〖2021年整理〗《分子结构》优秀教案

第１０章 分子结构
画出O 2、H 2O 2、CO 、CO 2、NC 3、SF 4的路易斯结构式。

不要忘记标出孤对电子和分子的总电子数！
解：
O=O
H
O O H
C
C
O
O
12e 14e 10e 16e
Cl
N Cl
Cl
F
F
F
26e 34e
评注：各种教科书对路易斯结构式的定义不尽相同。

涉及： 路易斯结构式是否一定要给出分子的立体结构？可以不涉及。

能表达更好。

2 路易斯结构式是否给出分子的全部电子？在有机化学中常不给出，但对初学者以给出为好。

3 路易斯结构式表达
O 2的结构时要不要给出三电子键？不必。

氧分子的三电子键属于分子轨道的理论表达，路易斯结构式一般不涉及分子轨道理论。

4 一氧化碳的路易斯结构式要不要给出配价键？最好给。

因此上面的CO 结构式最好写成：
画出硫酸根各共振体的结构式。

S
O O
O O
S
O
O
O
O
S
O
O
O O
S
O
O
O O
S
O
O
O
O
S O
O O S
O
O O
O
S
O
O O
O
S
O
O
O
O
评注：SO 42－
离子有32 个价电子，即16 对电子，因此，只要给出16 对电子，而且氧原子周围的电子数不超过8
的路易斯结构式都可以认为是硫酸根的共振结构式。

上列任一共振结构式并不能正确给出硫酸根的真实结构。

在有的教科书中用如下之一表达硫酸根的结构式：
S O O O O
2-
S O O
O O
2-
也有的教科书将所有硫和氧原子之间的被都画成S 指向氧原子的箭头。

应当注意到的事实是，硫酸根中硫原子和氧原子之间的化学键明显具有双键的性质，用单键表达，是明显偏离事实的。

从形式电荷的角度，上面的两根双键的路易斯结构式的硫原子和两个氧原子都是零，另外两个氧原子因获得外加的电子而呈－1，是最合理的，而四根单键的结构式，形式电荷为S 2 ，O －1 ，也是可以成立的。

这是路易斯结构式不能克服的内在矛盾。

σ键可由－、－
O
C
O
O
H
H
N
H
H
H
C O
O O
P
O
O
O
P O
O O
P
O
O
O
O
10.8
C
C
C
C H H
H H
120°120°
180°180°
sp 2
sp
sp
sp 2etch 程序进行结构优化，可得到如下结果：
H 2C
C
CH 2 H 2C
C
CH 2 C
C
C
CH 2H 2C
由此可发现规律：当这类烯分子的碳原子为偶数时，所有原子在一个平面上，否则氢原子不同面。

实验证明，臭氧离子O 3－的健角为100°，试用
VSE 10928'
O O O ∠--<︒
，有的教材已经用10－30Cm 代替D 作为键矩和分子偶极矩的单位，其数值的数量级与用德拜为单位是相同的，但数值却不同，为免相混，请计算德拜与10－30库仑· 米的换算系数．
答：1D = 10－18·eu·cm =10－18··10－10C·10－2m=·10－30 C·m
NF3和NH3的偶极矩相差很大，试从它们的组成和结构的差异分析原因。

答：NF3和NH3的偶极矩分别为和，对于NH3，因为氮的电负性大于氢原子，偶极矩的方向指向氮原子，而孤对电子的取向与之一致，使偶极矩更大；对于NF3因F 的强电负性使偶极矩指向氟原子，而孤对电子的取向与之相反，使偶极矩变小。

评注：O3的偶极矩也由于跟NF3相同的原因而较小。

10.19 C2H2的偶极矩等于零，而通式相同的H2O2的偶极矩等于，大于H2O的偶极矩，试根据偶极矩的实测结
果推侧C2H2和H2O2的分子立体结构。

答： H 2C = CH 2 分子呈平面结构，有对称中心，偶极矩为零，H 2O 2分子的H －O －O 夹角应接近水分子的H －O －
H 夹角，无论2个O －H 键在不在一个平面内，都跟氧原子的孤对电子取向相反，因而有较高偶极矩（如图）：
评注：氢氧键不在一个平面上的过氧化氢是较稳定的结构，用chemdraw 附带的计算程序进行能量最小化处理很容易验证这一点。

二氯乙烯有3种同分异构体，其中一种偶极矩等于零，另两种偶极矩不等于零。

试推
测它们的分子结构，作出必要的解释，并在结构式下标示偶极矩大小的顺序。

答： 偶极矩：
Cl Cl
Cl Cl
Cl
Cl >
>
下图所示分子的实测偶极矩为 ，已知C －S 键的键矩为，试推测该分子的可能立体结构。

S
S
答：因为 > ，故两个硫原子应在苯环的同一侧；可能该分子2个S 原子都不在苯环平面内，可形象地称为“蝴蝶状
分子。

用chemdraw 制作的经能量最小化处理后的立体结构图如下：
水的实测偶极矩为 ，己知H －O 键的键矩为 ， H 2O 的实测键角为°， 借助矢里加和法由H －O 键矩计算水分子偶
极矩。

解： ()()()()22cos /22 1.51cos 104.5/2 1.85H O H O D D μμθ=-=⨯⨯︒= 答： 水分子偶极矩的偶极矩为 。

一氧化碳分子与醛酮的羰基（>C=O ）相比，键能较大，键长较小，偶极矩则小得多，且方向相反，试从结构角度作
出解释。

答：对于CO ，C原子和O原子成键时不仅形成2个共用电子对，而且氧原子上的已经成对的电子还要进入碳原子的空轨道（配位键），使碳原子反而呈负电性，该偶极与氧较大电负性吸引电子是相反的，因此CO分子的偶极矩接近零。

评注：CO分子的碳原子相对呈负电，因而羰基化合物如NiCO4的配位原子是碳而不是氧。

极性分子－极性分子、极性分子－非极性分子、非极性分子－非极性分子，其分子间的范德华力各如何构成？为什么？答：
取向力是固有偶极之间的作用力，非极性分子没有固有偶极，因而只有极性分子和极性分子之间的范德华力有取向力的成分；诱导力是固有偶极诱导产生的偶极，因此非极性分子之间没有诱导力的成分，而色散力是瞬时偶极之间的作用力，因此任何分子间都存在色散力。

评注：应明确：对绝大多数分子而言，色散力是范德华力的主要、HI的色散力、取向力、诱导力以及它们构成的范德华力的顺序，并作出解释。

答：取向力：HC>HBr>HI；因为HC、HBr 、HI偶极矩依次减小，故取向力依次减小；
诱导力：HC>HBr>HI；因为偶极矩越大，诱导力也越大；
色散力：HC<HBr<HI；因为分子的极化率越大，变形性越大，色散力越大。

元素的范德华半径随周期系从上到下、从左到右有何变化规律？
答：周期系从上到下，主族非金属元素的范德华半径依次增大（但o 氢键，比HF 间的氢键数多一倍。

为什么邻羟基苯甲酸的熔点比间羟基苯甲酸或对羟基苯甲酸的熔点低？
答：邻羟基苯甲酸分子内形成氢键，间羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸分子间形成氢键。

温度接近沸点时，乙酸蒸气的实测分子量明显高于用原子量和乙酸化学式计算出来的分子量。

为什么？乙醛会不会也有这种现象？
答：部分气态乙酸分子因氢键而缔合成CH3COOH2，乙醛分子没有形成氢键的条件。

* 根据对称性的概念，以下哪些分子有手性，哪些分子有极性？
S8、N4S4、CH3－CH3、H2O2（非平面结构）、CHC=CHC、C6H6、H2SO4、HNO3、SO3、HOC。

答：如下表
S8N4S4
CH3－
CH3
H2O2CHC=CHC C6H6HNO3H2SO4SO3HOC
对
称性D4D4
D3h
D3v（交
叉构
像）
C2C2V C2h D6h C
见附
图
D3h C
手
性无无无有
顺式反式
无无无无无
无无
极
性
无无无有有无无有有无有。