高中化学奥林匹克竞赛辅分子结构Word文档下载推荐.docx
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当A原子的一个未成对电子和B原子的一个未成对电子配成一对被双方共用的电子对,就形成一个化学健,这种化学键称为“共价键”。
这样,就可以把表示化学健的“—”。
改成“:
”,以表示一对电子。
这种化学符号就是所谓共价键的“电子结构式”。
即认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势(八隅律),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,而是通过共用电子对来实现。
通过共用一对电子,每个H均成为He的电子构型,形成共价键。
2、路易斯结构式
所谓“路易斯结构式”,通常是指如下所示的化学符号:
分子中还存在未用于形成共价键的非键合电子,又称孤对电子。
添加了孤对电子的结构式叫路易斯结构式。
如:
H∶H或H—H∶N≡N∶ C2H2(H—C≡C—H)
共价分子中成键数和孤电子对数的计算:
计算步骤:
a.令no共价分子中,所有原子形成八电子构型(H为2电子构型)所需要的电子总数
b.令nv共价分子中,所有原子的价电子数总和
阴离子的价电子总数:
各原子的价电子数之和加负电荷数
阳离子的价电子总数:
各原子的价电子数之和减正电荷数
c.令ns共价分子中,所有原子之间共用电子总数
ns=nonv,ns/2=(nonv)/2=成键电子对数(成键数)
d.令nl共价分子中,存在的孤电子数。
(或称未成键电子数)
nl=nvns,nl/2=(nvns)/2=孤对电子对数
例如:
P4S3、HN3、N、H2CN2(重氮甲烷)、NO
P4S3
HN3
N
H2CN2
NO
no
7×
8=56
2+3×
8=26
5×
8=40
2×
2+8×
3=28
4×
8=32
nv
5+3×
6=38
1+3×
5=16
51=24
1×
2+4+5×
2=16
5+6×
3+1=24
ns/2
(5638)/2=9
(2616)/2=5
(4024)/2=8
(2816)/2=6
(3224)/2=4
nl/2
(38-18)/2=10
(16-10)/2=3
(24-16)/2=4
(16-12)/2=2
(24-8)/2=8
在路易斯结构式中,线段的意义,代表共用电子对,仍称“单键”、“双键”和“叁键”(代表1,2,3对共用电子对)。
成对的小黑点则代表未用来形成化学键的“价层电子对”,叫做“孤对电子对”(有时分子里有单个的非共用电子,如NO2)。
3.Lewis结构式的书写
CH2N2(重氮甲烷)
(有时,孤对电子省略不写。
)
练习:
下列各Lewis结构式中,能正确表示出NO3-离子的Lewis结构式是
A. B. C. D.
对于大多数有机化合物,通过观察便可写出他们的路易斯结构式。
这是因为,在大多数有机化合物里,C、H、O、N、S、卤素等元素的化合价是稳定的,只要掌握它们的化合价,注意到在化合物里每个原子周围的价层电子的总数等于8(所谓“八偶律”),就可以写出它们的路易斯结构式。
对于无机物,写路易所结构式就要困难得多。
但大多数情况下,“八偶律”仍是起作用的。
从上面已经写出的路易斯结构式里我们很容易发现这一点。
但有时八偶律不起作用。
主要有两种例外。
①缺电子结构——价电子,包括形成共价键的共用电子对之内,少于8电子的,称为缺电子结构。
例如,第3主族的硼和铝,中性原子只有3个价电子,若一个硼原子和其它原予形成3个共用电子对,也只有6个电子,这就是缺电子结构。
典型的例子有BCl3、AlCl3(这些化学式是分子式,即代表一个分子的结构)。
缺电子结构的分子有接受其它原子的孤对电予形成配价键的能力。
BCl3+:
NH3=Cl3B←NH3
能够接受电子对的分子称为“路易斯酸”,能够给出电子对的分子称为“路易斯碱”。
路易斯酸和路易斯碱以配价键相互结合形成的化合物叫做“路易斯酸碱对”。
②多电子结构例如,PCl5里的磷呈+5价,氯呈-1价。
中性磷原子的价电子数为5。
在PCl5磷原子的周围的电子数为10,超过8。
这种例外只有第3周期或更高周期的元素的原子才有可能出现。
当Lewis结构式不只一种形式时,如何来判断这些Lewis结构式的稳定性呢?
如HOCN分子可以写出几个式子(都满足8电子结构),可以写出如下三个式子:
哪一个更合理?
可根据结构式中各原子的“形式电荷”进行判断
4.Lewis结构式稳定性的判据形式电荷:
q=nv-nL-nb
式中,q为形式电荷nv为价电子数nL为孤对电子数nb为成键电子数。
判断原则:
越接近于零,越稳定。
所以,稳定性Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ
(1)q的由来:
以CO为例
no=28=16nv=4+6=10
ns/2=(1610)/2=3nl/2=(106)/2=2
为了形成三对平等的共价键,可以看作O原子上的一个价电子转移给C原子,
即:
,所以氧原子的QF为+1,碳原子的q为1。
从这个实例中可以看出:
形式电荷与元素性质没有任何直接联系,它是共价键形成的平等与否的标志。
(2)q的计算:
q=原子的价电子数键数孤电子数
在CO中,q(C)=432=1q(O)=632=+1
对于HN3:
形式(I)、(III)中形式电荷小,相对稳定,而形式(II)中形式电荷高,而且相邻两原子之间的形式电荷为同号,相对不稳定,应舍去。
q可以用另一个计算公式来求得:
q=键数特征数(特征数=8价电子数)
对于缺电子化合物或富电子化合物,由于中心原子的价电子总数可以为6(BF3)、10(OPCl3)、12(SF6)等,则中心原子的特征数应该用实际价电子总数(修正数)减去其价电子数来计算。
例如SF6中S的特征数不是2,而应该是6(126=6)。
试写出N2O4中N、N连接的一种Lewis结构式并标出形式电荷。
(答案:
(3)稳定性的判据:
a.在Lewis结构式中,QF应尽可能小,若共价分子中所有原子的形式电荷均为零,则是最稳定的Lewis结构式;
b.两相邻原子之间的形式电荷尽可能避免同号。
(4)如果一个共价分子有几种可能的Lewis结构式,那么通过QF的判断,应保留最稳定和次稳定的几种Lewis结构式,它们互称为共振结构。
H-N=N=NH-N-N≡N,互称为HN3的共振结构式。
一个分子在不改变其中的原子的排列的情况下,可以写出一个以上合理的路易斯结构式,为解决这一问题,鲍林提出所谓的“共振”的概念,认为该分予的结构是所有该些正确的路易斯结构式的总和,真实的分子结构是这些结构式的“共振混合体”。
5.特殊情况
(1)对于奇电子化合物,如NO2,只能用特殊的方法表示:
(2)对于缺电子化合物,如BF3:
no=48=32,nv=3+73=24ns/2=(3224)/2=4
BF3的Lewis结构式为:
B-F的键级为(1+1+2)/3=4/3
而中所有原子的形式电荷为0,B-F的键级为1。
这是由于B原子周围是6电子构型,所以称BF3为缺电子化合物。
我们用修正no的方法重新计算no:
no=6+38=30,ns/2=(3024)/2=3
这样就画出了BF3的最稳定的Lewis结构式。
所以BF3有4种共振结构,B-F键级为1~4/3。
(3)对于富电子化合物,如OPCl3、SF6等
显然也是采取修正no的办法来计算成键数;
SF6:
若当作8电子构型,则no=78=56,nv=6+67=48ns/2=(5648)/2=4,四根键是不能连接6个F原子的,
∴no=12+68=60,ns/2=(6048)/2=6,SF6为正八面体的几何构型。
POCl3:
no=58=40,nv=5+6+37=32,ns/2=(4032)/2=4
∴Lewis结构式为:
,这种Lewis结构式中P原子周围有8个价电子。
但P原子周围可以有10个价电子,∴no=10+48=42
ns/2=(4232)/2=5∴Lewis结构式为:
,每个原子QF都为零
∴P-Cl键级=1,P-O键级=3/2~2
★如何确定中心原子的价电子“富”到什么程度呢?
显然中心原子周围的总的价电子数等于中心原子本身的价电子与所有配位原子缺少的电子数之和。
例如:
XeF2、XeF4、XeOF2、XeO4等化合物,它们都是富电子化合物
XeF2:
8+12=10XeF4:
8+14=12
XeOF2:
8+2+12=12XeO4:
8+24=16
所以中心原子价电子超过8的情况,要根据具体的配位原子种类与多少来确定。
★有些富电子化合物为什么可以不修正呢?
当配位原子数小于或等于键数时,可以不修正,因为连接配位原子的单键已够了。
但中心原子周围的配位原子数目超过4,必须要修正no。
试画出S4N2的最稳定的Lewis结构式。
并说明它是最稳定Lewis结构式的理由。
此结构式中所有原子的形式电荷为零)
Lewis的贡献在于提出了一种不同于离子键的新的键型,解释了△X比较小的元素之间原子的成键事实。
但Lewis没有说明这种键的实质,适应性不强。
在解释BCl3,PCl5等未达到稀有气体结构的分子时,遇到困难。
经典价键理论遇到许多困难:
两个电子配对后,为什么不相互排斥?
在有些共价化合物中,中心原子周围的价电子总数超过8,为什么仍然稳定存在?
根据静电理论,原子核对成键电子对的吸引只具有共价键键能的5%,那么大部分共价键的键能从何而来?
经典共价键理论不能解释共价键的方向性和饱和性!
1927年海特勒和伦敦把量子力学应用于分子结构,获得成功;
后由鲍林等人发展形成了近代价键理论、杂化轨道理论、价层电子对互斥理论;
1932年[美]密立根和[德]洪特提出MO理论。
二、近代价键理论(电子配对法,简称VB法)
1927年,海特勒Heitler和伦敦London用量子力学处理氢气分子H2,解决了两个氢原子之间化学键的本质问题,并将对H2的处理结果推广到其它分子中,形成了以量子力学为基础的价键理论(VB法、电子配对法)
1、共价键的形成:
自旋相反的未成对电子相互配对时,因其波函数符号相同,此时系统的能量最低,可以形成稳定的共价键。
即A、B两原子各有一个成单电子,当A、B相互接近时,两电子以自旋相反的方式结成电子对,即两个电子所在的
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- 高中化学 奥林匹克 竞赛 分子结构