
一、共價鍵
1.共價鍵的類型
(1)根據(jù)共用電子對是否偏移,共價鍵分為極性鍵和非極性鍵。
(2)根據(jù)共用電子對數(shù),共價鍵分為單鍵、雙鍵、三鍵。
(3)根據(jù)原子軌道的重疊方式不同,可分為σ鍵(頭碰頭重疊)和π鍵(肩并肩重疊)。
(4)配位鍵是一種特殊的共價鍵。它是成鍵元素原子一方提供孤電子對,另一方提供空軌道。
2.共價鍵的特征
(1)共價鍵的飽和性:按照共價鍵的共用電子對理論,一個原子有幾個未成對電子,便可和幾個自旋方向相反的電子配對成鍵,這就是共價鍵的“飽和性”。H原子、Cl原子都只有一個未成對電子,因而只能形成H2、HCl、Cl2分子,不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子。共價鍵的飽和性決定了共價化合物的分子組成。
(2)共價鍵的方向性:共價鍵形成時,兩個參與成鍵的原子軌道總是盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向重疊,而且原子軌道重疊越多,電子在兩核間出現(xiàn)概率越大,形成的共價鍵越牢固。電子所在的原子軌道都有一定的形狀,所以要取得最大重疊,共價鍵必然有方向性。
共價鍵的方向性決定了分子的立體構(gòu)型。
3.共價鍵的參數(shù)
(1)鍵參數(shù)對分子性質(zhì)的影響
(2)鍵參數(shù)與分子穩(wěn)定性的關(guān)系:鍵長越短,鍵能越大,分子越穩(wěn)定。
4.共價鍵的存在
(1)非金屬單質(zhì)分子(稀有氣體除外)。如:O2、F2、H2、C60等。
(2)非金屬元素形成的化合物中。如:H2SO4、CO2、H2O2、有機物分子等。
(3)某些金屬與非金屬形成的化合物中。如:BeCl2、HgCl2、AlCl3等。
(4)部分離子化合物中。如:Na2O2、NaOH、Na2SO4、NH4Cl等。
5.共價鍵的強弱
(1)由原子半徑和共用電子對數(shù)判斷:成鍵原子的半徑越小,共用電子對數(shù)越多,則共價鍵越牢固,含有共價鍵的分子越穩(wěn)定。如原子半徑:FH—I,穩(wěn)定性:HF>HCl>HBr>HI。
(2)由鍵能判斷:共價鍵的鍵能越大,表示破壞共價鍵消耗的能量越多,則共價鍵越牢固。
(3)由鍵長判斷:共價鍵的鍵長越短,破壞共價鍵消耗的能量越多,則共價鍵越牢固。
6.配位化合物
(1)配位鍵:成鍵原子一方提供孤電子對,另一方提供空軌道形成的共價鍵。常用“→”來表示配位鍵,箭頭指向接受孤電子對的原子,如NHeq \\al(+,4)可表示為[HNHHH]+,在NHeq \\al(+,4)中,雖然有一個N—H鍵形成過程與其他3個N—H鍵形成過程不同,但是一旦形成之后,4個共價鍵就完全相同。配位鍵是一種特殊的共價鍵。配位鍵中的共用電子對是由成鍵單方提供的,而其他的共價鍵的共用電子對是由成鍵雙方提供的。配位鍵同樣具有飽和性和方向性。一般來說,多數(shù)過渡金屬的原子或離子形成配位鍵的數(shù)目是基本不變的,如Ag+形成2個配位鍵;Cu2+形成4個配位鍵等。
(2)組成:把金屬離子(或原子)與某些分子或離子(稱為配體)以配位鍵結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物,簡稱配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH、NH4Cl等均為配合物。中心離子是提供空軌道接受孤電子對的離子,一般都是帶正電荷的陽離子(此時又叫中心離子),過渡金屬離子最常見的有Fe3+、Ag+、Cu2+、Zn2+等;配體是提供孤電子對的陰離子或分子,如Cl-、NH3、H2O等,配體中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子,配位原子必須是含有孤電子對的原子,如NH3中的N原子,H2O中的O原子等;配位數(shù)是直接與中心原子形成的配位鍵的數(shù)目。如[Fe(CN)6]4-中Fe2+的配位數(shù)為6。
(3)形成條件:成鍵原子一方能提供孤電子對,如分子有NH3、H2O、HF、CO等,離子有Cl-、OH-、CN-、SCN-等;成鍵原子另一方能提供空軌道,如H+、Al3+、B及過渡金屬的原子或離子。
7.8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
(1)分子中若含有氫元素,則氫原子不能滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
(2)某元素化合價絕對值與其原子最外層電子數(shù)之和等于8,則該元素的原子最外層滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。如C原子最外層電子數(shù)為4,CO2中C為+4價,二者之和為8;O原子最外層電子數(shù)為6,CO2中O為-2價(絕對值是2),二者之和為8,則CO2分子中所有原子都滿足最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu);N原子最外層5個電子,NO2中,N為+4價,二者之和為9,故N原子不滿足最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu);B原子最外層3個電子,BF3中,B為+3價,二者之和為6,故B原子不滿足最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
二、分子的立體構(gòu)型
1.價層電子對互斥理論
(1)理論要點:價層電子對互斥模型認為,在一個共價分子中,中心原子周圍電子對排布的立體構(gòu)型主要決定于中心原子的價電子層中電子對的數(shù)目。所謂價層電子對包括成鍵的σ電子對和未成鍵的孤電子對。價層電子對各自占據(jù)的位置傾向于彼此分離得盡可能地遠些,這樣電子對彼此之間的排斥力最小,整個分子最為穩(wěn)定。
(2)判斷分子中的中心原子上的價層電子對數(shù)的方法:對ABx型分子或ABeq \\al(m±,x)型離子,其價層電子對數(shù)的判斷方法為n=eq \f(1,2)(中心原子的價電子數(shù)+每個配位原子提供的價電子數(shù)×x±m(xù))。注意氧族元素的原子作為中心原子A時提供6個價電子,作為配位原子B時不提供價電子;若為分子,電荷數(shù)為0;c.若為陽離子,則減去電荷數(shù),如NHeq \\al(+,4)的n=eq \f(5+1×4-1,2)=4;d.若為陰離子,則加上電荷數(shù),如SOeq \\al(2-,4)的n=eq \f(6+2,2)=4。
中心原子上的孤電子對數(shù)=eq \f(1,2)(a-xb),其中a是中心原子的價電子數(shù)(陽離子要減去電荷數(shù)、陰離子要加上電荷數(shù)),b是與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù),x是與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。如SO2的中心原子為S,S的價電子數(shù)為6(即S的最外層電子數(shù)為6),則a=6;與中心原子S結(jié)合的O的個數(shù)為2,則x=2;與中心原子結(jié)合的O最多能接受的電子數(shù)為2,則b=2,所以SO2中的中心原子S上的孤電子對數(shù)=eq \f(1,2)×(6-2×2)=1。
(3)價層電子對互斥理論與分子構(gòu)型:價層電子對互斥構(gòu)型是價層電子對的空間構(gòu)型,而分子的空間構(gòu)型指的是成鍵電子對的空間構(gòu)型,不包括孤電子對。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對(未用于形成共價鍵的電子對),當中心原子上無孤電子對時,兩者的構(gòu)型一致;當中心原子上有孤電子對時,兩者的構(gòu)型不一致。常見的分子立體構(gòu)型有直線形、V形、平面三角形、三角錐形、四面體形等。
2.雜化軌道理論
(1)雜化軌道概念:在外界條件的影響下,原子內(nèi)部能量相近的原子軌道重新組合的過程叫原子軌道的雜化,組合后形成的一組新的原子軌道,叫雜化原子軌道,簡稱雜化軌道。
(2)雜化軌道的類型與分子立體構(gòu)型的關(guān)系:
(3)由雜化軌道數(shù)判斷中心原子的雜化類型:雜化軌道用來形成σ鍵和容納孤電子對,所以有公式:雜化軌道數(shù)=中心原子的孤電子對數(shù)+中心原子的σ鍵個數(shù)。
(4)中心原子雜化軌道類型和分子立體構(gòu)型的相互判斷:
3.等電子原理
原子總數(shù)、價電子總數(shù)均相同的分子或離子具有相似的化學鍵特征,等電子體具有相似的雜化類型,相同的立體構(gòu)型,等電子體物理性質(zhì)相似,化學性質(zhì)不同。常見等電子體如下:
三、分子的性質(zhì)
1.極性分子和非性分子
(1)只由非極性鍵構(gòu)成或不含共價鍵的分子(O3除外)一定是非極性分子;只含有極性鍵的分子可能是極性分子也可能是非極性分子;含有非極性鍵的分子也可能是極性分子;極性分子一定含有極性鍵,也可能含有非極性鍵等,這些說法應準確理解。
(2)以極性鍵結(jié)合的多原子分子中,有些屬于極性分子,有些屬于非極性分子,這取決于分子中各鍵的空間排列,而鍵角是決定分子立體構(gòu)型的因素之一。三原子分子CO2、CS2及四原子分子C2H2,雖然都含有極性鍵,但分子中鍵角均為180°,因電荷分布完全對稱,所以是非極性分子。而同樣是三原子分子的H2O、H2S、HCN等分子,由于電荷分布不對稱,都是極性分子。
(3)看分子的對稱性,如CH4分子的正四面體形和BF3分子的平面正三角形都是完全對稱的立體構(gòu)型,雖然分子中有極性鍵,鍵有極性,但分子立體構(gòu)型的對稱性從整體看,鍵的極性相互抵消,分子沒有極性。而CHCl3、NH3等分子因分子立體結(jié)構(gòu)不對稱而為極性分子。
(4)分子內(nèi)中心原子的化合價絕對值(或可理解為共價單鍵數(shù)目,一個雙鍵看作兩個單鍵)等于其主族序數(shù)(即最外層電子數(shù))時,分子為非極性分子,如BF3、CH4、CO2、PCl5、SiCl4、SO3、BeCl2等均為非極性分子,其他的如NO2、CO、SO2、NH3、NF3等為極性分子。
(5)分子內(nèi)中心原子的最外層無孤電子對(非共用電子對)時,分子為非極性分子,如CO2、CS2、BeCl2、CCl4、BCl3、PCl5等均為非極性分子。另外,上述分子中除了BeCl2、BCl3、PCl5分子外,其余的分子中所有成鍵原子的最外層均達8個電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。而BeCl2分子中的Be原子最外層只有4個電子,BCl3分子中的B原子最外層只有6個電子,PCl5分子中P原子的最外層電子肯定超過8個,但它們都能穩(wěn)定存在,說明原子通過得失電子或共用電子對而達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時不一定都要滿足最外層2個電子或8個電子的飽和結(jié)構(gòu)。
2.范德華力和氫鍵
(1)范德華力:物質(zhì)分子間普遍存在的一種相互作用力稱為范德華力。范德華力比化學鍵的鍵能小約1~2個數(shù)量級。
(2)氫鍵:由已經(jīng)與電負性很強的原子形成共價鍵的氫原子(如水分子中的氫原子)與另一個電負性很強的原子(如水分子中的氧原子)之間的作用力。
3.分子的溶解性
(1)“相似相溶”的規(guī)律:非極性溶質(zhì)一般能溶于非極性溶劑,極性溶質(zhì)一般能溶于極性溶劑。若溶劑和溶質(zhì)分子之間可以形成氫鍵,則溶質(zhì)的溶解度增大。
(2)隨著溶質(zhì)分子中憎水基的增多,溶質(zhì)在水中的溶解度減小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶,而戊醇在水中的溶解度明顯減小。
4.分子的手性
(1)手性異構(gòu):具有完全相同的組成和原子排列的一對分子,如同左手和右手一樣互為鏡像,在三維空間里不能重疊的現(xiàn)象。
(2)手性分子:具有手性異構(gòu)體的分子。
(3)手性碳原子:在有機物分子中,連有四個不同基團或原子的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子,如CHCH3OHCOeq \(OH。,\s\up6(,* ))
5.無機含氧酸分子的酸性
無機含氧酸的通式可寫成(HO)mROn,如果成酸元素R相同,則n值越大,R的正電性越高,使R—O—H中O的電子向R偏移,在水分子的作用下越易電離出H+,酸性越強,如酸性:HClOP,鍵長越長,鍵能越小,故B項錯誤;都為非極性分子,分子極性相同,故C項錯誤;形成的晶體都為分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強,則熔點越高,故D項正確。
14.C【解析】原子序數(shù)依次增大的短周期元素W、X、Y、Z和M中,W的最外層電子數(shù)為其周期數(shù)的2倍,則W只能有2個電子層,最外層電子數(shù)為4,故W為碳元素;X和Z的A2B型氫化物均為V形分子,X為氧元素,Z為硫元素;Y的+1價離子比M的-1價離子少8個電子,Y為鈉元素,M為氯元素。同周期元素隨原子序數(shù)逐漸增大,原子半徑逐漸減小,同主族元素電子層數(shù)越多,原子半徑越大,故原子半徑:Na>S>Cl>C>O,即X
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