江蘇省新海高級(jí)中學(xué)(222000)

楊 劍●

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巧用單電子配對(duì)法突破共價(jià)鍵學(xué)習(xí)的瓶頸

江蘇省新海高級(jí)中學(xué)(222000)

楊 劍●

電子式書寫是教學(xué)重點(diǎn)，共價(jià)鍵數(shù)目是教學(xué)難點(diǎn).單電子配對(duì)法可有效解決共價(jià)鍵數(shù)目，有效突破共價(jià)鍵學(xué)習(xí)的瓶頸.

單電子；電子式；共價(jià)鍵

現(xiàn)行中學(xué)教材對(duì)共價(jià)鍵知識(shí)的學(xué)習(xí)，主要停留在能用電子式表示共價(jià)分子的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而寫出共價(jià)分子的結(jié)構(gòu)式.筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：采用先電子式后結(jié)構(gòu)式的教學(xué)方法，學(xué)生對(duì)典型分子(H2、HCl、H2O、NH3、CH4)的教學(xué)效果較好，但對(duì)CO2、HClO、H2O2、N2H4、CxHy等電子式的書寫掌握較差，甚至對(duì)原子晶體(金剛石、晶體硅、碳化硅)及分子晶體(C60、 C70)中共價(jià)鍵目無從下手.筆者采用單電子配對(duì)法計(jì)算共價(jià)鍵數(shù)目，讓學(xué)生順利突破共價(jià)鍵學(xué)習(xí)的瓶頸.

一、單電子配對(duì)法的理論基礎(chǔ)

經(jīng)典共價(jià)鍵理論認(rèn)為原子間通過共用電子對(duì)形成共價(jià)鍵,現(xiàn)代價(jià)鍵理論認(rèn)為自旋相反的成單電子可以形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵.共價(jià)層電子對(duì)互斥理論的基礎(chǔ)是分子或離子的幾何構(gòu)型主要決定于與中心原子相關(guān)的電子對(duì)之間的排斥作用.可見，共價(jià)鍵的形成離不開單電子配對(duì).

二、單電子配對(duì)法在書寫共價(jià)分子電子式中的具體做法

1.寫出原子的電子式

2.計(jì)算共用電子對(duì)數(shù)目

價(jià)鍵理論中，成鍵的兩個(gè)原子的軌道發(fā)生重疊，一對(duì)電子位于兩個(gè)原子之間.例如氯元素的原子在化學(xué)反應(yīng)中易獲得一個(gè)電子，而氫元素的原子也容易獲得一個(gè)電子形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這兩種元素的原子相互作用的結(jié)果是雙方各以最外層一個(gè)電子組成一個(gè)電子對(duì)，為兩原子共用，在兩個(gè)原子核外的空間運(yùn)動(dòng)，從而使雙方都達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這種電子對(duì)叫做共用電子對(duì).共用電子對(duì)數(shù)目為各元素原子單電子數(shù)目和的一半，如HCl共用電子對(duì)數(shù)目為(1+1)/2=1；H2O共用電子對(duì)數(shù)目為(1+1+2)/2=2；N2H4共用電子對(duì)數(shù)目為(3+3+4)/2=5；CxHy共用電子對(duì)數(shù)目(4x+y)/2.

3.據(jù)對(duì)稱性原則書寫結(jié)構(gòu)式

4.將結(jié)構(gòu)式改成對(duì)應(yīng)的共用電子對(duì)

如HClO結(jié)構(gòu)式為H-O-Cl，共用電子對(duì)為H∶O∶Cl；H2O2結(jié)構(gòu)式為H-O-O-H，共用電子對(duì)為H∶O∶O∶H.

5.據(jù)各元素原子最外層電子數(shù)補(bǔ)全電子式

三、用單電子配對(duì)法計(jì)算原子晶體中共價(jià)鍵數(shù)目

金剛石、晶體硅、二氧化硅、碳化硅等原子晶體由于為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在計(jì)算它們共價(jià)鍵時(shí)難度較大，采用單電子配對(duì)法可有效解決此類問題.如金剛石晶體中每個(gè)碳原子與相鄰的4個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，1mol金剛石中共價(jià)鍵數(shù)目則不易得出，采用單電子配對(duì)法算出1mol碳單電子數(shù)為4mol,共用電子對(duì)為2mol，共價(jià)鍵為2mol；1mol晶體硅中共價(jià)鍵數(shù)目為4/2=2mol；1mol二氧化硅中共價(jià)鍵數(shù)目為(4+2+2)/2=2mol；1mol碳化硅中共價(jià)鍵數(shù)目為(4+4)/2=4mol.

四、用單電子配對(duì)法計(jì)算分子晶體(C60、C70)中共雙鍵數(shù)目

C60是一種由60個(gè)碳原子構(gòu)成的分子(物質(zhì)一般不由原子構(gòu)成),形似足球，又名足球烯.每個(gè)碳原子單電子為4，60個(gè)碳原子有240個(gè)單電子，可形成120個(gè)共價(jià)鍵，由C60分子結(jié)構(gòu)模型可以看出,每個(gè)碳原子與另三個(gè)碳原子成鍵,周圍有2個(gè)碳碳單鍵，1個(gè)碳碳雙鍵,所以C60分子中含單鍵數(shù)為120×1/2=60，碳碳雙鍵為(120-60)/2=30；同理，不難算出C70中共價(jià)鍵為(4×70)/2=140，單鍵數(shù)為70，雙鍵數(shù)為35.

用單電子配對(duì)法可有效解決共價(jià)物質(zhì)中共價(jià)鍵數(shù)目，前提是11～17號(hào)元素原子電子式按上下左右四個(gè)方向分別寫一個(gè)電子，多余電子成對(duì)，每個(gè)方向不超過兩個(gè)電子的方式書寫，且各原子單電子均成共價(jià)鍵.若有原子單電子未全部成鍵或?yàn)槎嘣庸灿脛t不能用單電子配對(duì)法，如SO3、SO2、NO2、NO、O3、苯等共價(jià)鍵數(shù)目則無法求出.

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