高中化学 有关大π键

、概念：由三个或三个以上的原子形成的π键。这种多个原子上相互平行的P轨道，它们连贯地“肩平肩”地重叠在一起而形成离域的化学键键，称其为大π键。这种在化合物分子或离子中的π键电子不仅仅局限于两个原子的之间，而是在参加成键的多个原子形成的分子或离子骨架中运动。2、形成条件：(1)所有参与形成离域π键的原子必须在同一直线或同一平面上。所以中心原子只能采取sp2或sp1杂化。(2)参与离域π键的原子都必须提供一个或两个互相平行的P轨道。(3)形成离域π键的P电子的总数小于P轨道数的两倍。3、表示方法n为原子个数，m为共用电子个数，m≦2n4、m值的计算：ABn型分子或离子m=价电子总数—σ键数×2—未参与的孤对电子个数提醒：中心原子若有孤对电子，一定要把孤对电子从价电子总数中减去。5、常见分子或离子的大π键(1)ABn型分子①CO2：2个m值计算：m=4＋6×2－2×2－2×2=8＞2n，所以分为2个键等电子体：②O3：中心原子sp2杂化，所以中心原子中有1对孤对电子没有参与形成大π键m值计算：m=6×3－2×2－2－4×2=4等电子体：③CO2－：中心原子sp2杂化，中心原子的所有电子都参与成键m值计算：m=4＋6×3＋2－2×3－4×3=6(2)环状分子环上的原子都是sp2杂化在最近几年全国卷高考化学试题的物质结构与性质选做题中，经常涉及到大π键的考查。例如：2017年全国卷II分子中的大π键可用符号表示，其中m代表参与形成的大π键原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示），则N5－中的大π键应表示为(答案为)。2017年全国卷III硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在(答案为离子键和π键)。高考化学考试大纲对该处知识点的要求为“了解共价键的形成、极性、类型(σ键和π键)”。2017年全国II卷在该题题干中给出了大π键的信息，相对来说答案比较容易给出，但2017年全国卷III学生作答时该处答案很难给全。物质结构部分为选考内容，部分高中学校因某些原因未予讲解该部分内容。高考大纲中对该处知识点的要求为“了解共价键的形成、极性、类型(σ键和π键)”。对于一般学校，该处考点的教学以了解π键是轨道肩并肩重叠而成，以N2为例，只需要了解n(的)P轨道肩并肩重叠形成π键，N2分子中形成了1个σ键和2个π键即可。而对于大π键的形成基本未予介绍，直接结果就是2017年全国卷III中的该空很难得满分。针对大π键的课堂教学，应放在高三一轮复习中，建议采取以下模式：一、π键的概念及普通π键形成以N2的成键特点为例复习π键的概念，并让学生板演N2中的π键如何形成。进而总结出以下结论：原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大，即电子云重叠后得到的电子云图像呈镜像对称，这样形成的共价键叫做π键，形成π键的电子叫π电子。二、乙烯中π键形成如果同学们对N2的成键特点掌握较好，可将知识延伸至乙烯中的π键的形成。引导学生从杂化角度先考察分子的空间构型，有机物的杂化可从碳原子的成键特点判断，乙烯中碳碳之间靠双键连接，因此碳原子为sp2杂化，分子共平面，碳碳双键中包括1个σ键和1个π键，碳原子中未参与杂化的p轨道垂直于分子平面，各填充一个电子，形成普通的π键。三、常见微粒的大π键问题以2017年全国卷III的高考真题入手，让学生填写Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在。由于前期教学未提及大π键的问题，该处答案很难答全。以此入手提出大π键问题。微粒的杂化方式是研究大π键的形成的知识储备，如果是ABn型微粒可用价层电子对互斥理论(VSEPR)方法解决，本文不对VSEPR方法进行过多介绍。以高中常见的一些微粒为例，详细介绍大π键的表示方法。1.SO2中的大π键由价层电子对互斥理论可以看出中心硫原子为sp2杂化，则SO2三个组成原子共面。一般端原子不考虑杂化的问题，但在大π键的形成过程中，端原子一般采用与中心原子相同的杂化方式，则在SO2中氧原子也为sp2杂化。硫原子的2个sp2杂化轨道与氧原子的sp2杂化轨道组成2个普通的σ键，硫原子剩余的1个sp2杂化轨道被孤对电子占据，氧原子剩余的2个sp2杂化轨道被孤对电子占据。硫原子未参与杂化的p轨道填充2个电子且垂直于分子平面，氧原子剩余的未参与杂化的P轨道填充1个电子且垂直于分子平面，具备了形成大π键的所有条件，因此SO2中的大π键可表示为。由于O3与SO2互为等电子体，因此O3体系中也存在的大π键。NO3-中的大π键由价层电子对互斥理论可以看出中心氮原子为sp2杂化，氧原子作为端原子也采用sp2杂化，则NO3-四个组成原子共面；氮原子的3个sp2杂化轨道各填充1个电子与氧原子的sp2杂化轨道组成3个σ键，剩余的1个未参与杂化的P轨道被孤对电子占据且垂直于该平面。3个氧原子均采用相同的模式，即2个sp2杂化轨道被孤对电子占据，剩余的未参与杂化的P轨道填充1个电子且垂直于该平面。并且该体系带有1个单位负电荷，具备了形成大π键的条件，因此NO3-中的大π键可表示为。SO3、CO2－与NO3-互为等电子体，也具有的大π键。3.苯中的大π键苯中的6个碳原子均采取sp2杂化方式，每个碳原子用1个sp2杂化轨道与氢原子形成σ键，用2个sp2杂化轨道与其他2个碳原子的sp2杂化轨道形成σ键，未参与杂化的p轨道上填充1个电子且垂直于分子平面，具备了形成大π键的条件，因此苯分子中的大π键可表示为。石墨的成键方式与苯类似，石墨中也存在大π键可表示为。4.CO2中的大π键CO2为直线型分子，其中的中心碳原子为sp杂化，氧原子也采用相同的sp杂化方式。碳原子利用2个sp杂化轨道与氧原子的sp杂化轨道形成σ键，氧原子的另一个sp杂化轨道被孤对电子占据，则氧原子未参与杂化的轨道分别填充1个及2个电子。碳原子未参与杂化的P轨道互相垂直均填充1个电子，且均垂直于CO2组成的直线。氧原子未参与杂化的2个轨道互相垂直，且均垂直于CO2组成的直线。在一个方向上，碳原子的1个p轨道与2氧原子的p轨道形成大π键，可表示为。在另一个方向上也形成的大π键。因此CO2分子中含2个大π键，均为。可能有的同学在书写时写出了1个π33和1个π35，但该情况没有2个稳定，原因在大学无机化学教材中将予以介绍，本文不再赘述5.N5－中的大π键我们再来看2017全国II卷中的N5－中的大π键。微粒为共平面形式，5个N原子均采取sp2杂化方式。每个氮原子利用2个sp2杂化轨道与其他的N原子的sp2杂化轨道形成σ键，剩余的1个sp2杂化轨道被孤电子对占据，则未参与杂化的p轨道填充1个电子且垂直于该平面，并且该微粒带有1个单位负电荷，因此形成的大π键可表示为。四、大π键的形成条件及一般规律如果第三部分所举微粒的大π键问题学生能全部掌握，就会很轻松的总结出大π键的形成条件。课堂上应重点强调总结的是大π键的形成条件，即微粒必须是共平面结构，也就是中心原子应采取sp2或sp杂化形式，中心原子若为sp3杂化则不能形成大π键。形成大π键的条件为多个原子共平面、原子都提供平行的轨道、提供的电子总数小于轨道数的2倍。同时我们也可以利用等电子体的原理将问题迁移，互为等电子体的微粒具有相同的成键方式，因此掌握好常见物质的大π键问题可解决很多微粒的成键方式。离域大π键是一个比较难懂的知识。对于一些简单的分子或离子，我们可以通过画出三个相互垂直的p轨道分析出其中参与形成大π键的电子，但是这也需要一定的空间想像能力以及要弄清原子之间的电子填充情况，分析起来也显得复杂。运用计算法也会显得很麻烦，特别是离子所带电荷，中心原子的孤对电子的计算等易出错。本文介绍一种图示法，可以很简单的判断出大π键中的原子轨道及参与形成大π键的电子数。一、判断步骤