2.4 · 化学键与分子结构练习题 · Chemical Bonding and Molecular Structure

离子晶体中阴、阳离子靠强烈的静电作用（离子键）结合，熔化要克服离子键，所以熔点高。固态时离子不能自由移动，不导电；熔化或溶于水后离子能自由移动，才导电。受力时同种电荷的离子层错开后彼此排斥，晶体碎裂，所以硬而脆。离子化合物一般难溶于汽油等非极性溶剂。

Ca 的原子结构是 2、8、8、2，最外层 2 个电子，容易失去；O 是 2、6，最外层 6 个电子，容易得到 2 个。Ca 失去 2 个电子变成 $\ce{Ca^2+}$（2、8、8，和 Ar 相同），O 得到这 2 个电子变成 $\ce{O^2-}$（2、8，和 Ne 相同），阴、阳离子靠静电作用结合成离子键。两者的电负性相差 2.44，形成的是离子键，不是共用电子对。

单键是 1 个 σ 键；双键是 1 个 σ 键和 1 个 π 键；三键是 1 个 σ 键和 2 个 π 键。丙烯腈中有 3 个 C–H 单键、1 个 C–C 单键、1 个 C=C 双键、1 个 C≡N 三键：σ 键 3 + 1 + 1 + 1 = 6 个，π 键 1 + 2 = 3 个。把每根短线都当成 σ 键，会得到 9 个 σ 键。

两个原子之间共用的电子越多，吸引越强，原子核被拉得越近，键越短、越牢固：C≡C 120 pm、839 kJ/mol；C=C 134 pm、614 kJ/mol；C–C 154 pm、348 kJ/mol。注意双键的键能（614）小于单键的 2 倍（696），因为 π 键比 σ 键弱。

金属键是金属阳离子和“电子气”之间的吸引。碱金属每个原子都只贡献 1 个电子，阳离子都是 +1 价，但从上到下多了电子层，离子越来越大（$\ce{Li+}$ 76 pm、$\ce{Na+}$ 102 pm、$\ce{K+}$ 138 pm），离子中心和电子气的距离变大，吸引变弱，熔化需要的能量变少。原子越重熔点反而越低，所以质量不是原因；金属中没有共价键。

S 有 6 个价电子，4 个 O 各 6 个，离子带 2 个负电荷，再加 2 个：6 + 4 × 6 + 2 = 32。阴离子要加上电荷数，阳离子要减去电荷数。

价电子总数：$\ce{CO2}$ 16，$\ce{ClO2}$ 19，$\ce{SO2}$ 18，$\ce{NH3}$ 8。只有 $\ce{ClO2}$ 是奇数（19），总有一个电子不能成对，所以至少有一个原子不满 8 电子。这类含未成对电子的分子叫自由基。二氧化氯常用作自来水的消毒剂。

阴离子的 a 要加上所带的电荷数：a = 6 + 2 = 8，x = 3，b = 2，S 上的孤电子对数 = ½(8 − 3 × 2) = 1。价层电子对数 = 3 + 1 = 4，VSEPR 模型是四面体形；去掉孤电子对，离子是三角锥形。和 $\ce{SO3}$（孤电子对数 0，平面三角形）不同：多出的 2 个电子在 S 上形成了一对孤电子对。

判断分子的极性，要看空间结构能否让键的极性抵消。用 ½(a − xb) 算中心原子上的孤电子对：$\ce{CS2}$ 0 对，直线形；$\ce{NF3}$ 1 对，三角锥形；$\ce{SiCl4}$ 0 对，正四面体形；$\ce{OF2}$ 2 对，V 形；$\ce{BCl3}$ 0 对，平面三角形。配位原子都相同时，没有孤电子对的分子完全对称，是非极性分子；$\ce{NF3}$ 和 $\ce{OF2}$ 的中心原子上有孤电子对，结构不对称，是极性分子。

三者是同分异构体，相对分子质量相同，都是非极性分子，分子之间只有色散力，也没有氢键（H 只连在 C 上）。区别在形状：正戊烷是长链，分子之间可以贴得很近；新戊烷接近球形，彼此只能在很小的面积上接触，色散力最弱，沸点最低。沸腾不断开分子内的共价键。