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2020高考全国二卷化学13题答案为什么认为中心B和右边的N是共价键而非配位键?

回答
2020年高考全国卷Ⅱ化学第13题涉及一个具有共价键和配位键特点的物质,而题目给出的描述和选项要求我们判断中心B和右边N之间形成的化学键性质。这里我们来详细分析一下,为什么在大多数情况下,会将中心B和右边N的化学键归类为共价键,而不是单纯的配位键。

首先,我们来理解什么是共价键和配位键:

共价键 (Covalent Bond): 是由两个或多个原子之间通过共用电子对形成的化学键。这种共用电子对通常由两个原子各自提供一个电子形成。
配位键 (Coordinate Covalent Bond) 或 叫 供体受体键 (Dative Bond): 也是共价键的一种特殊形式,是共价键的一种。它的特点是,共用的电子对是由其中一个原子单方面提供的,而另一个原子则接受这对电子。提供电子对的原子称为“供体”(通常是具有孤对电子的原子),接受电子对的原子称为“受体”(通常是具有空轨道或缺电子的原子)。

题目中涉及的物质结构(推测):

虽然原题题目文本未给出,但根据高考化学的知识背景,这类题目通常会涉及到一些常见的含硼氮化合物,比如一些有机硼或无机硼氮化合物。假设题目中涉及的结构是类似 [BF₃·NH₃] 加合物中的BN键,或者是某些硼氮杂环化合物中的BN键。

在 [BF₃·NH₃] 中,硼是缺电子的,具有一个空的p轨道。氮原子则有孤对电子。氮将孤对电子提供给硼,形成了一个BN键。从电子来源的角度看,这个键是氮原子提供的电子对,所以符合配位键的定义。

为什么又会说它是共价键?

关键在于,配位键本质上也是共价键。一旦配位键形成,电子对就被两个原子共享,形成了一个稳定的化学键。与普通共价键的不同之处,仅仅在于形成电子对的来源(单方面提供 vs. 各自提供)。

在很多情况下,尤其是在化学式表示上,我们不会特别区分普通共价键和配位键。例如,在 [BF₃·NH₃] 中,我们常常直接表示为 BN 键,而不写成 B←N。这是因为:

1. 键的性质已经趋于稳定和混合: 电子对一旦形成,它在两个原子之间是共享的。随着键的形成,两个原子的电负性、轨道重叠程度等因素会影响键的极性和性质。虽然电子对来自一方,但最终的键合方式是电子云的弥散和重叠,这与普通共价键的形成过程是相似的。
2. 简化表示: 在不需要强调电子来源时,直接用短线表示共价键是更简洁的化学表示方法。
3. 普遍性: 许多我们熟悉的化合物,例如 NH₄⁺(铵根离子),其中 NH 键就包含了配位键的形成过程(N 提供孤对电子给 H⁺),但我们通常不特别强调这一点,而是将其视为普通的 NH 共价键。

那么,题目中为什么会提出“共价键而非配位键”的区分呢?

这通常是在考察学生对化学键形成机理和性质的深入理解。题目可能想突出以下几点:

共价键的普遍性: 无论是普通共价键还是配位键,它们都属于共价键的范畴,都是通过电子共用来实现的。
区分的侧重点: 题目可能是想让学生理解,虽然这个键的形成过程带有“配位”的特点(电子对单方面提供),但一旦形成,它就具备了共价键的普遍性质——电子的共享,从而稳定地结合在一起。
对“共价键”更宽泛的理解: 在某些语境下,“共价键”可能被用来泛指所有通过电子共用形成的键,而“配位键”则是一种更具体的描述形成电子对的途径。因此,说它是“共价键”强调的是其本质的电子共享特性。

在回答这类问题时,我们需要考虑:

1. 原子的电子排布和轨道情况: 中心原子(如B)是否缺电子,是否有空轨道?连接的原子(如N)是否有多余的孤对电子?
2. 键的形成过程: 电子对是各自贡献还是单方面提供?
3. 键的稳定性: 形成键后,原子是否达到了更稳定的电子构型?
4. 题目的问法和选项: 题目是要问键的“形成机制”还是键的“本质性质”?选项是提供了“共价键”、“配位键”、“离子键”等,还是提供了“极性共价键”、“非极性共价键”等更细致的分类?

总结一下,关于中心B和右边N的化学键(以BF₃·NH₃中的BN键为例):

形成过程: Nitrogen (N) donates its lone pair of electrons to the empty porbital of Boron (B), forming a coordinate covalent bond. 从电子来源看,这是配位键。
本质性质: Once the bond is formed, the electron pair is shared between B and N. This shared electron pair constitutes a covalent bond. 从电子共享的本质看,这是共价键。

因此,当题目强调“中心B和右边的N是共价键而非配位键”时,通常是在强调其电子共享的本质属性,而将“配位键”视为一种更具体的“形成方式”。这并不是说它完全不像配位键,而是说在更广泛的分类下,它属于共价键家族,并且其性质已经超越了单纯的“单方面贡献”。

在某些情况下,如果题目问的是“该键是如何形成的?”,那么回答“配位键”可能更贴切。但如果问的是“该键属于哪一类化学键?”,或者在区分共价键和离子键的背景下,强调它是“共价键”是合理的,因为它是由电子共用形成的。

换句话说,配位键是共价键的一个子集,或者说是一种特殊的共价键。所以说它是共价键,从本质上来说是正确的。题目之所以要强调“而非配位键”,可能是为了让学生意识到,尽管有“配位”的形成过程,但其最终的键合本质和稳定性特征更符合“共价键”的普遍描述,或者是在对比其他的化学键类型时,突出其共价性。

网友意见

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想了想还是写出来吧。

这是教材的历史遗留问题,过去高中化学很少讨论配合物和配位键,现在的这块内容是后来加进去的,所以知识点排布给人一种感觉:共价键、配位键是平行的两个概念。其实离子键、金属键和共价键才是同一层的概念,配位键是下一层的……当然,不引起歧义的话配位键和(一般的)共价键并列也可以;但这题明显考虑的是离子键和共价键的这一层。

一些教材编者一心想把高中化学和化学剥离,创造新理论。其中最离谱当属鲁教版2019选择性必修2的编者,怹认为配位键是一种新化学键,和共价键不同,还要学生辨析的。

而题主那高考题的命题人明显没有受这种说法的影响,否则会写:“共价键(包含配位键)”。

配位是特殊的共价键形成模式,在G. N. Lewis 提出共价键理论后,Sidgwick 1927年提出应该将配位键单独讨论,并提出“→”的表示方法,但没有把配位键和离子键、共价键并列,因为区别只是成键的电子来源而已。这个没什么争议。

IUPAC[1]第一句就是“共价键的形成……”,配位更多被认为是一种形成方式(the bonding formed in this way)。

写书的老师哪怕去百度一下也会发现自己的理解不是主流的。

最后平衡叙事一下,配位键不是共价键的说法由来已久,支持者经常举的一个证据是2016年的《化学名词(第二版)》。

离子键[2]

共价键[3]

金属键[4]

配位键[5]

第一种理解是配位键和金属键、离子键、共价键并列,是单独的一种化学键,前面的教材明显是这种观点。第二种理解是配位键只是描述了化学键成键的方式,不能和另外三种键并列。

这么一看似乎制定术语的人也不是很确定嘛。当然不是,如果他们愿意搜一下“化学键”[6]这个术语就会发现:

支持者喜欢的另一个证据是:

不同学科理解不同,之前写过很多了,比如毒理学里砷是重金属生物学C-H键是非极性键,如果你说高中用的是药学的标准那也行吧,但很明显高中生写氢键是化学键大概率会被画叉。

参考

  1. ^ https://goldbook.iupac.org/terms/view/C01329
  2. ^ https://www.termonline.cn/word/360737/1#s1
  3. ^ https://www.termonline.cn/word/3656/1#s1
  4. ^ https://www.termonline.cn/word/83749/1#s1
  5. ^ https://www.termonline.cn/word/375426/1#s1
  6. ^ https://www.termonline.cn/word/331/1#s1

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