1 第10章 共价键与分子结构习题解答
1. 写出下列物质的Lewis结构式并说明每个原子如何达到八电子结构：HF，H2Se，H2C2O4(草酸)，CH3OCH3(甲醚)，H2CO3，HClO，H2SO4，H3PO4。
解： ，，，， ，，。
上述分子中的原子除H原子外，其他原子通过所形成的共价键共有电子和价电子层孤对电子共同构成8电子结构。
2、用杂化轨道理论说明下列化合物由基态原子形成分子的过程（图示法）并判断分子的空间构型和分子极性：HgCl2，BF3，SiCl4，CO2，COCl2，NCl3，H2S，PCl5。
解：
①HgCl2
HgCl2分子的中心原子为Hg原子。基态时Hg原子的价电子构型为6s2。当Hg原子与Cl原子相遇形成HgCl2时，Hg的6s轨道中的1个电子激发到1个6p轨道，然后6s轨道和该6p轨道采用sp杂化形成2个等同的sp杂化轨道：
并分别与两个Cl原子的3p单电子轨道重叠形成2个Hg-Cl σ键。HgCl2分子构型是直线形，为非极性分子。
②BF3
BF3分子的中心原子是B原子。基态时B原子的价电子构型为2s22p1。当B原子与F原子相遇形成BF3分子时，B原子2s轨道中的1个电子激发到1个空的2p轨道，然后采用sp2杂化形成3个等同的sp2杂化轨道：
并分别与3个F原子2p单电子轨道重叠形成3个B-F σ键。BF3 分子构型是平面三角形，为非极性分子。
③SiCl4
Si原子为SiCl4的中心原子，基态时价电子构型为3s23p2，当Si原子与 2 Cl原子相遇形成SiCl4分子时，Si原子3s轨道的1个电子激发到一个空的3p轨道，然后采用sp3杂化形成4个等同的sp3杂化轨道：
并分别与4个Cl原子3p单电子轨道重叠形成4个Si-Cl σ键。SiCl4分子构型是正四面体，为非极性分子。
④CO2
C原子为CO2的中心原子。基态时C原子价电子构型为2s22p2，当C原子与O 原子相遇形成CO2分子时，C原子2s轨道的1个电子激发到一个空的2p轨道，然后采用sp杂化形成2个等同的sp杂化轨道：
第10章 共价键与分子结构
Molecular Structure 分子结构
Chemical bond 化学键
ionic bond 离子键
covalent bond 共价键
metallic bond 金属键
valence bond theory 价键理论
hybrid orbital theory 杂化轨道理论
valence shell electron pair repulsion theory 价层电子对互斥理论
molecular orbital theory 分子轨道理论
quantum mechanics 量子力学
Valence Electrons 价电子
saturation feature of covalent bond 共价键的饱和性
orientation feature of covalent bond 共价键的方向性
principle of the greatest overlapping 最大重叠原理
Lewis Structures 路易斯结构
Octet Rule 八隅体规则
Sigma bond σ sigma键
Pi bond π pi 键
第二章 分子结构与性质
第三节 分子结构与物质的性质
第1课时 共价键的极性
学习目标
1．知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键。
2．知道分子可以分为极性分子和非极性分子，知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。
3．能根据分子结构特点和键的极性来判断分子的极性，并据此对分子的一些典型性质及其应用作出解释。
核心素养
宏观辨识与微观探析：通过认识极性键与非极性键，极性分子与非极性分子的区别，形成“结构决定性质”的观念。
证据推理与模型认知：键的极性与分子极性关系的判断，建立能运用模型解释化学现象观点的意识。
知识梳理
一、键的极性和分子的极性
情境·探究
素材1 下列是九种物质的结构：
[思考交流]
1．上述九种物质中含非极性共价键的物质有哪些？
2．上述九种物质中，哪些是非极性分子？哪些是极性分子？
素材2 双氧水是一种医用消毒杀菌剂，能有效灭杀新冠病毒，已知H2O2分子的结构如图
所示，H2O2分子不是直线形的，两个H原子犹如在半展开的书的两页纸上，书面夹角为93°52′，而两个O—H与O—O的夹角为96°52′。如图所示：
3．H2O2分子中共价键的类型有哪些？
4．H2O2分子中正电中心和负电中心是否重合？H2O2属于极性分子还是非极性分子？
归纳·总结
1．共价键的极性
(1)共价键
(2)极性键与非极性键的存在
①极性共价键存在于共价化合物(如HCl、H2O、HCN等)和部分离子化合物(如NaOH、Na2CO3等)中。
②非极性共价键存在于非金属单质(如O2、P4、金刚石等)，部分共价化合物(如H2O2中的O—O、CH2==CH2中的C==C等)，部分离子化合物(如Na2O2等)中。
[名师点拨]
(1)根据元素电负性的大小判断共价键中键合原子的电性。形成共价键的两个原子，电负性大的原子呈负电性(用δ－表示)，电负性小的原子呈正电性(用δ＋表示)。
(2)电负性差值越大的两原子形成的共价键的极性越强。
第２３卷第１期 大学化学 ２００８年２月
第２周期双原子分子及其离子共价键结构比较
曾艳丽李晓艳孟令鹏郑世钧 （河北师范大学化学与材料科学学院石家庄０５００１６）
摘要绘制了ｃ：，Ｎ：，０２，ＣＮ，ＣＯ，ＮＯ及其阳离子、阴离子的电子密度图，计算了各键鞍点处的 电子密度，形象直观地说明了第２周期双原子分子及其对应的阳离子、阴离子的共价键结构。
在结构化学课程教学中，用分子轨道理论讨论第２周期同核双原子分子和异核双原子的结 构是很重要的内容¨ 。我们在教学中选取了一些例子（Ｈ ，Ｈ ，Ｂ ， ，ｃ ，ｃ ，０ ，０ ，Ｆ ，
），用电子密度拓扑分子方法绘制了形象直观的电子密度图形【６ｊ，在课堂教学中进行演示，收
到了较好的教学效果。为了使学生能够更好地理解和掌握双原子分子及其阳离子、阴离子的共
价键结构，我们在教学中进一步选取了比较重要的例子ｃ 、Ｎ 、０ 、ＣＮ、ＣＯ、ＮＯ以及它们的阳离
子、阴离子 作为讨论对象，绘制了形象直观的电子密度图形，并计算了各键鞍点处的电子密 度。
采用ＧＡＵＳＳＩＡＮ－９８程序包中的密度泛函方法（Ｂ３ＬＹＰ）及６－３１１＋＋Ｇ一基组优化了所讨论
分子的几何构型。在此基础上，采用ＧＴＡ ２０００程序 对各分子或离子进行了电子密度拓扑分 析。各分子或离子的电子组态以及计算得到的键鞍点处的电子密度见表１；各分子或离子的电
子密度图形见图１和图２。 根据Ｂａｄｅｒ等人提出的电子密度拓扑分析理论，一个分子的电子密度分布的拓扑性质取决
于电子密度的梯度矢量场 ｐ（ｒ）和Ｌａｐｌａｅｉａｎ量 Ｐ（ｒ）。电子密度的Ｌａｐｌａｅｉａｎ量 Ｐ（ｒ。）是
Ｐ（ｒｃ）的二阶导数，并且有 Ｐ（ｒｃ）＝Ａ ＋Ａ ＋Ａ （Ａ 为键鞍点处电子密度的Ｈｅｓｓｉａｎ矩阵本征 值）。如果Ｈｅｓｓｉａｎ矩阵的３个本征值为一正两负，记作（３，一１）关键点，称为键鞍点（ＢＣＰ），表明 两原子问成键。一般来讲，键鞍点处的电子密度Ｐ（ ）越大，该化学键的强度越强 ｊ。
