價層電子對互斥理論教學(xué)盲區(qū)與實踐優(yōu)化

劉宗懷，何學(xué)俠，陳沛，石峰

陜西師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710119

1 引言

結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是人類認識和研究開發(fā)新物質(zhì)的永恒主題，物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)，性質(zhì)是結(jié)構(gòu)特征的具體反映。無機化學(xué)是大學(xué)生接觸的第一門化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程，原子結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容幫助學(xué)生打開了認識微觀世界的大門，而分子結(jié)構(gòu)則開啟了學(xué)生探索微觀世界和宏觀世界的通道，是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的重要教學(xué)內(nèi)容之一。因此，對分子結(jié)構(gòu)知識的正確理解和掌握是學(xué)生認識和理解化合物的基礎(chǔ)，而共價鍵理論是分子結(jié)構(gòu)形成和化學(xué)知識體系構(gòu)建的樞紐，對學(xué)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的學(xué)習(xí)和掌握有著重要的影響[1]。

共價鍵理論是三種化學(xué)鍵理論之一，價層電子形成共用電子對是表現(xiàn)形式，而基于原子軌道或者電子云重疊程度不同而導(dǎo)致的化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)顯著差別是本質(zhì)[2]。在共價鍵理論的形成過程中，先后發(fā)展形成了經(jīng)典價鍵理論及現(xiàn)代價鍵理論(四種典型理論)模型用于解釋分子或離子的構(gòu)型及共價鍵形成本質(zhì)。國內(nèi)外無機化學(xué)現(xiàn)有教材體系，主要以共價鍵理論提出和問題解決時間為線索進行教學(xué)順序編排。1916年，美國化學(xué)家Lewis依據(jù)同種元素原子之間及電負性相近的不同元素原子之間可以通過共用電子對形成分子，將通過共用電子對形成的化學(xué)鍵稱為共價鍵，提出了經(jīng)典共價鍵理論，初步解釋了一些簡單非金屬原子間形成共價分子或離子過程，明確表示了共價鍵和離子鍵的區(qū)別[3]。20世紀(jì)30年代初，量子力學(xué)的逐步建立為共價鍵理論發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，開辟了描述共價鍵本質(zhì)的現(xiàn)代價鍵理論新時代。1927年，德國化學(xué)家Heitle和London應(yīng)用量子力學(xué)，通過計算兩個自旋相反和自旋平行的氫原子所構(gòu)成的基態(tài)分子和排斥態(tài)分子的電子云分布，成功指出H2分子形成過程本質(zhì)是電子云在兩原子核間重疊而導(dǎo)致體系能量降低。共價鍵的結(jié)合力是兩個原子核對共用電子對形成的負電區(qū)域吸引力，而不是陰、陽離子之間的庫侖作用力，簡明闡述了簡單分子共價鍵形成的過程和本質(zhì)[4]。1930年，美國化學(xué)家Pauling采用量子力學(xué)對H2分子成鍵過程的共價鍵本質(zhì)進行進一步分析，說明了共價鍵的方向性和飽和性，但對于一些多原子分子共價鍵的形成過程及分子空間構(gòu)型不能得到充分而合理的解釋。1931年，為了充分說明多原子分子共價鍵形成過程及分子空間構(gòu)型，Pauling提出了雜化軌道理論，較為直觀地闡明了多原子分子共價鍵形成過程和分子或離子空間構(gòu)型，為闡明一些多原子分子或離子空間構(gòu)型提供了新途徑[5]。依據(jù)雜化軌道理論，科學(xué)家較為合理地解釋了一些多原子分子或離子中共價鍵的方向性和空間構(gòu)型。盡管雜化軌道理論對于分子或離子形成過程給予了清晰說明，但在處理多原子分子共價鍵形成過程和分子或離子空間構(gòu)型時常常感到困惑，即不能清晰確定分子或離子中中心原子雜化類型，使得該理論應(yīng)用受到限制。1940年，為了解決雜化軌道理論難以確定一個分子具有哪種構(gòu)型以及中心原子發(fā)生哪種雜化的困難，Sidgwick提出概念簡單、又能比較準(zhǔn)確判斷分子構(gòu)型及雜化方式的理論模型，隨后經(jīng)過科學(xué)家Gillespie等加以發(fā)展修正，逐步形成了定性判斷分子結(jié)構(gòu)的價層電子對互斥理論(VSEPR)，開啟了科學(xué)工作者定性研究分子結(jié)構(gòu)新階段[6]。

VSEPR理論的最大優(yōu)勢是比較簡單，容易理解和學(xué)習(xí)掌握，特別是對于絕大多數(shù)ABn型簡單共價分子或離子幾何構(gòu)型可以做出較為準(zhǔn)確的推測和判斷。相比雜化軌道理論只能解釋已知幾何構(gòu)型簡單共價分子或離子幾何構(gòu)型，VSEPR是判斷未知簡單共價分子或離子幾何構(gòu)型的有效手段，因而在大部分教材體系中均有講授，受到了教師和學(xué)生的普遍認可。但是，筆者在VSEPR理論教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，目前無機化學(xué)教材及教學(xué)體系在編排VSEPR教學(xué)內(nèi)容時，存在教學(xué)內(nèi)容安排隨意、理論本質(zhì)描述不深入、各種假設(shè)和未說明因素較多、教學(xué)順序不符合認知規(guī)律等問題，使得學(xué)生對于該理論的學(xué)習(xí)和應(yīng)用產(chǎn)生諸多困惑，學(xué)習(xí)效果大打折扣。為此，在教學(xué)實踐過程中，針對VSEPR理論教學(xué)過程中存在的一些認知困惑，我們對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程進行了優(yōu)化實踐，取得了較為滿意的教學(xué)效果。

2 VSEPR理論教學(xué)過程中的幾個盲區(qū)

2.1 電子對相互排斥機理闡述不明確

現(xiàn)有大部分無機化學(xué)教材對于VSEPR理論的描述是：分子或離子的幾何構(gòu)型由中心原子或離子周圍的價層電子對決定，且電子對總是采取排斥作用最小的幾何構(gòu)型，以達到體系的能量保持最低。價層電子對包括成鍵電子對和孤電子對，當(dāng)知道成鍵電子對和孤電子對數(shù)目時，即可判斷分子或離子的幾何構(gòu)型[2,3,7]。教材如此描述的優(yōu)點是學(xué)生感覺該理論簡單、容易理解，是非常實用的判斷分子或離子空間構(gòu)型的有效手段。但是，大多數(shù)無機化學(xué)教材中電子對相互排斥力機理未能清楚闡明，學(xué)生的誤區(qū)是電子帶負電荷，因而電子對之間的排斥力就是靜電排斥作用力。

Gillespie在提出VSEPR理論時就明確指出，VSEPR的理論基礎(chǔ)是Pauli不相容原理，即在空間排布中自旋相同的電子盡可能地彼此遠離，VSEPR相互排斥力主要來自與自旋相關(guān)Pauli效應(yīng)產(chǎn)生的Pauli斥力和靜電相關(guān)的靜電斥力兩部分作用力[8]。依據(jù)Pauli不相容原理，當(dāng)自旋相反的電子相互靠近時趨向形成能量降低的Pauli穩(wěn)定效應(yīng)，而當(dāng)自旋同向的電子間軌道回避的量子效應(yīng)產(chǎn)生Pauli斥力。通常，Pauli斥力大小與自旋同向電子間距離的8-10次方成反比，而靜電斥力與同性電荷之間距離的2次方成反比[9]。即與靜電斥力相比，Pauli斥力是化學(xué)鍵范圍的近程相互作用力，因而通常可以不考慮由該斥力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)因素，即形成了目前大多數(shù)認為靜電斥力是決定簡單共價分子或離子空間構(gòu)型的主要力量。但是，在簡單共價分子中心原子周圍很小的范圍內(nèi)，正是Pauli斥力起決定作用的有效距離，使得Pauli斥力比靜電斥力顯得更加重要。即使自旋相反的一對價電子在配體作用下共居于同一定域軌道內(nèi)，Pauli斥力仍然迫使定域軌道間有盡可能遠的間隔，是VSEPR相互排斥的主要原因。隨著距離的不斷增大，Pauli斥力急劇下降，即只有在VSEPR近程作用時，Pauli斥力是主要作用力，而當(dāng)價層電子對相對遠時，則靜電斥力成為主要考慮的影響因素。因此，在進行VSEPR理論教學(xué)過程中，應(yīng)該給學(xué)生講清楚VSEPR理論電子對排斥力的本質(zhì)，不能使學(xué)生簡單理解電子對之間的排斥力就是靜電排斥作用力，要讓學(xué)生明確Pauli不相容原理是近程作用時廣泛適用的基本性質(zhì)，價層電子對在化學(xué)鍵范圍作用時主要考慮Pauli斥力，而當(dāng)相互作用距離大于化學(xué)鍵范圍時，靜電斥力則成為主要考慮因素。

2.2 氧原子作為端位原子不提供價電子等假設(shè)難理解

VSEPR理論指出，對于ABn構(gòu)型的簡單分子或離子，中心原子A的價電子(即最外層)電子對彼此排斥而盡可能地遠離，最終形成高度對稱的空間排布結(jié)構(gòu)。分子中除了電子對間的排斥力之外，所有電子對還受到A、B原子核的吸引力，當(dāng)吸引力和排斥力達到平衡時，價層電子對的位置得到確定，且價層電子對在中心原子周圍排布情況與價層電子對數(shù)目有關(guān)。因此，確定中心原子(或離子)周圍價層電子對數(shù)目，對于利用VSEPR判斷分子或離子空間構(gòu)型非常重要。

目前，大多數(shù)無機化學(xué)教材對于確定中心原子(或離子)價層電子對方法統(tǒng)一性不足，導(dǎo)致計算方法多樣性及各種假設(shè)條件存在，而比較直觀且普遍的確定方法是直接規(guī)定給出價層電子對數(shù)(Z)的計算公式[10]，即Z= (a+nb±y)/2，其中a為中心原子A的價電子數(shù)，n為H、鹵素、O、S等端位原子數(shù)，b為端位原子提供的電子數(shù)，y為離子所帶電荷數(shù)，陽離子為“-”而陰離子為“+”。該式的物理意義是中心原子周圍的總價層電子數(shù)等于中心原子的基態(tài)價層電子數(shù)和端位原子提供的價層電子數(shù)之和。在該價層電子對數(shù)計算規(guī)則中，計算端位原子提供電子數(shù)時規(guī)定，H和鹵素為1，而O和S為端位原子時不提供價電子，而作為中心原子時提供6個價電子[11]。這種直接規(guī)定計算價層電子對數(shù)方法非常簡單，當(dāng)確定了中心原子和端位原子后，應(yīng)用規(guī)定原則就能方便地計算出價層電子總數(shù)，從而容易確定分子(或離子)的空間構(gòu)型。但是，這樣的規(guī)定常常給學(xué)生造成困惑，即為什么鹵族原子為端位原子只提供1個價電子，而O及其氧族原子為端位原子時又不提供價電子，且N和C作為端位原子時提供的價電子數(shù)也沒有明確說明，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)過程中認為該理論嚴謹度不夠、隨機性大和難以理解。

2.3 VSEPR理論與雜化軌道理論本質(zhì)區(qū)別闡述不清晰

在現(xiàn)代價鍵理論教學(xué)過程中，基于VSEPR理論在預(yù)測簡單共價分子或離子空間構(gòu)型上的可有效操作性及雜化軌道理論對于分子或離子空間構(gòu)型確定的相對圓滿性，授課老師通常是先用VSEPR理論預(yù)測分子或離子的空間構(gòu)型，本著VSEPR理論預(yù)測的空間構(gòu)型就是相應(yīng)分子或離子中中心原子雜化軌道形狀的誤解，再應(yīng)用雜化軌道理論解釋所預(yù)測分子或離子的空間構(gòu)型，對于大部分主族元素構(gòu)成的分子或離子確定構(gòu)型得到了較為圓滿的結(jié)果。即先用VSEPR理論預(yù)測空間構(gòu)型，再用雜化軌道理論進行分析解釋，能夠比較圓滿地預(yù)測和解釋分子或離子的空間構(gòu)型。

但是，這樣的教學(xué)處理過程容易導(dǎo)致學(xué)生將VSEPR理論與雜化軌道理論相混淆，不能分辨兩種理論的本質(zhì)區(qū)別。雜化軌道理論的優(yōu)勢是能夠直觀地解釋共價鍵的方向性和分子的空間構(gòu)型，缺陷是不能確定分子的雜化類型。而VSEPR理論可以簡單明了地解釋、判斷和預(yù)測分子的空間構(gòu)型，可用于判斷分子的雜化類型，缺陷是不能解釋共價鍵的形成過程，也不能區(qū)分單鍵、雙鍵和叁鍵。因此，對于已知空間構(gòu)型的分子或離子，應(yīng)用雜化軌道理論可以清楚解釋其成鍵過程，而對于分子或離子空間構(gòu)型預(yù)測顯得不足。相反，VSEPR理論主要依據(jù)價層電子對相互排斥這一主要因素，再結(jié)合分子或離子幾何知識對其空間構(gòu)型進行預(yù)測。同時，VSEPR理論不考慮中心原子雜化軌道形狀，僅僅依據(jù)價層電子對數(shù)目及幾何知識實現(xiàn)對分子或離子空間構(gòu)型預(yù)測。因此，兩種理論既有緊密聯(lián)系而又有本質(zhì)上的區(qū)別。

3 價層電子對互斥理論教學(xué)實踐優(yōu)化

3.1 明確端位原子提供價電子數(shù)的規(guī)定原因

根據(jù)中心原子族數(shù)及端位原子提供的電子數(shù)確定價層電子對數(shù)，再依據(jù)中心原子周圍的價層電子對之間排斥力最小，是目前許多無機化學(xué)教材推測簡單分子(或離子)空間構(gòu)型的主要處理方法[3,4,12]。在VSEPR理論教學(xué)過程中，我們也依據(jù)該定義規(guī)則，即中心原子提供的價電子數(shù)為其價層電子數(shù)，鹵族原子和氫原子作為端位原子時提供1個價電子，O原子為端位原子時不提供價電子，通過簡單計算確定價層電子對總數(shù)，從而判斷分子或離子的空間構(gòu)型。但是，在應(yīng)用該方法進行簡單分子(或離子)空間構(gòu)型判斷過程中，學(xué)生的最大困惑是為什么直接規(guī)定鹵族原子作為端位原子提供1個價電子，而O原子為端位原子不提供價電子？且未能進行這些規(guī)定的原因說明。因此，教學(xué)過程中進一步說明O原子為端位原子時不提供價電子的規(guī)定原因，是學(xué)生學(xué)習(xí)和進一步理解VSEPR理論必不可少的環(huán)節(jié)。為此，教學(xué)過程中，我們在根據(jù)中心原子周圍價層電子對數(shù)判斷分子(或離子)空間構(gòu)型的基礎(chǔ)上，依據(jù)學(xué)生掌握的Lewis八隅律共用電子對理論，即氫原子周圍需要2個電子而非氫原子周圍需要8個電子才能達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的知識，并參考其他學(xué)者對于O原子為端位原子不提供價電子的討論和應(yīng)用實例[13-15]，通過計算不同主族元素為端位原子時的價層電子對數(shù)，向?qū)W生說明O原子作為端位原子不提供價電子的規(guī)定原因。

首先我們從定性角度對于O原子作為端位原子不提供價電子規(guī)定進行了分析說明。在經(jīng)典價鍵理論中，氧族元素原子作配體時有2種情況，第一種情況是氧族元素原子單純接受中心原子1對價電子形成配位鍵，那么氧族元素原子自然不提供價電子；第二種情況是O原子與中心原子之間形成雙鍵(1個σ鍵和1個π鍵)，即氧族元素原子提供了2個價電子用于成鍵。但是在應(yīng)用VSEPR理論判斷分子或(離子)空間構(gòu)型時，主要考慮σ鍵數(shù)而不考慮π鍵數(shù)，這樣原子O實際只貢獻1個電子，但是π鍵形成卻又額外消耗了中心原子1個價電子，因而總體上相當(dāng)于氧族元素作為端位原子沒有提供價電子。

同時，我們也借助Lewis八隅律穩(wěn)定結(jié)構(gòu)規(guī)律，通過簡單計算進一步說明該規(guī)定的原因。對于ABn型簡單分子，中心原子A的價電子數(shù)為a，n個端位原子B的價電子數(shù)各為b，中心原子A的價電子對數(shù)包括成對電子數(shù)和未成對電子數(shù)。依據(jù)Lewis八隅律穩(wěn)定結(jié)構(gòu)特征，端位原子為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的非H原子，其端位原子個數(shù)可確定中心原子的成對電子數(shù)為n，而未成對電子對數(shù)可由中心原子和端位原子提供的總價電子數(shù)之和減去端位原子8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)電子數(shù)進行計算，其值為I= (a+nb- 8n)/2。因此，中心原子A的價層電子對數(shù)為：m= 成對電子數(shù)(n) + 未成對電子數(shù)(I) =n+ (a+nb- 8n)/2 =(a+ (b- 6)·n)/2，即ABn型簡單分子(或離子)的價電子由中心原子價電子數(shù)a及n個端位原子提供的價電子數(shù)b- 6組成。對于端位原子為氧族元素如O和S時，其提供的價電子數(shù)為6 - 6 = 0；當(dāng)鹵族原子為端位原子時，其提供的價電子數(shù)為7 - 6 = 1；而拓展到氮族原子為端位原子時，則其提供的價電子數(shù)為5 - 6 = -1。因此，依據(jù)定義規(guī)則計算價層電子對數(shù)時，賦予了如O原子為端位原子時不提供價電子，使得學(xué)生理解O為端位原子不提供價電子的規(guī)定原因，釋疑了學(xué)生對于該問題的疑問和困惑。

3.2 O原子位置及成鍵類型對分子(或離子)結(jié)構(gòu)影響

VSEPR理論在預(yù)測判斷簡單ABn型分子(或離子)構(gòu)型時，在O原子為端位原子時不提供價電子規(guī)定基礎(chǔ)上，通過計算中心原子A周圍的價層電子對數(shù)目，取得了對許多分子(或離子)空間構(gòu)型較為滿意的預(yù)測判斷，為學(xué)習(xí)者理解分子(或離子)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)提供了有益的信息。對于簡單ABn分子(或離子)，中心原子A與端位原子僅通過σ鍵形成的分子(或離子)，VSEPR理論預(yù)測其空間構(gòu)型具有絕對的準(zhǔn)確性。但是，中心原子A與端位O原子結(jié)合形成分子(或離子)時，分子(或離子)的空間構(gòu)型判斷需要根據(jù)O原子所處位置及其成鍵類型綜合分析。

通常，兩種情況需要給予高度關(guān)注，一是O原子為端位原子時，盡管根據(jù)O原子不提供價電子可以判斷得到分子(或離子)的空間構(gòu)型，但需要充分說明在這種情況下，O原子一般是通過雙鍵或大π鍵與中心原子相連，而由于雙鍵中的π鍵或大π鍵對分子骨架結(jié)構(gòu)影響較小，分子結(jié)構(gòu)主要由σ鍵構(gòu)成的骨架決定，從而才能得出中心原子周圍價層電子對數(shù)與其分子構(gòu)型一致的結(jié)論，否則可能得到不合適的結(jié)果。如對于CO2、SO3、分子的空間構(gòu)型預(yù)測時，如果不考慮中心原子與端位O原子之間的雙鍵或大π鍵，僅僅根據(jù)O原子為端位原子不提供價電子，將導(dǎo)致計算得到的中心C原子周圍的價層電子對數(shù)目為2，SO3和中心原子周圍的價電子對數(shù)均為3。即雖然通過O原子為端位原子不提供價電子規(guī)定可以簡單計算中心原子周圍的價層電子對數(shù)，依據(jù)該價層電子對數(shù)可以判斷得到分子(或離子)相對應(yīng)的空間構(gòu)型，但是中心原子周圍的實際電子對數(shù)及其物理意義不完整。因此，將VSEPR理論用于諸如CO2與SO3等O原子為端位原子的分子空間構(gòu)型判斷時，要給學(xué)生講清分子空間構(gòu)型與其實際結(jié)構(gòu)的本質(zhì)差別。二是當(dāng)中心原子A與非端位原子O如—OH鍵合時，O原子不提供價電子的規(guī)定就不能適用。盡管應(yīng)用O原子為端位原子不提供價電子的規(guī)定，可以計算得到如離子中心S原子周圍價電子對數(shù)為4，判斷該離子空間構(gòu)型為正四面體。但是，在離子結(jié)構(gòu)中，有兩個O原子為端位原子與中心S原子形成共價配鍵，而另外兩個O原子作為非端位原子與S原子形成普通單鍵，因而這兩個O原子實際向中心原子S各提供了1個價電子[16]。因此，當(dāng)O原子作為非端位原子與中心原子成鍵時，盡管用VSEPR理論預(yù)測得到了分子(或離子)的空間構(gòu)型，但是對于形成分子(或離子)結(jié)構(gòu)的影響需要學(xué)生充分認識。

3.3 闡明多重鍵對于分子(或離子)空間構(gòu)型的影響

對ABn簡單分子(或離子)，在應(yīng)用VSEPR理論定性判斷分子(或離子)的空間構(gòu)型時，其空間構(gòu)型主要取決于中心原子與端位原子之間形成的σ鍵，而定域π鍵及離域大π鍵對分子骨架結(jié)構(gòu)雖有影響，但是不影響整體構(gòu)型。通常，由于定域π鍵及離域大π鍵的存在位置對相鄰價層電子對具有較大的斥力，進而對存在多重鍵分子(或離子)的鍵能及鍵角等鍵參數(shù)將產(chǎn)生較大的影響[17]。因此，對于含有多重鍵分子(或離子)的空間構(gòu)型定性判斷中，通常將其電子對數(shù)目看作是等于分子(或離子)所含的σ鍵個數(shù)。

ABn簡單分子(或離子)中心原子A與端位原子B之間既可以σ單鍵連接，也可以除σ鍵外的π鍵及離域大π鍵等多重鍵成鍵。一般中心原子A和端位原子B之間形成的σ鍵決定分子的骨架，而未參于形成σ鍵的p軌道從側(cè)面重迭形成π鍵，因此分子(或離子)中存在π鍵及離域大π鍵等多重鍵不影響其空間構(gòu)型。鑒于學(xué)生已經(jīng)具有Lewis電子結(jié)構(gòu)式和共價鍵(σ鍵和π鍵)知識，在應(yīng)用VSEPR理論定性判斷含有多重鍵分子(或離子)空間構(gòu)型時，需要給學(xué)生明確說明多重鍵對于分子(或離子)結(jié)構(gòu)的影響。為此，在教學(xué)中需要明確指出，對于該類分子(或離子)空間構(gòu)型判斷時，主要考察中心原子A與端位原子B之間以共用電子對形成σ鍵及其數(shù)目，由這些σ鍵構(gòu)建分子(或離子)的空間構(gòu)型骨架，而π鍵及離域大π鍵等多重鍵對于形成分子(或離子)的空間構(gòu)型影響不顯著，主要影響形成分子(或離子)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如鍵能及鍵角等鍵參數(shù)。如利用VSEPR理論判斷CO2分子空間構(gòu)型時，依據(jù)中心C原子與端位O原子形成2個σ鍵，分子空間構(gòu)型定性判斷為直線型分子。在此基礎(chǔ)上，通過進一步分析在CO2分子中，還存在兩個三中心四電子的離域大π鍵，盡管這兩個離域大π鍵對分子空間構(gòu)型沒有本質(zhì)影響，但是對于中心原子C與配位原子O之間的鍵能及鍵長會產(chǎn)生較大影響。

3.4 VSEPR理論教學(xué)內(nèi)容置于雜化軌道理論之前

無機化學(xué)教材中的四種共價鍵理論都是從成鍵原子角度研究共價鍵形成，主要關(guān)注共價鍵形成過程及分子的空間構(gòu)型。因此，圍繞共價鍵形成過程及形成分子空間構(gòu)型，教材中對于相關(guān)教學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)了不同順序的編排，且主要區(qū)別在于雜化軌道理論和價層電子對互斥理論的教學(xué)順序安排，目前較多教材將價層電子對互斥理論置于雜化軌道理論之前進行教學(xué)。雜化軌道理論和VSEPR理論的基本出發(fā)點，都是基于分子中中心原子價電子對采取何種構(gòu)型使分子能量最低。因此，教學(xué)實踐者往往根據(jù)自己的教學(xué)體會，采取與教學(xué)邏輯相適應(yīng)的順序完成教學(xué)。

經(jīng)過長期教學(xué)實踐和學(xué)生對教學(xué)效果評判分析，在共價鍵理論體系教學(xué)過程中，我們依據(jù)Lewis理論→價鍵理論→VSEPR理論→雜化軌道理論→分子軌道理論順序完成相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容，即將VSEPR理論編排在雜化軌道理論之前進行教學(xué)。這樣的教學(xué)安排依據(jù)是，學(xué)生通過原子結(jié)構(gòu)一章的學(xué)習(xí)，已經(jīng)擁有原子核外電子及價電子排布的相關(guān)知識，因而在共價鍵理論教學(xué)中開始講授Lewis理論，教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生擁有的原子核外電子排布知識緊密結(jié)合，學(xué)生對于教學(xué)內(nèi)容容易理解掌握。在原子核外價電子排布及Lewis理論知識學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，遞進法學(xué)習(xí)價鍵理論，達到學(xué)生理解和掌握共價鍵形成過程及本質(zhì)。隨后依據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)，對于形成的分子(或離子)空間構(gòu)型進行定性判斷。VSEPR理論及雜化軌道理論是判斷分子(或離子)空間構(gòu)型的有效手段，我們認為將VSEPR理論置于雜化軌道理論之前進行教學(xué)的安排有三點優(yōu)勢，一是符合由淺入深的教學(xué)規(guī)律，VSEPR理論實際上是Lewis電子配對理論的進一步延伸，放在雜化軌道理論之前具有承上啟下和循序漸進的教學(xué)效果；二是VSEPR理論對分子(或離子)空間構(gòu)型判斷簡單，學(xué)生在理解規(guī)則基礎(chǔ)上容易判斷空間構(gòu)型，達到事半功倍的效果；三是借助于VSPER理論確定的分子(或離子)空間構(gòu)型，將為雜化軌道理論判斷分子(或離子)中心原子雜化類型提供重要的參考，使得學(xué)生在應(yīng)用VSEPR理論定性判斷分子(或離子)空間構(gòu)型基礎(chǔ)上，通過雜化軌道理論的討論學(xué)習(xí)，對于分子(或離子)的結(jié)構(gòu)特征有進一步的認識。

4 結(jié)語

本文針對VSEPR理論教學(xué)中學(xué)生對電子對相互排斥本質(zhì)不易理解，氧原子作為端位原子不提供價電子假設(shè)難理解和VSEPR理論與雜化軌道理論本質(zhì)區(qū)別不清晰等教學(xué)盲區(qū)，提出了VSEPR理論教學(xué)實踐優(yōu)化的具體手段，即通過明確端位原子提供價電子數(shù)的規(guī)定原因，闡明O原子位置及成鍵類型對分子(或離子)結(jié)構(gòu)影響，明確多重鍵對于分子(或離子)空間構(gòu)型的影響和將VSEPR理論教學(xué)內(nèi)容置于雜化軌道理論之前等教學(xué)實踐，加強了學(xué)生對VSEPR理論的理解，增強了分子空間構(gòu)型準(zhǔn)確判斷能力的提升。