Question

美國和歐洲的科學家合作，在同溫層發(fā)現(xiàn)破壞臭氧的Cl₂O₂。在該化合物中，氯的氧化數(shù)為______，氧的氧化數(shù)為_______。Cl₂O₂的結(jié)構(gòu)式為_______，該分子中所有原子_______（填“共”或“不共”）平面。

Answer 1

-1；+1；Cl―O―O―Cl；不共
【試題分析】

氯的氧化物、含氯酸或含氯酸鹽，是全國化學競賽中考查的重點內(nèi)容，它們經(jīng)常被作為一種載體，承載各種基本化學理論和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查內(nèi)容。本題就利用Cl₂O₂來考查共價化合物中的元素的化合價和氧化數(shù)概念的辨析和共價鍵理論。這里對價鍵結(jié)構(gòu)的考查是明確的，而對化合價和氧化數(shù)概念的辨析是隱性的，是我們經(jīng)常忽略的。這里，我們對這兩者進行一下明確的辨析。
化合價一般是指化合物中一個原子結(jié)合其他原子的個數(shù)。而氧化數(shù)可這樣定義：在單質(zhì)或化合物中，假設(shè)把每個化學鍵中的電子指定給所連接的兩原子中電負性較大的一個原子，這樣所得的某元素的一個原子的電荷數(shù)就是該元素的氧化數(shù)。
化合價必須根據(jù)結(jié)構(gòu)判斷，氧化數(shù)卻可以根據(jù)下列規(guī)則判斷：①在單質(zhì)中，元素的氧化數(shù)為零。②在離子化合物中，元素的氧化數(shù)等于該元素單原子離子的電荷數(shù)。③在結(jié)構(gòu)已知的共價化合物中，把屬于兩原子的共用電子對指定給兩原子中電負性較大的原子時，分別在兩原子上留下的表觀電荷數(shù)就是它們的氧化數(shù)。對于同種元素兩個原子之間的共價鍵，該元素的氧化數(shù)為零。④在結(jié)構(gòu)未知的共價化合物中，某元素的氧化數(shù)可按下述規(guī)定由該化合物中其他元素的氧化數(shù)算出，這個規(guī)定是分子或復雜離子的總電荷數(shù)等于其中各元素氧化數(shù)的代數(shù)和。⑤對幾種元素的氧化數(shù)有下列規(guī)定：a.除金屬氫化物（如LiH、CaH₂）中氫的氧化數(shù)為-1外，其余氫的化合物中氫的氧化數(shù)都是+1。b.氧的氧化數(shù)一般為-2，例外的有：H₂O₂及過氧化物中氧的氧化數(shù)是-1，OF₂中氧的氧化數(shù)是+2，等等。c.氟在其所有化合物中氧化數(shù)都為-1。d.其他鹵素，除了與電負性更大的鹵素結(jié)合或與氧結(jié)合時具有正的氧化數(shù)外，氧化數(shù)都為-1。
有了以上的辨析，我們就有了明確的解題思路。在Cl₂O₂分子中，Cl的最外層有7個電子，O的最外層有6個電子，每個O可以形成兩個共價鍵，而每個Cl可以形成1個共價鍵。這樣，我們可以推測出Cl₂O₂的結(jié)構(gòu)式為Cl―O―O―Cl。根據(jù)上述規(guī)則③，由于兩個O原子之間沒有電子對的偏移，所以O(shè)的氧化數(shù)為-1，氯的氧化數(shù)為+1。
若要判斷原子是否共平面，可以先借助價電子對互斥理論判斷其立體構(gòu)型。
Cl₂O₂的分子中有四個原子，中心原子不止一個，所以可以分段判斷。根據(jù)結(jié)構(gòu)式Cl―O―O―Cl，分別以左右兩個O原子為中心原子，運用兩次價電子對互斥理論。左邊O原子的價電子對數(shù)=（中心原子的價電子數(shù)+配位原子提供的價電子數(shù)）/2=（6+1）/2=3.5（氧原子作為配位原子，其電子不用計算在內(nèi)），相當于4。同樣，右邊的O原子的價電子對數(shù)也是3.5（即4）。兩個O原子的價電子對立體構(gòu)型都是四面體，為sp³雜化，兩段Cl―O―O的幾何構(gòu)型都是V形，中心O原子都有兩對孤對電子，而且由于孤對電子的斥力，Cl―O―O的鍵角將會被壓縮，整個結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不對稱結(jié)構(gòu)。同時，我們還可以用類比的方式來理解。聯(lián)想到H₂O₂的成鍵方式與Cl₂O₂的成鍵方式相似，所以結(jié)構(gòu)上可以類比。H₂O₂的結(jié)構(gòu)為：

由此我們可以得到 Cl²O₂的結(jié)構(gòu)：