運(yùn)用甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)巧妙思維分子的極性

1、運(yùn)用甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)巧妙“思維”分子的極性廈門一中 胡端年關(guān)鍵詞：甲烷、正四面體、成鍵、孤對(duì)電子、極性分子、非極性分子、電荷重心、分子構(gòu)型摘要：有關(guān)分子的極性這一知識(shí)，在教學(xué)實(shí)踐中無(wú)論是教師教，還是學(xué)生學(xué)都存在如何突破這一難點(diǎn)的問題。雖然有路易斯理論、價(jià)鍵理論、雜化軌道理論、價(jià)層電子互斥理論、分子軌道理論、晶體場(chǎng)理論等較好地解釋了分子的極性，但這些理論，因涉及較深的數(shù)學(xué)和物理知識(shí)，中學(xué)沒有要求系統(tǒng)掌握，即便補(bǔ)充，學(xué)生也可能難于接受。本人認(rèn)為教師在高三總復(fù)習(xí)時(shí)，應(yīng)盡量借助一些簡(jiǎn)單的或?qū)W生已掌握的相關(guān)知識(shí)，再配合電腦動(dòng)畫和球棍模型，復(fù)雜理論具體化，讓學(xué)生有一定的親切感，達(dá)到事半功倍的效果。分子結(jié)

2、構(gòu)與分子極性的關(guān)系，對(duì)共價(jià)化合物來(lái)說(shuō)，我們應(yīng)根據(jù)分子中正負(fù)電荷重心能否重合來(lái)判斷分子的極性：如能重合則為非極性分子；如不能重合則為極性分子。但現(xiàn)教材對(duì)此沒有足夠的解釋，因此，使學(xué)生在判斷分子極性這一問題上存在一定的障礙，比如：NH3和BF3,從表觀上看沒有什么區(qū)別，但是NH3為極性分子，而BF3為非極性分子，本文就想在這方面談一談自己在實(shí)際教學(xué)中的做法運(yùn)用甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)巧妙“思維”分子的極性，另外，從近年的高考 試題的發(fā)散趨勢(shì)，順延個(gè)別典型離子的空間構(gòu)型，僅供參考。學(xué)生在高二學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)后，對(duì)甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)有了深刻的認(rèn)識(shí)，借助甲烷分子空間構(gòu)型，巧妙地引入中心原子成鍵后，外層八個(gè)（四對(duì)）

3、電子的伸展方向，由此可較好地分析多數(shù)分子的空間構(gòu)型： 甲烷分子的空間結(jié)構(gòu) 水分子的空間結(jié)構(gòu)NeN2CH3BrHFCH4NH4+H3O+NH2-OH-H2ONH3BF3CO2 由甲烷輻射出來(lái)的分子、離子結(jié)構(gòu)圖CH4：C原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，四個(gè)H原子各在一個(gè)伸展方向上，沒有孤對(duì)電子（未成鍵電子），所以分子是正四面體形，正負(fù)電荷重心能重合，是非極性分子。NH3：N原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，三個(gè)H原子各在一個(gè)伸展方向上，其它為1對(duì)孤對(duì)電子，所以分子是三角錐形，正負(fù)電荷重心不能重合，是極性分子。H2O：O原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為

4、中心原子，兩個(gè)H原子各在一個(gè)伸展方向上，其它為2對(duì)孤對(duì)電子，所以分子是V字形，而不是直線形，正負(fù)電荷重心不能重合，是極性分子。 HF：F原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，H原子在一個(gè)伸展方向上，其它為3對(duì)孤對(duì)電子，所以分子是直線形，是非極性分子。CO2：C原子作為中心原子，因?yàn)樾纬蓛蓚€(gè)C=O雙鍵，兩個(gè)O原子各占用兩個(gè)伸展方向，無(wú)孤對(duì)電子，所以為直線型，正負(fù)電荷重心能重合，是非極性分子。CH3Br：C原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，三個(gè)H原子各在一個(gè)伸展方向上，Br在另一個(gè)伸展方向上，所以分子是四面體形，正負(fù)電荷重心不能重合，是極性分子。N2：由于成鍵的原子

5、相同，共用電子對(duì)不偏向任何一方形成非極性鍵，所以，N2屬于非極性分子。Ne：Ne原子外層8個(gè)電子均沒有參與成鍵，作為中心原子，四個(gè)伸展方向，四對(duì)孤對(duì)電子各在一個(gè)伸展方向上，是非極性分子。通過(guò)運(yùn)用甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)，巧妙“思維”分子構(gòu)型，學(xué)生不僅不用再去死記硬背各種分子構(gòu)型，而且可以自己分析一些未學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)單的分子構(gòu)型，再結(jié)合正負(fù)電荷重心能否重合，可以輕松解決分子的極性問題。如講完上邊的幾種典型分子構(gòu)型后，可讓學(xué)生思考BF3、NH4+、H3O+、NH2-、OH-等粒子的構(gòu)型，學(xué)生發(fā)現(xiàn)成鍵后的B原子外層只有6個(gè)電子，那么構(gòu)型應(yīng)該和NH3不同，而NH4+與CH4相似，H3O+與NH3相似，NH2-與H

6、2O相似，OH-與HF相似。即：BF3：B原子成鍵后外層6個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，三個(gè)H原子各在一個(gè)伸展方向上，其它沒有孤對(duì)電子，所以分子是三角形，正負(fù)電荷重心能重合，為非極性分子。H3O+：O原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，三個(gè)H原子各在一個(gè)伸展方向上，其它為1對(duì)孤對(duì)電子，所以分子是三角錐形，與NH3相同。NH4+：N原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，四個(gè)H原子各在一個(gè)伸展方向上，沒有孤對(duì)電子，所以分子是正四面體形，與CH4相同。NH2-：N原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，兩個(gè)H原子各在一個(gè)伸展方向上，其它為2對(duì)孤對(duì)電子，

7、所以分子是V行，而不是直線形，與H2O相同。OH-：O原子成鍵后外層8個(gè)電子，四個(gè)伸展方向，作為中心原子，H原子在一個(gè)伸展方向上，其它為3對(duì)孤對(duì)電子，所以分子是直線形，與HF相同。通過(guò)上述事例我們不難看出判斷分子極性的規(guī)律： 一、多原子分子型：1、ADn型：看中心原子A是否有孤對(duì)電子：如果無(wú)孤對(duì)電子為非極性分子，例如：BF3、CCl4、CH4、CO2、SO3、SiF4等分子都屬于非極性分子；如果有孤對(duì)電子則為極性分子，例如：H2O、H2S、NH3、SO2、NO2、PCl3、O3等分子都屬于極性分子。注釋：孤對(duì)電子即未參與成鍵的最外層電子對(duì)。如NH3中N原子最外層5個(gè)電子只有3個(gè)電子分別與H原子

8、成鍵，剩下的2個(gè)電子叫做孤對(duì)電子。NH3分子中的N原子有孤對(duì)電子，而BF3中B原子最外層3個(gè)電子分別與H原子成鍵，無(wú)孤對(duì)電子，所以BF3是非極性分子。2、ADnEm型：由于此類分子中正負(fù)電荷中心不能否重合，所以不論中心原子A是否有孤對(duì)電子都屬于極性分子。如CH3Br、CH2 Br 2 、CH Br 3等分子都屬于極性分子。二、雙原子分子型：1、兩同種原子構(gòu)成的雙原子分子A-A型：由于成鍵的原子相同，共用電子對(duì)不偏向任何一方形成非極性鍵，所以，此類分子都屬于非極性分子。如F2、Cl2、Br2、I2、H2、O2、N2等。2、兩不種原子構(gòu)成的雙原子分子A-B型：由于成鍵的原子不同，共用電子對(duì)偏向吸電子能力強(qiáng)的一方形成極性鍵，所以，此類分子都屬于極性分子。如HF、HCl、HBr、HI、CO、NO等。三、單原子分子型：因?yàn)榇祟惙肿又胁淮嬖诨瘜W(xué)鍵，正負(fù)電荷重心能重合，如He、Ne、Ar、Kr等稀有氣體的分子等都屬于非極性分子。通過(guò)運(yùn)用甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)，巧妙“思維”分子的構(gòu)型，結(jié)合正負(fù)電荷中心能否重合，可以快速判斷分子的極性，大大降低本節(jié)知識(shí)的難度，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的思維能力。參考文獻(xiàn)1、周公度 段連運(yùn)。