大学实验化学 共价键与分子间力

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1、大学实验化学共价键与分子间力难题解析[TOP]例10-1试用杂化轨道理论说明乙烯分子的形成及其构型。分析根据杂化轨道理论，形成乙烯分子时，C原子的价层电子要杂化。共价键形成时，σ键在成键两原子间能单独存在，且只存在一个；p键在成键两原子间不能单独存在，但可存在多个。乙烯分子中C原子的4个价电子分别与其它原子形成三个σ键，C、C原子间的双键中有一个是π键。三个σ键决定分子构型，因此C原子有三个原子轨道参与杂化，形成三个等性杂化轨道。解乙烯分子C2H4中有2个C原子和4个H原子，每个基态C原子的价层电子组态为2s22p2，在形成乙烯分子的过程中，1个2s电子被激发到2p空轨道上，然后1

2、个2s轨道和2个2p轨道杂化形成3个等同的sp2杂化轨道，彼此间夹角为120º。每个C原子的2个sp2杂化轨道各与1个H原子的1s轨道重叠形成2个C—Hσ键；2个C原子间各以1个sp2杂化轨道互相重叠，形成1个σ键。由于2个C原子的这6个sp2杂化轨道处于同一平面，未参与杂化的2pz轨道则垂直于该平面，“肩并肩”重叠形成1个π键，构成C＝C双键。乙烯分子中6个原子在一个平面上，分子呈平面构型。例10-2利用价层电子对互斥理论预测的空间构型。分析先确定中心原子的价电子对数，中心原子提供7个电子，配位提供1个电子，加上负离子的电荷数，得价层电子数的总和再除以2。然后根据价层电子对构型和

3、孤对电子决定的空间构型。解中有3个I原子，我们可将其中1个I作为中心原子，其余2个作为配位体。中心原子I有7个价电子，2个配位I原子各提供1个电子，离子的负电荷数为1，所以中心原子的价电子对数为(7+2+1)/2＝5。价层电子对构型为三角双锥，因配位原子数为2，说明价层电子对中有2对成键电子对和3对孤对电子，以3对孤对电子处在三角双锥的三角形平面上排斥能最小，所以为直线型。例10-3试用分子轨道理论比较CO和N2的成键类型和键级。分析异核双原子分子的原子序数和≤14时，则符合分子轨道能级图10-13（b）的能级顺序；＞14时，则符合分子轨道能级图10-13(a)的能级顺序。解CO分

4、子中的电子总数为14，和N2分子中的一样多，故CO和N216具有完全相同的分子轨道电子排布式、成键类型和键级。它们的分子轨道式为键级＝这样的分子称为等电子体，它们具有某些相近的性质。如N2的熔点和沸点分别为63K和77K，CO的熔点和沸点分别为74K和81K。例10-4下列说法是否正确？说明理由。(1)非极性分子中不含极性键。(2)直线型分子一定是非极性分子。(3)非金属单质的分子间只存在色散力。(4)对羟基苯甲醛的熔点比邻羟基苯甲醛的熔点高。解(1)说法不正确。有的分子含极性键，但空间构型完全对称，键的极性可以相互抵消，因而是非极性分子。(2)说法不正确。双原子分子都是直线型，同

5、核双原子分子化学键无极性，分子为非极性；异核双原子分子化学键有极性，分子为极性。多原子直线型分子中，若配体由相同原子形成，其空间构型对称，偶极距为零，分子为非极性。如CO2：O=C=O。而配体由不同原子所形成，其空间构型不对称，偶极距不为零，为极性分子。如H—C≡N。(3)说法不正确。非金属单质分子通常是非极性分子，分子间的作用力通常为色散力。但臭氧(O3)分子的空间构型为V形，μ>0，为极性分子，故分子之间存在取向力、诱导力和色散力。(4)说法正确。对羟基苯甲醛存在着分子间氢键，而邻羟基苯甲醛存在着分子内氢键，对羟基苯甲醛分子间的作用力远大于邻羟基苯甲醛分子间的作用力，熔化对羟基

6、苯甲醛时必须消耗额外的能量去破坏分子间氢键，故对羟基苯甲醛的熔点高于邻羟基苯甲醛的熔点。例10-5某一化合物的分子式为AB2，A属第六主族元素，B属第七主族元素，A和B在同一周期，它们的电负性值分别为3.44和3.98。试回答下列问题：(1)已知AB2分子的键角为103º18¢，推测AB2分子的中心原子A成键时采取的杂化类型及AB2分子的空间构型。(2)A-B键的极性如何？AB2分子的极性如何？(3)AB2分子间存在哪些作用力？（4）AB2与H2O相比，何者的熔点、沸点较高？16解(1)根据A、B的电负性值，可判断A元素为O，B元素为F，该分子为OF2。根据键角103º18¢，知道

7、该分子中O原子以不等性sp3杂化轨道与F原子成键，两个单电子sp3杂化轨道各与1个F原子的单电子2p轨道重叠形成键，余下的2个sp3杂化轨道各被1对孤对电子占据，对成键电子对产生较大的排斥，致使键角压缩（<109º28¢），故OF2分子的空间构型为“V”形。(2)O—F键为极性共价键。OF2分子中键的极性不能抵消，为极性分子。(3)OF2分子间存在取向力、诱导力及色散力，其中色散力是主要的。(4)OF2分子中无H原子，分子间不能形成氢键，而H2O分子间能形成氢键，故O