共价键及分子结构知识梳理
共价键及分子结构知识梳理】
一、共价键
1-1共价键的实质、特征和存在 实质:原子间形成共用电子对
特征:a .共价键的饱和性,共价键的饱和性决定共价分子的 。
b .共价键的方向性,共价键的方向性决定分子的。 1-2共价键的类型
σ键:s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键,特征:轴对称。 π键:p-p π键,特征:镜像对称 【方法引领】σ键和π键的存在规律
σ键成单键;π键成双键、三键。
共价单键为σ键;共价双键中有1个σ键、1个π键;共价三键中有1个σ键、2个π键。
对于开链有机分子:σ键数=原子总数-1;π键数=各原子成键数之和-σ键数(环状有机分子,σ键数要根据环的数目确定)
原子形成共价分子时,首先形成σ键,两原子之间必有且只有1个σ键;σ键一般比π键牢固,π键是化学反应的积极参与者。
形成稳定的π键要求原子半径比较小,所以多数情况是在第二周期元素原子间形成。如CO 2 分子中碳、氧原子之间以p-p σ键和p-p π键相连,而SiO 2的硅、氧原子之间就没有p-p π键。
【课堂练习1】
(1)下列说法不正确的是
A .乙烷分子中的6个C -H 和1个C -C 键都为σ键,不存在π键 B .气体单质中,一定有σ键,可能有π键 C .两个原子间共价键时,最多有一个σ键
D .σ键与π键重叠程度不同,形成的共价键强度不同
(2)有机物CH 2=CH -CH 2-C ≡CH 分子中,C -H σ键与C -C σ键的数目之比为 ;σ键与π键的数目之比为 。 二、键参数——键能、键长与键角 2-1键能的意义和应用
a .判断共价键的强弱 b .判断分子的稳定性 c .判断物质的反应活性
d .通过键能大小比较,判断化学反应中的能量变化 【思考】
比较C -C 和C =C 的键能,分析为什么乙烯的化学性质比乙烷活跃,容易发生加成反应?
2-2键长的意义和应用
键长越短,往往键能越大,表明共价越稳定。(键长的长短可以通过成键原子半径大小来判断)
2个原子间的叁键键长<双键键长<单键键长 2-3键角的意义
键角决定分子的空间构型,是共价键具有方向性的具体表现。
【典例分析】碳、氮两种元素都能形成单键、双键和叁键。测得二者键能有如下规律:
1
13
E N ≡N >1E N =N >E N -N ;
213
E C ≡C <1E C =C <E C -C
2
试分析为什么氮分子不易发生加成反应,而乙烯和乙炔容易发生加成反应?
【课堂练习2】
(1)在乙烷、乙烯、乙炔、苯分子中的碳碳键键长的大小顺序是: 。
金刚石、单质硅、碳化硅都是原子间以共价键形成的物质,三种物质的共价键键长顺序为: ;键能顺序为: 。
-
(2
1①1molH 2在2molCl 2中燃烧,放出热量为 kJ 。
②在一定条件下,1molH 2与足量的Cl 2、Br 2、I 2分别反应,放出热量由多到少的顺序是 。
A .Cl 2>Br 2>I 2 B .I 2>Br 2>Cl 2
③预测1molH 2在足量F 2中燃烧比在Cl 2中燃烧放热较 (填“多”或“少”)。 ④已知:N 2+3H 22NH 3,则该反应的逆反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
三、等电子原理
【方法引领】等电子体的判断
(1)判断思路:
微粒的组成:微粒所含原子数目相等;微粒的构成:微粒所含价电子总数相等;微粒的结构:微粒中原子的空间排列方式相同。(如果是离子,需注意离子所带的电荷)
(2)判断方法——转换法
①将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n 和减少n 的原子;
②将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n 的元素的带n 个单位电荷的阳离子(或阴离子);
③将粒子中原子换成同主族元素原子 【典例分析】
与CO 2、SO 2互为等电子体的分子有:
常见等电子体
2
- 2-
【思考】SiO 2与CO 2、SiO 23、CO 3 是否互为等电子体? 【课堂练习3】
(1)根据等电子原理,下列各组微粒结构不相似的是
A .CO 和N 2、 B .O 3和NO -2 C .N 2H 4和C 2H 4 D .CO 2和N 2O (2)根据等电子原理,下列分子或离子与其他选项不属于同一类的是
- 2-
A .PF + D .SiH 4 4 B .ClO 4 C .SO 4
【考点一】价层电子对互斥理论
1-1中心原子价层电子对计算方法:中心原子的价层电子对=(a -x +b ) 1/2
式中:a ——中心原子的价电子数;x ——分子(或离子)的电荷;b ——配位原子提供
---
的电子数(配位原子为ⅦA 时提供1e 、为ⅥA 时提供0e 、为一价基团时提供1e )
中心原子σ键电子对数=配位原子数 1-2中心原子孤电子对计算方法
用AX n E m 表示只含一个中心原子的分子或离子,式中A 表示中心原子,X 表示配位原子,下标n 表示配位原子个数;E 表示中心原子上的孤电子对,下标m 表示孤电子对数。 m =(A的族价-|X 的化合价|³n ±离子的电荷数)1/2 阴离子用“+”,阳离子用“-”。 方法二:
以AB x 为例:中心原子的价层电子对=[a +xb ±离子电荷数(阳减阴加)]1/2
式中:a ——中心原子的价电子数;x ——与中心原子结合的原子数;b ——配位原子提
---
供的电子数(配位原子为ⅦA 时提供1e 、为ⅥA 时提供0e 、为一价基团时提供1e )
中心原子孤对电子数=[a -xb ±离子电荷数(阳减阴加)]1/2
式中:a ——中心原子的价电子数;x ——与中心原子结合的原子数;b ——配位原子提供的电子数[配位原子氢时b =1、为非氢原子时b =(8-最外层电子数)]。 1-3VSEPR 模型与分子立体构型的关系
利用价层电子对互斥理论推测出的是电子对在空间的伸展情况,即价层电子对的空间构型,称为VSEPR 模型。而分子的空间构型指的则是成键电子对空间构型,不包括孤对电子。因此二者可能相同也可能不同。在VSEPR 模型中略去价层电子对中的孤电子对,就是分子的立体构型。
1-4价层电子对之间斥力大小顺序——孤电子对对键角的影响
(1)孤电子对-孤电子对> 孤电子对-键合电子对>键合电子对-键合电子对 (2)叁键>双键>单键
(3)同种中心原子与不同种配位原子:χ弱-χ弱>χ弱-χ强>χ强-χ强 (χ代表配位原子的电负性)
(4)同种元素原子与不同种中心原子配位,χ强>χ弱(χ代表中心原子的电负性) 【思考】CH 4、NH 3、H 2O 的中心原子VSEPR 模型都是四面体形,为什么三种分子的立体构型不同,且∠HCH =109°28′,∠HNH =107°,∠HOH =105°? 【方法引领】
①中心原子上无孤电子对的分子空间构型确定方法
中心原子上无孤电子对(所有价电子都用于形成共价键),其分子空间构型与VSEPR 模型一致,可以用中心原子周围的原子数来预测。
3
中心原子上有孤电子对,孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与排斥,其分子空间构型与VSEPR 模型不一致。应在VSEPR 模型中略去价层电子对中的孤电子对,即得到
分子的立体构型。
【典例分析】
SO 2Cl 2和SO 2F 2都是AX 4E 0型分子。已知S 与O 之间以双键结合,S 与Cl 或S 与F 之
间以单键结合。你预测SO 2Cl 2和SO 2F 2的立体构型是 ;∠O -S -O 109°28′,∠Cl -S - ∠Cl -S -109°28′;SO 2Cl 2分子中∠Cl -S -Cl SO 2F 2分子中∠F -S -F (选填“>”、“<”或“=”)。 【变式练习1】
用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型:BeCl 2NH - 2;- -
SO 2NO -;SnCl 2ClO -3364PF 3Cl 2 【考点二】杂化轨道 2-1
2-2杂化轨道的应用
杂化轨道只用于形成σ键或容纳孤电子对。sp 和sp 2杂化方式中,还有未参与杂化的n p 可用于形成π键。
【方法引领】快速确定杂化轨道数目的方法:
杂化轨道数=中心原子的孤电子对数+与中心原子结合的其他原子的个数(即σ键数)
N 223【典例分析】
下图是科学怪杰鲍林谢世前留给世人的一个结构式。它的分子式是 ,它的所有原子是否处于同一平面上 ?该分子23
中sp 杂化的N 原子有 个,sp 杂化的N 原子有 个,sp 杂化的N 原子有
个。
【变式练习2】
(1)指出下列分子中,中心原子可能采用的杂化轨道类型,并预测分子的几何构型。
4
(2)在乙烯分子中有5个σ键和1个π键,它们分别是 A .sp 2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p 轨道形成π键 B .sp 2杂化轨道形成π键,未杂化的2p 轨道形成σ键
C .C -H 之间是sp 2杂化轨道形成σ键,C -C 之间是未杂化的2p 轨道形成形成π键
D .C -C 之间是sp 2杂化轨道形成σ键,C -H 之间是未杂化的2p 轨道形成形成π
键
【思考】
N 和P 都是ⅤA 族元素,P 可以形成PCl 3、PCl 5两种氯化物,而N 只能形成NCl 3一种氯化物。试分析原因。 【考点三】配合物
3-1配位键的表示方法与形成条件
A →B ,A 表示提供孤电子对的原子,B 表示提供空轨道接受孤电子对的原子。 3-2配合物的组成 内界 外界
) 4
配位数
3-3配合物的命名
【典例分析】
溶液中的Fe 3+除可用KSCN 溶液检验外,还可以用黄血盐K 4[Fe(CN)6]进行检验,生成一种名为普鲁士蓝的蓝色沉淀Fe 4[Fe(CN)6]3;而Fe 2+则用赤血盐K 3[Fe(CN)6]进行检验,也生成一种蓝色沉淀Fe 3[Fe(CN)6]2,这种沉淀叫做滕氏蓝。回答下列问题:
赤血盐的化学名称是 ;普鲁士蓝中的外界是 ,化
学名称是 。黄血盐不如赤血盐稳定,久置会逐渐失效,其原因是 。 【变式练习3】
m 33成1molAgCl 沉淀,则m
、n 值分别为
A .m =1,n =5 B .m =3,n =4 C .m =5,n =1 D .m =4,n =5
【思考】
NH 3易与Cu 2+形成配离子,而NF 3却不能与Cu 2+形成配离子,试分析原因。
5