十章 共价键与分子间力 首 页
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例10－1试用杂化轨道理论说明乙烯分子的形成及其构型。
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；л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л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2s2 2p2，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—H σ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I3- 的空间构型。
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孤对电子决定I3- 的空间构型。
解 I3-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，I3-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I3-为直线型。
例10-3 画出NO的分子轨道，并用分子轨道法写出它的电子排布，并说明：①它的键级是多少？②它的键长应比NO-更长或更短？③有几个单电子？④并从键级推测NO+化合物存在的可能性。⑤讨论NO、NO-、NO+的磁性和稳定性。
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。写出NO+、NO、NO-分子轨道式，判断键级、键长、键能。
1
根据是否存在单电子，判断磁性。 解 NO的分子轨道为
σ2px* π2p* 2p 2p
π2p σ2px σ2s* 2s
它们的分子轨道式为:
NO+ [(σ1s)2(σ1s*)2 (σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2 (π2py)2(π2pz)2] NO [(σ1s)2(σ1s*)2 (σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2 (π2py)2(π2pz)2(π2py*)1] NO- [(σ1s)2(σ1s*)2 (σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2 (π2py)2(π2pz)2(π2py*)1(π2pz*)1]
①NO的键级＝
N
σ2s NO
O
2s 10－510－610－4-+
＝2.5；NO的键级＝＝2；NO的键级＝＝3。 222②由于NO-的键级比NO的键级小，故NO-的键长比NO的键长长。 ③NO分子有一个单电子。 ④从键级3推测，NO+可能存在。
⑤NO有1个单电子，顺磁性；NO-有2个单电子，顺磁性；NO+没有单电子，反磁性。一般而言，键级愈大，键愈牢固，故它们的稳定性顺序为
NO+ >NO > NO-
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。
2
(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，同核双原子分子化学键无极性，分子非极性；异核双原子分子化学键有极性，分子极性。多原子直线型分子中，若相同原子所形成的空间构型对称、键的极性可以相互抵消，分子非极性。如CO2：O=C=O。而由不同原子所形成的及空间构型不对称，键的极性不能相互抵消，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103.3o，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？
(5) AB2 与H2O相比，何者的熔点、沸点较高？
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103.3o，知道该分子中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2px 轨道重叠形成sp3-p的σ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OF2的熔点、沸点比H2O的低。
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一、判断题（对的打√，错的打×，共13分）
3
1.原子形成的共价键数目不能超过该基态单原子的单电子数。 ( )
2.一般来说，共价单键是σ键，在共价双键或叁键中只有1个σ键。 ( )
3. 将H原子的电子从1s轨道激发到3s轨道所需的能量，要比激发到3p轨道所需的能量少。 ( )
4.AB2型共价化合物，其中心原子均采用sp杂化轨道成键。 ( )
5.凡中心原子采用sp 杂化轨道成键的分子，其空间构型不一定是正三角形。 ( ) 6.CH4分子中，C原子采取sp等性杂化，在CH3Cl分子中，C原子采取sp不等性杂化。 ( ) 7.CCl4的沸点、熔点很低，所以分子很不稳定。 ( )
8.因Cl的电负性大于H的电负性，所以C2Cl2的μ大于C2H2的μ。 ( ) 9.只有原子之间的s轨道与s轨道重叠才能形成σ键。 ( ) 10 同一种原子在不同的化合物中形成不同键时，可以是不同的杂化态。( ) 11.非极性分子之间只存在色散力，极性分子之间只存在取向力。 ( ) 12.氢键是有方向性和饱和性的一类化学键。 ( ) 13.溶质的分子内形成氢键，其溶解度不一定增大。 ( )
二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出，每题2分，共30分） [TOP] 1. 在Br—CH═CH—Br分子中，C—Br间键合所用的轨道是 ( )
A. s—p B. sp—p C. sp—s D. sp—p E. sp—p 2. 下列分子中，C原子与H原键合所用轨道为sp—s的是 ( )
A. C2H4 B. C2H2 C. C2H6 D. CH4 E. C3H8 3. 下列分子或离子中键角最小的是 ( )
A. SO4 B. HgBr2 C. NF3 D. BF3 E. CS2
4. AB3分子中，中心原子A有3个价电子，配位原子B各提供1个价电子，其空间构型为 ( )
A. 平面正三角形 B. V形 C. T形 D. ∠BAB = 90的三角锥体 E. ∠BAB < 90的三角锥体
5.根据价层电子对互斥理论，SF4的空间构型为 ( )
A. T形 B. V形 C. 变形四面体 D. 三角锥 E. 正四面体
6.下列几组原子轨道沿x轴靠近时，由于对称性不匹配，不能有效地形成分子轨道的是 ( )
A. px-px B. py-py C. pz-pz D. px-py E. s-px 7.下列分子或离子的分子轨道式中，无单电子的是 （ ）
4
O
O
2-2
2
3
3
3
2
A. O2ˉ B. F2 C. O2 D. O2 E. N2 8.下列分子或离子中，最稳定的是 （ ）
A. N2 B. N2 C. N2 D. N2 E. N2 9. 根据分子轨道理论，O2分子的最高占有轨道为 （ ）
A. σ
2px2+
+
2--
+2+
B. σ
2px
* C. σpz D. π
2py
E.π
2py
*
10. 下列分子中，极性最小的是 （ ）
A. HI B. HCl C. LiH D. HBr E. HF 11. 下列分子中，既是非极性分子同时又含有π键的是 （ ）
A. CH4 B. Cl2 C. C2Cl4 D. CHCl3 E. CH2Cl2 12. 下列分子中，μ＝ 0的是 （ ）
A. PCl3 B. NF3 C. SO2 D. HgCl2 E. H2O
13. 下列各组分子间，同时存在取向力、诱导力、色散力和氢键的是 （ ）
A. C6H6和CCl4 B. N2和N2 C. CH3F和 C2H6 D. O2和N2 E. H2O和C2H5OH
NO214. 下列化合物a.HBO3、 b.
O2NOH 、c.
OH.、d.Na2CO3
中，那些存在氢键 （ ）
A. b B. a,b,c,d C. b,c D. a,b,c E. a,d 15. 下列化合物各自分子之间能形成氢键者中，氢键最强的是 （ ）
A. HF B. NH3 C. H2S D. HCl E. H2O
三、填空题（每空1分，共35分） [TOP]
1. 氢原子的电子能级由量子数 决定，而锂原子的电子能级由量子 数 决定。
2. 成键原子的原子轨道沿键轴（两核连线）以 的方式重叠而形成的共价键称为σ键，轨道的重叠部分沿键轴呈 分布。
3. 根据价层电子对互斥理论，H3O的空间构型为 。
4. ICl4 价层电子对数为6，其中孤对电子数为2，中心原子价层电子对构型为八面体，则ICl4的空间构型为 ；其中2对孤对电子的排布位置是互为 。
5.COCl2(∠ClOCl=120?,∠OCCl=120?)，中心原子的杂化轨道的类型是 ，该分子中?键有
5
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