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北京市一零一中学2013年高中化学竞赛 第5讲 分子结构

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第5讲 分子结构 【竞赛要求】 路易斯结构式(电子式) 。价层电子对互斥模型对简单分子(包括离子)几何构型的预测。杂化轨道 理论对简单分子(包括离子)几何构型的解释。共价键。键长、键角、键能。σ 键和 π 键。离域 π 键。 共轭(离域)的一般概念。等电子体的一般概念。分子轨道基本概念。定域键键级。分子轨道理论对氧分 子、氮分子、一氧化碳分子、一氧化氮分子的结构和性质的解释。

一维箱中粒子能级。超分子基本概念。 【知识梳理】 一、路易斯理论 1、路易斯理论 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(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 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∶ O=C=O C2H2(H—C≡C—H) 有些分子可以写出几个式子(都满足 8 电子结构) ,如 HOCN,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: q = n v-n L-n b 式中,q 为 n v 为价电子数 n L 为孤对电子数 n b 为成键电子数。 判断原则: q 越接近于零,越稳定。 所以,稳定性Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ 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。 二、价键理论 1927 年,Heitler 和 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(V. B. 法) 1、共价键的形成 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 个电子所在的原子轨道能相互重叠,则体系能量降低,形成化学键,亦即一对电子则形成一个共价键。 形成的共价键越多,则体系能量越低,形成的分子越稳定。因此,各原子中的未成对电子尽可能多地 形成共价键。 例如:H2 中,可形成一个共价键;HCl 分子中,也形成一个共价键。N2 分子怎样呢? 2 3 已知 N 原子的电子结构为: 2s 2p 每个 N 原子有三个单电子, 所 以形成 N2 分子时,N 与 N 原子之间可形成三个共价 键。写成: :N N: 1 形成 CO 分子时,与 N2 相仿,同样用了三对电子,形成三个共价键。不同之处是,其中一对电子在 形成共价键时具有特殊性。即 C 和 O 各出一个 2p 轨道重叠,而其中的电子是由 O 单独提供的。这样的 :C O: 共价键称为共价配位键。于是,CO 可表示成: 配位键形成条件: 一种原子中有孤对电子, 而另一原子中有可与孤对电子所在轨道相互重叠的空轨道。 在配位化合物中,经常见到配位键。 2、共价键的特征——饱和性、方向性 饱和性:几个未成对电子(包括原有的和激发而生成的) ,最多形成几个共价键。例如:O 有两个单 电子,H 有一个单电子,所以结合成水分子,只能形 成 2 个共价键;C 最多能与 H 形成 4 个共价键。 方向性:各原子轨道在空间分布是固定的,为了 满足轨道的最大重叠,原子间成共价键时

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