運用“價鍵”知識解幾類有機試題

張雙洲

我常年工作在高中化學(xué)教學(xué)第一線，在教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，有幾類有機題型若結(jié)合有機物分子中價鍵知識解答，往往會收到意想不到的效果?，F(xiàn)將“價鍵”知識歸納和小結(jié)如下，通過解答幾個有機試題，總結(jié)歸納解答此類題型的規(guī)律，以供讀者參考。

一、“價鍵”知識歸納小結(jié)

1.有機物分子中價鍵規(guī)律：在有機分子中C原子的價數(shù)為4，每個C形成4個共價鍵；N原子價數(shù)為3，每個N形成3個共價鍵；O原子的價數(shù)為2，每個O原子形成2個共價鍵；H和X（鹵原子）原子的價數(shù)為1，每個原子形成1個共價鍵。

2.每個C原子最多可結(jié)合4個H原子；每個N原子最多結(jié)合3個H原子；每個O原子最多結(jié)合2個H原子；當(dāng)除H原子外的其他原子間都以單鍵結(jié)合時，形成的化合物中H原子數(shù)最多；當(dāng)C原子個數(shù)為n時，H原子的個數(shù)的最大值為2n+2個。在此基礎(chǔ)之上，如果在分子結(jié)構(gòu)中多1個C=C鍵，或多一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)時，分子組成中都要減少2個H原子，而增加一個C≡C鍵就要減少4個H原子。

3.每個原子的價數(shù)就是這個原子的成鍵電子數(shù)，每兩個電子形成一對共用電子對（即一個共價鍵），因此由這些原子形成的分子中共價鍵數(shù)（共用電子對總數(shù)）=各原子價鍵總數(shù)之和/2。

①對于CH，價鍵總數(shù)即共用電子對總數(shù)=（4x+y）/2，碳原子間形成的價鍵總數(shù)=（4x+y）/2-y=（4x-y）/2。若只含C=C，雙鍵數(shù)=（2x+2-y）/2；若只含C≡C，三鍵數(shù)=（2x+2-y）/4，其余類推。

②對于CHO，價鍵總數(shù)即共用電子對總數(shù)=（4x+y+2z）/2，非H原子間形成的價鍵總數(shù)=（4x+y+2z）/2-y=（4x-y+2z）/2。

4.由3知：①烷烴CH分子中，價鍵總數(shù)為［4n+（2n+2）］/2=3n+1，當(dāng)然，也可用數(shù)列知識求解，a=4,d=3，則a=a+(n-1)d=4+(n-1)×3=3n+1。碳碳間形成的價鍵總數(shù)為（3n+1）-（2n+2）=n-1。

②烯烴CH分子中，價鍵總數(shù)為（4n+2n）/2=3n，也可由每形成一個C=C就減少1個價鍵知烯烴的價鍵總數(shù)為（3n+1）-1=3n。而碳碳間形成的價鍵總數(shù)為n。

③同理，炔烴CH分子中，價鍵總數(shù)為3n-1，碳碳間形成的價鍵總數(shù)為n+1；苯及其同系物CH分子中，價鍵總數(shù)為3n-3，碳碳間形成的價鍵總數(shù)為n+3。

二、“價鍵”知識應(yīng)用舉例

題型一：求有機物分子量或分子式

例1.將苯分子中的一個C換成一個N，得到一種類似苯環(huán)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有機物，此有機物的相對分子質(zhì)量為()。

A.78B.79C.80D.81

解析：從苯上換下一個C原子，相對分子質(zhì)量減小12；換成一個N原子，相對分子質(zhì)量增加14。但容易忽視的一點是C在分子中形成四條鍵，而N在分子中形成三條鍵，從而換上N原子后少結(jié)合了一個H原子，故選B而不是C。

例2.某化合物含C、H、N三種元素，已知其分子內(nèi)的4個N原子排列成內(nèi)空的四面體結(jié)構(gòu)，且每2個N原子間都有1個C原子，分子中無C—C、C=C和C≡C。則此化合物的化學(xué)式是()。

A.CHNB.CHNC.CHND.CHN

解析：由于N原子構(gòu)成了內(nèi)空的四面體，因此該化合物分子中含有4個N原子。每2個N原子間有1個C原子，相當(dāng)于在四面體的每個棱上有1個C原子，即共有6個C原子。再考慮到C的四個共價鍵，每個C原子還應(yīng)有2個H原子，故化合物的化學(xué)式為CHN，選D答案。

例3.下圖是某有機物分子的比例模型，有關(guān)該物質(zhì)的推斷不正確的是（）。

A.分子中可能含有羥基

B.分子中可能含有羧基

C.分子中可能含有氨基

D.該物質(zhì)的分子式可能為CHO

解析：中學(xué)化學(xué)課本中有許多分子的結(jié)構(gòu)模型圖，主要有球棍模型和比例模型兩種。對分子結(jié)構(gòu)模型的認識，既需要一定的空間想象能力，又需要有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識，這種命題可以測試考生的空間思維能力。

先觀察題給模型，可得該模型所表示的分子中有三種原子（黑球3個、斜線球3個、小白球6個），再根據(jù)有機化合物中原子形成共價鍵的規(guī)律來分析處理觀察結(jié)果，黑球可能是C原子、斜線球是O原子、小白球是H原子，其結(jié)構(gòu)簡式為HOCHCHCOOH，答案為C。

題型二：求有機物分子的同分異構(gòu)體

例4.在CHN中，N原子以三個單鍵與其他原子相連接，它具有的同分異構(gòu)體的數(shù)目為（）。

A.1B.2C.3D.4

解析：根據(jù)價鍵規(guī)律，CHN存在以下幾種異構(gòu)體：CHCHCHNH、CHCHNHCH、N（CH）、（CH）CHNH，共有4種，故選D。

題型三：求有機物分子中的雙鍵（或三鍵）數(shù)

例5.從深海魚油中提取的被稱為“腦黃金”的DHA是一種不飽和程度很高的脂肪酸，它的分子式為CHO，該有機物含有的碳碳雙鍵最多有（）。

A.5個B.6個C.7個D.8個

解析：根據(jù)價鍵規(guī)律知，22個C最多結(jié)合H原子個數(shù)為22×2+2=46，故雙鍵最多有（46-32）/2=7個（O原子的存在無影響），而該脂肪酸分子中只有一個羧基，其中有一個碳氧雙鍵，故碳碳雙鍵最多有6個，故選B。

題型四：求有機物分子中價鍵總數(shù)或碳碳鍵數(shù)

例6.化學(xué)工作者把烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、炔烴等的通式轉(zhuǎn)化成鍵數(shù)的通式，給研究有機物分子中鍵能大小的規(guī)律帶來了很大的方便。設(shè)鍵數(shù)為I，則烷烴中碳原子數(shù)跟鍵數(shù)關(guān)系的通式為CI，烯烴（視雙鍵為兩條單鍵）、環(huán)烷烴中碳原子數(shù)跟鍵數(shù)關(guān)系的通式為CI，則苯的同系物中碳數(shù)跟鍵數(shù)關(guān)系的通式為（）。

A.CIB.CIC.CID.CI

解析：一個苯環(huán)相當(dāng)于含三個雙鍵和一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，或由小結(jié)4知：苯的同系物中碳原子數(shù)跟鍵數(shù)關(guān)系的通式為CI，選C。

例7.在烴分子結(jié)構(gòu)中，若每減少2個氫原子，則相當(dāng)于碳碳間增加一對共用電子對。試回答下列問題：（1）分子結(jié)構(gòu)為CH烴分子中碳碳間共用電子對數(shù)為 。（2）分子結(jié)構(gòu)為CH烴分子中碳碳間共用電子對數(shù)為。（3）C可以看做是烴減氫后的產(chǎn)物，若某物質(zhì)分子中碳碳間的共用電子對數(shù)為160，則符合條件的碳單質(zhì)的分子式為 ；符合條件的單烯烴的分子為 。

解析：（1）烷烴通式為CH，碳碳間共用電子對數(shù)=（4n+2n+2）/2-（2n+2）=n-1。

（2）解答過程同（1），答案為n+3。

（3）Cx可以看成是CH，160=（4x-0）/2，x=80。符合該條件的碳單質(zhì)的分子式為C，若為單烯烴CH，碳碳間共價鍵數(shù)為=（4m-2m）/2=160，m=160。符合該條件的單烯烴為CH，或直接利用小結(jié)4的結(jié)論快速求解。

題型五：求有機物分子中原子（團）數(shù)及相互關(guān)系

例8.某有機物分子中含n個—CH—，m個—CH—，a個—CH，其余為羥基，則羥基個數(shù)為。

解析：設(shè)羥基個數(shù)為x，題中C原子個數(shù)為n+m+a，由于所有原子均以單鍵結(jié)合，而1個羥基中O原子數(shù)與H原子數(shù)相等，顯然羥基個數(shù)x等于（n+m+a）個C原子形成的烷烴中的所有H原子數(shù)減去已知的H原子數(shù)。

（n+m+a）個C原子形成的烷烴中的所有H原子數(shù)=2（n+m+a）+2

已知的H原子數(shù)=2n+m+3a，故x=［2（n+m+a）+2］-（2n+m+3a）=m+2-a

例9.（1）由2個C原子、1個O原子、1個N原子和若干個H原子組成的共價化合物，H原子的數(shù)目最多是個，試寫出其中一例的結(jié)構(gòu)簡式 。

（2）若某共價化合物只含C、H、N三種元素，且以n（C）、n（N）分別表示C和N的原子數(shù)目，則H原子數(shù)目最多等于 。

（3）若某共價化合物同時含C、H、O、N四種元素，且以n（C）、n（N）、n（O）分別表示C、N和O的原子數(shù)目，則H原子數(shù)目最多等于 。

（4）由2個O原子、1個N原子、11個H原子和若干個C原子組成的某有機物，其C原子個數(shù)至少為 個。

解析：（1）C、O、N相互之間未成鍵時，2個C原子最多可結(jié)合8個H原子，1個O原子最多可結(jié)合2個H原子，1個氮原子最多可結(jié)合3個H原子。C、O、N相互之間成鍵形成化合物時，要使H原子數(shù)最多，則它們之間必須以單鍵結(jié)合，且單鍵數(shù)為（2+1+1-1）=3，則H原子數(shù)目最多=8+2+3-3×2=7，其中一例的結(jié)構(gòu)簡式為：HO—CH—CH—NH。

（2）C、N相互之間未成鍵時，n（C）個C原子最多可結(jié)合4n（C）個H原子，n（N）個N原子最多可結(jié)合3n（N）個H原子，C、N相互之間成鍵形成化合物時，要使H原子數(shù)最多，則它們之間必須以單鍵結(jié)合，且單鍵數(shù)為n（C）+n（N）-1，則H原子數(shù)目最多=4n（C）+3n（N）-［n（C）+n（N）-1］×2=2n（C）+n（N）+2。

（3）C、N、O相互之間未成鍵時，n（C）個C原子最多可結(jié)合4n（C）個H原子，n（N）個N原子最多可結(jié)合3n（N）個H原子，n（O）個O原子最多可結(jié)合2n（O）個H原子，C、N、O相互之間成鍵形成化合物時，要使H原子數(shù)最多，則它們之間必須以單鍵結(jié)合，且單鍵數(shù)為n（C）+n（N）+n（O）-1，則H原子數(shù)目最多為：4n（C）+3n（N）+2n（O）-［n（C）+n（N）+n（O）-1］×2=2n（C）+n（N）+2。

（4）由第（2）、（3）問的結(jié)論知與O原子個數(shù)無關(guān)，且由11=2n（C）+1+2知n（C）=4，故答案為4。當(dāng)然，此題也可先解出（3）小題，把相關(guān)數(shù)據(jù)代入即可解出其他幾問，這樣解更快捷。

利用“價鍵”知識解有機試題要求對“價鍵”規(guī)律非常熟悉，要想做到靈活運用，快速解題，就要在平時學(xué)習(xí)過程中注意勤思考、善總結(jié)、多積累，深刻理解“價鍵”規(guī)律，注意解題技巧，從而達到理想的解題效果。