專項40-大π鍵(新高考專用)(解析版)

第六篇物質結構與性質專項40大π鍵共價鍵的類型按成鍵方式可分為σ鍵和π鍵。大π鍵作為π鍵概念的延伸與拓展，常見于信息題中。由三個或三個以上的原子形成的π鍵，在多原子分子或離子中，如有相互平行的p軌道，它們連貫重疊在一起構成一個整體，p電子在多個原子間運動形成π型化學鍵，這種不局限在兩個原子之間的π鍵稱為離域π鍵或共軛大π鍵，簡稱大π鍵，表達式Πmn：m代表參與形成大π鍵的原子數，n代表參與形成大π鍵的電子數；大π鍵具有特殊的穩(wěn)定性。常見分子(或離子)的大1．(2017?新課標Ⅱ卷節(jié)選)我國科學家最近成功合成了世界上首個五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)，其局部結構如圖所示：R中陰離子N5—中的σ鍵總數為個。分子中的大π鍵可用符號Πmn表示，其中m代表參與形成的大π鍵原子數，n代表參與形成的大π鍵電子數(如苯分子中的大π鍵可表示為Π66)，則N5—中的大π鍵應表示為?！敬鸢浮?NAΠ56【解析】根據圖(b)N5﹣中鍵總數為5NA個，根據信息，N5﹣有6個電子可形成大π鍵，可用符號Π56表示，故答案為：5NA；Π56。2．(2017?新課標卷節(jié)選)硝酸錳是某種催化劑的原料，Mn(NO3)2中的化學鍵除了σ鍵外，還存在________?！敬鸢浮侩x子鍵和π鍵(或鍵)【解析】硝酸錳是離子化合物，硝酸根和錳離子之間形成離子鍵，硝酸根中N原子與3個氧原子形成3個σ鍵，硝酸根中有一個氮氧雙鍵，所以還存在π鍵。大π鍵中電子數的確定方法1．分子或離子團中的大π鍵可表示為，其中m表示參與形成大π鍵的原子數，n表示參與形成大π鍵的電子數。已知環(huán)戊二烯陰離子(C5H5-)的結構與苯分子相似，具有芳香性。苯分子中大π鍵可表示為，則C5H5-中大π鍵應表示為_______?！敬鸢浮俊窘馕觥扛鶕}意C5H5-中5個碳原子大π鍵，每個碳原子有一個電子，又得到一個電子，因此C5H5-形成大π鍵應表示為。2．氯苯分子中，C采取____雜化，雜化軌道分別與C、H(或Cl)形成σ鍵，并且Cl的3px，軌道與C未參與雜化的2px軌道形成大Π鍵，可表示為____。(已知m中心n電子的大Π鍵可表示為Π)。【答案】sp2

Π【解析】氯苯分子中，C采取雜化，垂直苯環(huán)平面方向上由6個C(各提供1個p電子)和1個(提供2個p電子)形成7中心8電子的大鍵。3．離子液體熔點很低，常溫下呈液態(tài)，陰陽離子可自由移動，因此離子液體在電池中可作為_______，某離子液體的結構如圖所示，其中碳原子雜化方式為_______，該離子液體中陰離子的空間構型為_______，已知其陽離子的環(huán)狀結構中含有大π鍵，該大π鍵應表示為_______?！敬鸢浮侩娊赓|或做導體

sp2、sp3

正八面體

【解析】離子液體熔點很低，常溫下呈液態(tài)，陰陽離子可自由移動，因此離子液體在電池中可作為電解質或做導體；由結構簡式可知，飽和碳元素為sp3、雙鍵兩端碳原子為sp2，故碳原子雜化方式為sp2、sp3；該離子液體中陰離子中有6個共價鍵，根據電子對互斥理論可知，空間構型為正八面體；已知其陽離子的環(huán)狀結構中含有大π鍵，由圖可知，該大π鍵為5個原子和6個電子形成的，應表示為。4．依據VSEPR模型推測的空間結構為_______。分子中的大鍵可用符號表示，其中m代表參與形成大鍵的原子數，n代表參與形成大鍵的電子數(如苯分子中的大鍵可表示為)，則中的大鍵應表示為_______。【答案】平面三角形

【解析】中C原子價電子對數為，無孤電子對，空間結構為平面三角形。中碳原子sp2雜化，有一個未參與雜化的p電子，然后三個氧原子上分別有一個垂直于離子平面的p軌道，分別提供一個p電子，再加上負離子中的兩個電荷一共是六個電荷，所以形成了四中心六電子的大π鍵，表示為。5．分子中的大π鍵可用符號表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數，n代表參與形成大π鍵的電子數。()中的大π鍵應表示為_______?！敬鸢浮俊窘馕觥吭谛纬纱螃墟I過程中每個原子首先形成單鍵，余下的最外層單電子或者孤對電子形成大π鍵，構成大π鍵的原子有3個C和2個N，共5個原子，由圖乙知，離子中碳原子、氮原子均形成三個單鍵，碳原子還余1個電子，氮原子還余2個電子形成大π鍵，帶1個單位正電荷，則形成大π鍵的電子數=31+2-1=6，則中的大π鍵應表示為。6．()中陰離子中的σ鍵總數為_______個。分子中的大鍵可用符號表示，其中m代表參與形成大鍵的原子數，n代表參與形成大鍵的電子數(如苯分子中的大鍵可表示為)，則中的大鍵應表示為_______。【答案】5

【解析】由圖中的結構可知中的鍵數為5；中的5個原子參與形成大鍵，每個原子中參與形成大鍵的電子數為1(孤電子對不參與)，故參與形成大鍵的電子數為，中大鍵應表示為。7．已知：多原子分子中，若原子都在同一平面上且這些原子有相互平行的p軌道，則p電子可在多個原子間運動，形成“離域π鍵”(或大π鍵)。大π鍵可用表示，其中m、n分別代表參與形成大π鍵的原子個數和電子數，如苯分子中大π鍵表示為。(1)下列微粒中存在“離域Π鍵”的是___。A．CH2=CH—CH=CH2B．CCl4C．H2OD．SO2(2)NaN3中陰離子N3-與CO2互為等電子體，均為直線型結構，N3-中的2個大π鍵可表示為___?！敬鸢浮?1)AD(2)Π【解析】(1)CH2=CH—CH=CH2、SO2分子中各原子共面，且原子之間均有相互平行的p軌道，可以形成大Π鍵，水分子中氫原子沒有p軌道，不能形成大Π鍵，CCl4是正四面體構型，各原子不共面，不能形成大Π鍵，因此微粒中存在“離域Π鍵”的是AD；(2)N3-與CO2互為等電子體，均為直線型結構，根據二氧化碳的結構可以判斷出N3-中σ鍵為2個，該離子中兩邊的氮原子提供1個電子，中間氮原子提供2個電子形成大Π鍵，所以形成的2個大π鍵可表示為Π34。8．碳可以形成多種有機化合物，右圖所示是噻吩的結構，分子中所有原子都在一個平面上。(1)噻吩結構中C原子的雜化方式為_______。(2)分子中的大π鍵可以用符號表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數，n代表參與形成大π鍵的電子數(如苯分子中的大π鍵可表示為)。請問噻吩中的大π鍵表示為_______?！敬鸢浮?1)sp2雜化

(2)【解析】(1)碳碳雙鍵中C采取sp2雜化，噻吩結構中C原子的雜化方式為sp2雜化；(2)噻吩分子為平面結構，S原子價電子排布式為3s23p4，形成兩根共價鍵，環(huán)中存在兩根π鍵，為單雙建交替，pz軌道交蓋可形成離域大π鍵，S的pz軌道中一對電子與環(huán)上的π電子共軛，形成離域大π鍵，形成五中心六電子的離域大π鍵，噻吩中的大π鍵表示為。9．下圖是兩種石墨材料局部結構示意圖，其中石墨烯中碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構。石墨烯具有良好的導電性，其中碳原子雜化軌道類型為_______，大π鍵表示為_______(用n表示電子數)，氧化石墨烯具有較好的親水性的原因是_______?！敬鸢浮縮p2

氧化石墨烯中存在O-H鍵，它能夠與水分子形成氫鍵，導致氧化石墨烯具有較好的親水性【解析】C為6號元素，其價電子排布