關于葉綠素中配位鍵的教學思考

湖北 邢泰宇 許劍平

2009年版人教版化學選修3第43頁將卟啉配合物葉綠素的結構表示為圖1。圖中上、下方的N原子與Mg原子以虛線相連，左、右方的N原子與Mg原子以實線相連。課本編寫者想表示這4個N原子原子與Mg原子原子間的成鍵情況不盡相同，用虛線和實線以示區別。那虛線和實線到底哪個表示配位鍵，亦或是表示一般共價鍵？

圖1 葉綠素結構1

一、葉綠素中鎂、氮原子的成鍵情況分析

1.虛線和實線表示配位鍵和一般共價鍵

該問題在中學化學界的爭論由來已久，2005年有文獻中闡述 ，虛線和實線分別表示兩個配位鍵、兩個共價鍵。有的老師認為，從中心離子Mg2+來看，一是鎂的電負性為1.2，金屬性較強，氮的電負性為3.0，非金屬性較強，二者電負性差異較大，一般不易通過共用電子對形成共價鍵；二則Mg2+帶有2個單位正電荷，電荷較高，利于形成較高配位數的配位單元，故此虛線和實線都表示配位鍵。還有的老師從氮原子成鍵情況分析：以虛線與Mg原子相連的N原子已經與C原子形成三個共價鍵，N原子上的三個成單電子均配對，形成八電子穩定結構，還有一對孤電子對可與Mg形成配位鍵；而以實線與Mg原子相連的N原子與C原子形成兩個共價鍵，N原子上的三個單電子配對兩個，還有一個單電子要與Mg原子配對，形成一般共價鍵。爭論的焦點主要為N原子與Mg原子以實線相連的鍵是配位鍵還是一般共價鍵。

2.虛線和實線均表示配位鍵

圖2 卟吩結構

圖3 金屬卟啉骨架結構

圖4 葉綠素結構2

故此，圖1所示的2009年版人教版化學選修3第43頁卟啉配合物葉綠素的結構中，N原子與Mg原子以虛線相連表示配位鍵，N原子與Mg原子以實線相連也表示配位鍵，該配位鍵同時也滿足電價，整個分子構成中性分子內配鹽。課本編寫者的意思應該是兩者成鍵情況不盡相同，用虛線和實線以示區別，與圖4中用箭頭和沒有箭頭的短實線表示并沒有本質區別。當然，圖4中N原子與Mg原子之間成鍵情況表達得更加規范和普遍。

2019年版化學選擇性必修2物質結構與性質，已將葉綠素的結構示意圖換成了圖5，教材的編寫者可能是基于上述原因，為避免虛線和實線帶來的爭論，N原子與Mg原子間統一用實線相連，既兼顧了學生的認知水平，又與大學化學主流教材表達保持基本一致，更利于學生后續的學習和深造。

圖5 葉綠素結構3

二、教學思考與啟示

1.重視配合物、配位鍵教學

自1798年法國化學家塔薩厄爾合成第一個配合物以來，目前已合成成千上萬種配合物，配合物在化工生產、生物、醫藥等領域發揮著日益重要的作用。因此，讓學生了解配合物的相關知識能讓學生深刻認識到化學對創造物質財富、滿足人民日益增長的美好生活需求做出的重大貢獻。《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)中關于配合物、配位鍵的要求如表1。

表1 《課程標準》關于配合物、配位鍵的要求

與《普通高中化學課程標準(實驗)》相比，《課程標準》適度強化了配合物的概念，還增設了學生必做實驗“簡單配合物的制備”?；凇墩n程標準》命題的高考試題中關于配位鍵的考查如表2所示。

表2 2019年—2021年高考卷中關于配位鍵的考查

由表1、2的內容可見，配位鍵與離子鍵、共價鍵、金屬鍵等都是化學鍵的典型模型，是從微觀上認識構成物質的微粒間相互作用的典型視角，高考試題中關于配合物、配位鍵的考查形式主要是：配位鍵名稱、配位(鍵)數、配位原子、配合物的穩定性等。因此，教學中適當重視配合物、配位鍵的教學是很有必要的。

2.多角度認識配位鍵

在教學中教師應該教會學生從多角度認識配位鍵，指導學生分析配位鍵時，可分析中心離(原)子的電負性、電荷及半徑，配原子的電負性及成鍵情況，還應分析配體的結構，如帶電情況、空間結構等等。

例如(2021·湖北模擬·12節選)在堿性溶液中，Cu2+可以與縮二脲形成紫色配離子，其結構如圖6所示。下列說法錯誤的是

圖6 Cu2+的配離子

( )

B.該配離子中銅離子的配位數是4

3.審慎命制含配位鍵的試題