参考答案
1.
(1)B (2)C (3)C (4)D (5)B (6)A (7)D (8)A (9)D (10)B (11)A (12)D (13)C (14)D (15)B
2.
价键理论和分子轨道理论。价键理论认为共价键是由两个自旋方向相反的电子配对形成的,分子中的价电子被定域在两个成键原子之间的区域内。分子轨道理论则是以形成共价键的电子是分布在整个分子之中这样的观点为着眼点,考虑到了全部原子轨道之间的相互作用。
3.
依照原子轨道重叠的方式不同,化合物分子中的共价键可分为π键(B)和σ键(A)两种类型。
σ键中原子轨道沿键轴方向,以“头碰头”的方式发生重叠。其特点是:在键轴方向上进行最大程度的重叠,可以自由旋转,形成的价键比较牢固。
原子轨道从侧面以“肩并肩”的方式重叠交盖所形成的共价键称为π键。π键的特点是在σ键的基础上构建,因而只能与σ键共存;不能自由旋转,重叠程度小,不牢固,易断裂,是化学反应易发生的部位。
4.
有机化合物分子中常见的杂化方式有:sp3杂化(如乙烷中的碳原子)、sp2杂化(如乙烯中的碳原子)和sp杂化(如乙炔中的碳原子)。详见教材相关章节。
5.
反映共价键本质和特性的参数有键能、键长和键角等。
6.
(1)化学键:化合物分子中,相邻原子(两个或多个)间的相互作用称为化学键。
(2)共振结构式:根据共振的理论,一个分子、离子或自由基如按价键理论可写成两个或更多个仅在电子排布上不同的结构式,并以不同的几率不断地出现,这些结构式即称为共振结构式。
(3)电性效应:有机化合物分子中,影响电子分布的诱导效应、共轭效应等统称为电性效应。
(4)诱导效应:在共价键中,由于成键原子(或基团)的电负性不相同,使得共价键两端或整个分子的正负电荷分配不平衡,导致电子云向一侧成键原子方向偏移的现象,称为诱导效应。
(5)共轭效应:丁-1,3-二烯是共轭体系简单而典型的代表,其分子结构如下图所示:
丁-1,3-二烯分子中,四个碳原子均为sp2杂化,除形成位于同一平面的三个C—Cσ键和六个C—Hσ键之外,每个碳原子上还有一个未参与杂化的p电子,在垂直于σ键的平面上,侧面平行重叠形成两个π键。这种p轨道之间的重叠不仅仅限于C1与C2、C3与C4之间,C2与C3间也发生了一定程度的重叠。这种重叠方式的结果是每一对p电子不只是被两个碳原子所吸引,而是被四个碳原子所吸引。π电子则有更大的活动范围,它分布在整个分子中而不是局限于相邻的两个原子之间。此时丁-1,3-二烯分子中发生了一些物理性质和化学性质的改变,如键长平均化(乙烷和乙烯分子中C—C键和键的键长分别为154pm和134pm,而丁-1,3-二烯分子中,C—C键的键长为146pm,键的键长为136pm,其双键要长于一般的双键,单键要短于一般的单键)、内能降低以及折光率增高等。像这种由于分子中共轭体系的存在致使分子中电子发生平均化的效应,称为共轭效应,也称为电子离域效应(常用C表示)。
(6)超共轭效应:碳氢σ键与π键之间发生电子离域形成的σ-π共轭体系是一种超共轭体系,由超共轭体系引发的电性效应,称为“超共轭效应”(hyperconjugative effect)。产生超共轭效应的原因与C—H键的性质及碳原子的杂化方式有关,以丙烯为例说明。
丙烯分子甲基碳原子有四个sp3杂化轨道,其中三个轨道与氢原子的1s轨道重叠形成C—Hσ键,一个轨道与双键碳原子的一个sp2杂化轨道形成C—Cσ键。C—H键中由于氢原子很小,对电子云的引力很弱,它们与π键或p轨道相连时,C—H键的电子云会向双键或p轨道偏移,电子发生一定程度的离域,由于C—H键电子云与p轨道间并不完全平行,故这种电子离域的程度较小。丙烯分子中的甲基表现出的超共轭效应导致双键发生极化。
超共轭效应的强弱与分子中和π键发生共轭的C—H键的数目有关。参与共轭的C—H键数目越多,则发生的超共轭效应也越强。
除了σ-π超共轭体系之外,分子中还存在σ-p超共轭,C—Hσ键与相邻原子上的p轨道发生超共轭。总的说来,超共轭效应所起的影响比共轭效应小得多,在物理或化学性质上的表现不如共轭效应明显,但它在解释某些化合物的现象时,仍有着十分重要的作用。
(7)氢键:在化合物分子中,当氢原子和电负性很强而半径很小的原子(如N、O、F等)以共价键结合时,两原子的共用电子对强烈地偏向于强电负性的原子,“裸露”出氢原子核。此时如果氢原子附近存在含未成键孤对电子的原子或基团,例如N、O、F或—OH、—COOH、—NO2、—NO、—CONH2等,它们之间便会相互靠近、相互吸引,这种静电吸引作用称为氢键。
(8)电荷转移络合物:是电荷从一个化合物分子转移到另一个化合物分子所形成的一种键能很弱的络合物。
(9)包合物:是一类由主体分子和客体分子作用形成的独特形式的络合物,又称为包藏物、加合物或包含物。在包合物中,主体分子通常具有或能够形成一较大空腔的晶格,它可以容纳客体分子而将其包合在内。当二者靠近时,客体分子便可以进入此空腔形成包合物。
(10)离域电子:指化合物分子中,离开原有的区域,在更大的范围内运动的电子。
7.
在液体状态下可形成氢键者:(1)(5)。
在液体状态下不形成氢键、但在水中可形成氢键者:(2)(4)。
8.
(1)错。原子的相对位置发生了改变。
(3)错。未成对电子数不同。
9.
(1)叁键两端碳原子是sp杂化,双键两端碳原子是sp2杂化,其他碳原子为sp3杂化。
(2)双键两端碳原子是sp2杂化,其他碳原子为sp3杂化。
(3)两端碳原子是sp2杂化,中间碳原子是sp杂化。
(4)碳原子均为sp杂化。
(5)所有碳原子均为sp3杂化。
(6)苯环上碳原子均为sp2杂化,甲基碳为sp3杂化。
注:碳原子的杂化状态可以由碳原子连接的π键数确定,连接一个π键的碳原子是sp2杂化,连接二个π键的碳原子是sp杂化,没有连接π键的碳原子是sp3杂化。
10.
CH3CH2OH分子间能形成氢键缔合,增加了分子间的作用力,故沸点要高于不能形成分子间氢键的CH3OCH3。
11.
硝基化合物中存在着以下共振结构:
12.
(1)σ,π-超共轭体系;(2)π,π-共轭体系;(3)p,π-共轭体系。
13.
(1)6个;(2)离子键;(3)p轨道;(4)σ键;(5)正四面体;(6)sp2杂化。