第二章 分子结构 (1)

第二章分子结构2-1画出O2﹑H2O2﹑CO2﹑CO﹑NCl3﹑SF4的路易斯结构式。

不要忘记标出孤对电子和分子的总电子数！1、解：O=O(12e-)；H-O-O-H14（e-）；C=O(10e-)；0=C=O(16e-)；Cl-N-Cl(26e-)；F–S-F(34e-)F F2-2画出硫酸根各共振体的结构式。

2、解：共13种，如：2-3键可由s-s﹑s-p和p-p原子轨道“头碰头”重叠构建而成，试讨论LiH（气体分子）﹑HCl﹑Cl2分子里的键分别属于哪一种？2-4N2分子里有几个∏键？它们的电子云在取向上存在什么关系？用图形描述之。

2-5用VSEPR模型讨论CO2﹑H2O﹑NH3﹑CO32-﹑PO3-﹑PO43-的分子模型，画出它们的立体结构，用短横代表分子的………..键骨架，标明分子构型的几何图形名称。

2-6讨论上题列举的分子（或离子）的中心原子的杂化类型。

2-7图2-13中的丙烷分子中的所有化学键都是单键（………键），因而可以自由旋转，试问：丙烷分子处在同一个平面上的原子最多可以达几个？若你不能在纸面上讨论，或不敢确认自己的结论，请用立体分子模型莱讨论（用黏土和木棍搭模型最省钱；搭模型有助于更好地掌握立体结构知识；但用模型讨论完后仍要在纸面上画图描述）。

2-8图2-13中的C10H10叫金刚烷，它的衍生物——金刚胺是抗病毒药物。

请问：金刚烷分子里有几个六元环？这些六元环都相同吗？试设想，把金刚烷分子装进一个空的立方体里，分子的次甲基（-CH2-）上的碳原子位于立方体面心位置，分子中的-CH-基团的碳原子﹑将处在什么立方体的什么位置？金刚烷中的氢原子各取什么方向？在解题或搭模型时不要忘记借用杂化轨道的概念。

2-9借助VSEPR模型﹑杂化轨道模型﹑…..键与…键大….键以及等电子体概念，讨论OF2﹑ClF3﹑SOCl2﹑XeF2﹑SF6﹑PCl5的分子结构。

2-10有一种叫做丁三烯的平面分子，请根据其名称画出路易斯结构式，标明分子的价电子数，再讨论分子中碳原子的杂化轨道﹑碳碳键的键角﹑….键或大….键的取向，用图形来解题。

一、选择题1、CO分子中存在的化学键是（C ）A、Π键、ơ键B、Π键、配位健C、ơ键、Π键、配位健D、ơ键、配位健2、N2分子中存在的化学键是（ D）A、一个Π键、一个ơ键B、一个ơ键C、一个Π键、两个ơ键D、两个Π键、一个ơ键3、下列分子中，两个相邻共价键的夹角最小的是（ D ）A、BF3 B、H2S C、NH3D、H2O4、BF3分子的空间构型为（B ）A、直线型B、平面正三角形C、三角锥型D、正四面体型5、下列分子和离子中，中心原子成键轨道不是sp2杂化的是（ D ）A、NO3－B、HCHO C、BF3D、NH36、NCl3分子中，N原子与三个氯原子成键所采用的轨道是（ B ）A、两个sp轨道，一个p轨道成键B、三个sp3轨道成键C、P X、P y 、P z 轨道成键D、三个sp2轨道成键7、下列化合物中，极性最大的是（ B ）A、CS2 B、H2S C、SO3D、SnCl48、下列分子中，偶极矩不等于零的是（ C ）A、BeCl2 B、BF3C、NF3D、CO29、下列分子为极性分子的是(A )A、H2O B、CH4C、CO2 D、BF310、下列液态物质中只需克服色散力就能使之沸腾的是（ D ）A、H2O B、CO C、HF D、Xe11、极化能力最强的离子应具有的特性是（B ）A、离子电荷高、离子半径大B、离子电荷高、离子半径小C、离子电荷低、离子半径小D、离子电荷低、离子半径大12、下列各组离子中，离子的极化力最强的是（ C ）A、K＋、Li＋B、Ca2+、Mg2+C、Fe3+、Ti4＋D、Sc3＋、Y3＋13、下列物质熔点最高的是（B ）A、H2S B、H2OC、H2Se D、H2Te14、下列分子中，中心原子的杂化类型和分子的空间构型都与NH3相同的是（C ）A、H2O B、H2S C、PCl3D、SiH415、下列液态物质中，只须克服色散力就可以沸腾的是（A ）A、CS2 B、CHCl3C、HClD、H2SO416、除少数分子外，一般分子之间的作用力主要是（B ）A、氢键B、取向力C、诱导力D、色散力17、杂化轨道理论认为（B ）A、参加杂化的各原子轨道都必须提供电子。

第二章共价键理论和分子结构两个或多个原子之所以能结合在一起形成稳定的分子（或晶体），是因为原子之间存在着某种强烈的相互作用，即化学键。

因此，化学所关心的就是化学键。

典型的化学键可归纳为共价键、离子键和金属键等三种，广义的化学键还包括范德华力（Van der Waals）和氢键。

其中，较主要的是共价键，因绝大多数分子，尤其是种类繁多的有机分子都含有共价键。

研究共价键的理论主要有价键（Valence bond，即VB）理论和分子轨道（Molecular orbital，即MO）理论，两者都是在20世纪30年代通过量子力学对H2分子的近似处理方法发展起来，其中，价键理论很重视化学图像，而MO理论中的分子轨道更具普遍的数学形式，因此，两者各有所长，有些概念和理念已相互采用。

又因MO理论能解释价键理论不能解释的一些实验现象，且较易程序化，故随着计算机的发展，已成为当今研究化学键理论的主流方法。

本章着重讨论MO理论及其在分子结构中的应用。

§2.1 价键理论要点价键理论强调电子配对，其要点如下：（1）原子A和原子B各有一未成对电子，且自旋相反，则可配对形成共价键。

若A和B原子各有两个或三个未成对电子，则可两两配对形成共价双键和共价三键。

若A原子有两个未成对电子而B原子只有一个，则A原子和两个B原子形成AB2型分子。

（2）两个原子的未成对电子配对后，就不能和第三个原子的单电子配对，即共价键具有饱和性。

（3）两个原子间的电子云重叠越多，所形成的共价键越稳定，这就是电子云的最大重叠原理，表明共价键具有方向性。

尽管价键理论可解释共价键的饱和性和方向性，但还是有些实验现象不能自然地解释。

如O原子的基组态为1s22s22p4，有两个未成对电子，当O原子结合形成O2后，O2分子中应不再有未成对电子，但磁化率测定结果表明O2是顺磁性的，即其分子中有单电子存在。

又如，C 原子的基组态为1s 22s 22p 2，也有两个未成对电子，与O 原子应形成双键，但按照CO 分子的键长及键能数据与有机物中的C -O 单键和C=O 双键比较结果（见表1），CO 中C 与O 应该是以叁键相结合。

第⼆章分⼦结构第⼆章分⼦结构教学要求1、认识化学键的本质；2、掌握价键理论的内容；会⽤价键理论解释共价键的特征，会⽤价电⼦对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分⼦结构；3、初步认识分⼦轨道理论；4、认识分⼦间作⽤⼒和氢键的本质，会⽤其解释对物质性质的影响。

教学重点共价键的形成和本质；现代价键理论，价层电⼦对互斥模型和杂化轨道理论，同核双原⼦分⼦的分⼦轨道构成与意义；分⼦间的作⽤⼒和氢键。

教学难点价层电⼦对互斥理论，分⼦轨道理论。

教学时数9学时教学内容2.1 经典的Lewis学说2.2 价键理论2.3杂化轨道理论2.4分⼦轨道理论2.5价层电⼦对互斥理论2.6共价分⼦的性质2.7分⼦间⼒和氢键教学⽅法与媒体讲解，ppt展⽰。

引⾔通过上⼀章的学习，我们知道只有研究物质的微观结构，才能从本质上更深⼊的理解物质的性质及其变化规律。

本章内容是在原⼦结构的基础上，围绕以共价键结合的分⼦讨论有关共价键的各种理论模型以及分⼦的各种性质。

化学键：通常把分⼦或晶体中相邻原⼦之间（或离⼦）强烈的相互作⽤。

化学键有共价键、离⼦键、⾦属键。

分⼦结构通常包括：分⼦中原⼦的化学键，分⼦的空间构型，分⼦的结构与物质的物理性质、化学性质。

2.1 Lewis理论（路易斯1916年）1、电⼦配对理论---共⽤电⼦对成键。

1916年，美国的Lewis提出共价键理论，认为分⼦中的原⼦都有形成稀有⽓体电⼦结构的趋势，求得本⾝的稳定。

⽽达到这种结构，并⾮通过电⼦转移形成离⼦键来完成，分⼦中原⼦之间通过共享电⼦对⽽使每⼀个原⼦都具有稀有⽓体的稳定的电⼦结构，也称为⼋隅律规则。

路易斯结构式：把⽤短棍表⽰共价键，同时⽤⼩⿊点表⽰⾮键合的“孤对电⼦”的结构式叫做路易斯结构式。

2、Lewis学说成绩：⑴解释了⼀些简单的⾮⾦属单质和化合物分⼦的形成过程；⑵指出了共价键与离⼦键的差异。

3、Lewis学说的局限性：⑴未能阐明共价键的本质及特征，为什么都带负电荷的2个电⼦不是互相排斥，⽽配对成键？为什么共价键有⽅向性？⑵⼋偶体规则，例外很多。

2、 结合Cl 2的形成，说明共价键形成的条件。

共价键为什么有饱和性？共价键形成的条件：原子中必须有单电子，而且成单电子的自旋方向必须相反。

共价键有饱和性是因为：一个原子的一个成单电子只能与另一个成单电子配对，形成一个共价单键。

一个原子有几个成单电子便与几个自旋相反的成单电子配对成键。

电子配对后，便不再具有成单电子了，若再有单电子与之靠近，也不能成键了。

例如：每一个Cl 原子有一个带有单电子的p 轨道，相互以头碰头的形式重叠可以形成共价单键，且只能形成一个单键。

3、 画出下列化合物分子的结构式并指出何者是σ键，何者是π键，何者是配位键。

H HHΖ?δδσσσPN I I IΖ?δδσσσN N N H H H H σσσσσ膦PH 3， 三碘化氮NI 3 肼N 2H 4（N —H 单键）c C c H H HH σσσσσπ N NN O O o O H σσσσσππππ，乙烯， 四氧化二氮（有双键）。

4．PCl 3的空间构型是三角锥形，键角略小于109︒28'，SiCl 4是四面体形，键角为109︒28'，试用杂化轨道理论加以说明。

杂化轨道理论认为，在形成PCl 3分子时，磷原子的一个3s 轨道和三个 3p 轨道采取sp 3杂化。

在四个sp 3杂化轨道中，有一个杂化轨道被一对孤电子对所占据，剩下的三个杂化轨道为三个成单电子占据，占据一个sp 3杂化轨道的一对孤电子对，由于它不参加成键作用，电子云较密集于磷原子的周围，因此孤电子对对成键电子所占据的杂化轨道有排斥作用，为不等性杂化，所以键角略小于109°28′。

而在SiCl 4分子中，为等性杂化，没有不参加成键的孤电子对，四个杂化轨道都为四个成单电子占据，不存在孤电子对对成键电子对所占据杂化轨道的排斥作用，所以键角为109°28′。

5. 判断下列物种的几何构型，并指出中心原子采取何种杂化方式。

(1) AsF 4- (2) XeOF 3+ (3) SF 5+ (4) Cl 2CO(5) HO 2- (6) HNO 3 (7) I 3+ (8) I 3-分子式 杂化方式 电子对构型 分子构型AsF 4-sp 3d三角双锥四角锥XeOF 3+ sp 3d 三角双锥四角锥SF 5+sp 3d三角双锥三角双锥Cl 2COsp 2平面正三角形C OClCl平面三角形HO 2- sp 3 角形O OHHNO 3 sp 2 平面正三角形N OOOH平面三角形I 3+ sp 3 四面体 角形I 3- sp 3d三角双锥 直线形6、 试用价层电子对互斥理论写出下列各分子的分子构型，并用杂化轨道理论加以说明。

第二章分子结构2-3 σ键可由s-s、s-p和p-p原子轨道“头碰头”重叠构建而成，试讨论LiH(气态分子)、HCl、Cl2分子里的σ键分别属于哪一种？答：对LiH分子：Li的电子排布1s22s1；H的电子排布1s1∴形成LiH分子时，Li的2s1电子与H的1s1电子配对成键；或Li的2s轨道电子云与H的1s轨道电子云“头碰头”地重叠形成σ键，所以该σ键称为s-s型σ键。

2s1sLi HLi-Hs-s型σ键表示由两个s轨道电子云重叠形成的σ键。

类似分析，HCl分子中，H 1s1；Cl 1s22s22p63s23p5形成共价键时，H的1s电子云与Cl的3p轨道电子云“头碰头”重叠，即s-p型σ键。

1sH3pCl H-Cl而Cl2分子中，Cl 1s22s22p63s23p5Cl 与Cl形成共价键时，2个3p轨道“头碰头”地重叠，即p-p型σ键。

3pCl3pClCl-Cl2-5 用VSEPR模型讨论CO2、H2O、NH3、CO32-、PO33-、PO3-、PO43-的分子模型，画出它们的立体结构，用短横代表分子的σ键骨架，标明分子构型的几何图形名称。

答：①CO2分子：为AX2E m型m=（C的族价-O的化合价·O的个数）·1/2=（4-2×2）=0∴应为AX2型（∵m=0,∴无E m项），即AY2型根据VSEPR理论：AY2型应为直线分子∴CO2分子为直线型，O=C=O②H 2O 分子：为AX 2E m 型，其m 为m=（O 的族价-H 的化合价·H 的个数）·1/2=（6-1×2）=2 （即二个孤对） ∴ 应为AX 2E 2型，即AY 4型根据VSEPR 理论：AY 4型应为正四面体不考虑孤对，实际的分子应为弯型（角型）③NH 3分子：为AX 3E m 型m=（N 的族价-H 的化合价·H 的个数）·1/2=（5-1×3）=1（即一个孤对） ∴ 应为AX 3E 1型，即AY 4型根据VSEPR 理论：AY 4型应为正四面体H H不考虑孤对，实际分子的几何图形应为三角锥型④CO 32-分子：为AX 3E m 型，m=（C 的族价-O 的化合价·O 的个数+离子的电荷）·1/2=（4-2×3+2）=0 （即没有孤对） ∴ 应为AX 3E 0型，即AY 3型根据VSEPR 理论：AY 3型应为平面三角形分子 ∴CO 32-分子的几何图形为平面三角形COOO120°120°2-⑤PO 33-：AX 3E mm=（P 的族价-O 的化合价·O 的个数+离子的电荷）·1/2=（5-2×3+3）=1 （即一对孤对） ∴ 应为AX 3E 1型，即AY 4型根据VSEPR 理论：AY 3型应为四面体OO 3-若不考虑孤对，PO 33-分子的实际几何图形为三角锥形⑥PO 3- ：AX 3E mm=（P 的族价-O 的化合价·O 的个数+离子的电荷）·1/2=（5-2×3+1）=0 （即没有孤对） ∴ 应为AX 3E 0型，即AY 3型根据VSEPR 理论：AY 3型应为平面三角形分子 ∴PO 3-分子的几何图形为平面三角形POOO120°120°-⑦PO 43- ：AX 3E mm=（P 的族价-O 的化合价·O 的个数+离子的电荷）·1/2=（5-2×4+3）=0 （即没有孤对）∴ 应为AX 3E 0型，即AY 4型根据VSEPR 理论：AY 3型应为四面体型离子OO3-2-9 借助VSEPR 模型、杂化轨道模型、π键与σ键、大π键以及等电子体等概念，讨论OF 2、ClF 3、SOCl 2、XeF 2、SF 6、PCl 5的分子结构。

第二章分子结构与性质第一节共价键第1课时共价键知识点一共价键的本质及特征的考查1.下列不属于共价键成键因素的是( )A.共用电子对在两原子核之间出现的概率高B.共用的电子必须配对C.成键后体系能量降低,趋于稳定D.两原子体积大小要适中2.一般认为,两元素电负性之差大于1.7时易形成离子键,小于1.7时易形成共价键。

根据表中的数据,从电负性的角度判断下列元素之间易形成共价键的一组是( )元素N a M g A l H C O C l电负性0.9 1.2 1.5 2.1 2.5 3.5 3.0①Na和Cl ②Mg和Cl ③Al和Cl ④H和O ⑤Al和O ⑥C 和ClA.①②⑤B.③④⑥C.④⑤⑥D.全部知识点二共价键的类型的考查3.下列说法中不正确的是( )A.σ键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠B.π键的电子云形状与σ键的电子云形状相同C.两个原子形成多个共价键时,σ键只有一个D.形成共价键时原子轨道之间重叠程度越大,体系能量越低,键越稳定4.在氯化氢分子中,形成共价键的原子轨道是( )A.氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道B.氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道C.氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道D.氯原子的3p轨道和氢原子的2s轨道5.N2F2分子中四个原子都在同一平面内,由于几何形状的不同,存在顺式和反式两种同分异构体。

据此判断N2F2分子中两个N原子之间化学键的组成为( )A.一个σ键和两个π键B.仅有一个σ键C.仅有一个π键D.一个σ键和一个π键6.某有机物的结构如下:则分子中有个σ键, 个π键。

7.下列说法不正确的是( )A.在1个CH 2CH—C≡N中含有6个σ键,3个π键B.两个原子形成的多个共价键中,π键可以是一个或多个C.s能级的电子与s能级的电子间形成的键一定是σ键,p能级的电子与p能级的电子间形成的键一定是π键D.共价键一定有原子轨道的重叠8.下列分子式及结构式中成键情况不合理的是( )A.CH3N:B.CH2SeO:SeC.CH4S:D.CH4Si:9.下列物质的分子中既有σ键又有π键的是 ( )A.H2SB.Cl2C.CS2D.H2O210.下列关于共价键的说法不正确的是()A.在双键中,σ键比π键稳定B.N2与CO分子中σ键和π键个数对应相等C.两个原子形成共价键时至少有1个σ键D.HCHO分子中σ键与π键个数比为2∶111.下列模型分别表示C2H2、S8、SF6的结构,下列说法错误的是( )图L2-1-1A.32 g S8中含有0.125 mol σ键B.SF6是由极性键构成的分子C.1 mol C2H2中有3 mol σ键和2 mol π键D.1 mol S8中含有8 mol S—S键12.据报道,大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3,虽然其数量有限,但它是已知气体中吸热最高的气体。