+2×孤電子對(duì)數(shù)，中心原子存在π鍵。

[例] ?SO2 ：價(jià)電子數(shù)=6，σ鍵=2，孤電子對(duì)數(shù)=（6-2×2）/2=1

6>2+2×1，也就是硫原子有些價(jià)電子去參與形成π鍵。

對(duì)于非中心原子：σ鍵數(shù)=8-價(jià)電子數(shù)，非中心原子不存在π鍵。σ鍵數(shù)<8-價(jià)電子數(shù)，非中心原子存在π鍵氧原子。

[例] ?SO2 ： 每個(gè)氧原子只有1個(gè)σ鍵，顯然比理論值2要小，氧原子參與形成π鍵。

（3）根據(jù)中心原子的雜化方式判斷

一般來說，若中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，中心原子軌道雜化方式是SP3，則中心原子不存在π鍵，因?yàn)橹行脑右巡淮嬖诙嘤嗟腜軌道去形成π鍵，也不存在多余的電子對(duì)數(shù)作為配體去形成配位π鍵。當(dāng)然，中心原子若軌道雜化方式是SP2或SP，則中心原子有可能存在π鍵，還要具體結(jié)合VSEPR模型來判斷。

2.π鍵是怎樣形成的

確定了VSEPR模型和分子的空間構(gòu)型后，中心原子沒有參加雜化的P軌道的其他價(jià)電子形成π鍵，連續(xù)相鄰的多個(gè)原子之間的形成π鍵稱為離域π鍵，或叫大π鍵。

CO是N2的等電子體，結(jié)構(gòu)相似，但不同的是CO結(jié)構(gòu)中，其中π鍵的電子對(duì)是氧原子提供的，抵消了其他兩鍵的部分極性，使得CO分子的極性較弱。

SO2 和O3是等電子體，結(jié)構(gòu)相似，對(duì)于SO2中心硫原子，分析VSEPR模型時(shí)，計(jì)算：硫原子孤電子對(duì)數(shù)=（6-2×2）/2=1，公式中的“2×2”其中的“2”指一個(gè)氧原子會(huì)消耗硫原子2個(gè)電子去形成共價(jià)鍵，當(dāng)然隱含著形成π鍵。正是這一點(diǎn)教材沒有解釋清楚，硫原子共被消耗4個(gè)（2×2）電子去形成化學(xué)鍵，其中有2×1=2個(gè)電子形成2個(gè)σ鍵，剩下2個(gè)電子去形成π鍵，這2個(gè)電子不是孤對(duì)電子，真正的孤對(duì)電子是在其中一條SP2軌道上。

有些學(xué)生根據(jù)不精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu) ? ? ? ?，一個(gè)σ鍵0—S 只消耗硫1個(gè)電子，把公式中的“2×2”改成“2×1”，結(jié)果算出孤電子對(duì)數(shù)為2，甚至認(rèn)為硫原子采取SP3 雜化方式，結(jié)果就與教材大相徑庭了。其中，從非中心原子氧原子來說，氧原子不可能只形成一個(gè)σ鍵，因?yàn)檠踉?條P軌道有單電子，一個(gè)氧原子要形成2個(gè)化學(xué)鍵。

在分析各種分子的中心原子的VSEPR模型或軌道雜化方式時(shí)，真正的孤對(duì)電子放在雜化軌道上，在沒有雜化的P軌道上多余的價(jià)電子參與形成π鍵。例如，在SO2的π鍵是硫原子的沒有雜化P軌道電子對(duì)與兩氧原子的P軌道單電子形成的離域π34鍵，在分析π34鍵的電子數(shù)時(shí)，不要把兩側(cè)氧原子的兩對(duì)孤電子對(duì)算入，因?yàn)閮蓪?duì)孤電子對(duì)是基態(tài)原子時(shí) S軌道和 一條P軌道的電子對(duì)，較為穩(wěn)定，不參成π鍵，也不要把硫原子的孤電子對(duì)算入π鍵的電子。這些就解釋了本文中開頭學(xué)生提出的問題。

對(duì)于某些無機(jī)物的π鍵的形成的機(jī)理，特別中心原子的原子軌道的雜化方式有不同的解釋，如SO3，也有認(rèn)為硫原子三條SP2雜化軌道單電子分別與三個(gè)氧原子PX軌道單電子形成3個(gè)σ鍵。同時(shí)，硫原子又采取Pd2雜化，三條平行軌道并垂直于σ鍵的平面三角形，同分別容納另三個(gè)價(jià)電子，與三個(gè)氧原子的另一有單電子P軌道，形成π46鍵。

對(duì)于二氧化碳的兩個(gè)π34鍵，要注意的是兩側(cè)的氧原子各有一對(duì)2S軌道上孤電子對(duì)沒有參加成鍵，因?yàn)樾纬搔墟I是P軌道的電子。

二、有關(guān)氫鍵或配位鍵的組合教學(xué)

高中化學(xué)幾本教材相對(duì)獨(dú)立，有些內(nèi)容表面不存在內(nèi)在的聯(lián)系，在教學(xué)中要善于把前后凌亂的知識(shí)擰成一團(tuán)，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理和科學(xué)精神的核心素養(yǎng)。這種組合教學(xué)的處理，同時(shí)又能讓學(xué)生樹立學(xué)習(xí)化學(xué)的信心。

1.膽礬存在配位鍵和氫鍵

初中教學(xué)中，對(duì)于膽礬（CuSO4·5H2O）中的5H2O，只是簡(jiǎn)單說是結(jié)晶水。在學(xué)習(xí)配位鍵的內(nèi)容時(shí)，膽礬（CuSO4·5H2O）顯藍(lán)色是因?yàn)榫w中含有[Cu（H2O）4]2+，從而介紹四水化銅離的配位鍵。然而膽礬中的Cu元素與H2O的粒子比例是1：5，由于教材章節(jié)安排，沒有任何解釋，學(xué)到氫鍵時(shí)，若把膽礬（CuSO4·5H2O）的結(jié)構(gòu)顯示出來，對(duì)于5H2O就一目了然了。作為配體的H2O與形成氫鍵H2O分子數(shù)比4：1，膽礬的化學(xué)式寫成[Cu（H2O）4]SO4·H2O，藍(lán)色的晶體如此細(xì)節(jié)的結(jié)構(gòu)，前后知識(shí)達(dá)到完美的組合，同時(shí)把初中就熟悉的絢麗奪目的藍(lán)色晶體的微觀有了深入的了解，宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)的教學(xué)體現(xiàn)淋漓盡致。

2.一水合氨分子的結(jié)構(gòu)

3.硼酸的酸性

在《必修1》，教材對(duì)于H3BO3是一元一元弱酸原理，沒解釋。學(xué)習(xí)《選修3》：硼酸分子的結(jié)構(gòu)（HO）3B ，不含非羥基氧原子，酸性不是分子直接電離出H+，硼是缺電子原子有空軌道，能加合水分子的氫氧根離子，形成配位鍵

硼的最高配位數(shù)是4，所以硼酸分子只能接受一個(gè)OH- ，只能生成一個(gè)H3O+ ，是一元弱酸。硼酸酸性和NH3堿性原理都與形成酸位鍵有關(guān)，只不過一個(gè)是電子對(duì)接受體，另一個(gè)是電子對(duì)供體而已。

總之，在教學(xué)過程中，教師注重知識(shí)生成過程、證據(jù)推理的和模型認(rèn)知，準(zhǔn)確把握前后知識(shí)關(guān)聯(lián)性，就能逐步培養(yǎng)學(xué)生從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題的能力。