化學(xué)選修三第二章第二節(jié)分子的立體構(gòu)型_第1頁(yè)
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1、選修三第二章第2節(jié) 分子的立體構(gòu)型第2節(jié) 分子的立體構(gòu)型一、常見(jiàn)分子的空間構(gòu)型1.雙原子分子都是直線形,如:HCl、NO、O2、N2 等。2.三原子分子有直線形,如CO2、CS2等;還有“V”形,如H2O、H2S、SO2等。3.四原子分子有平面三角形,如BF3、BCl3、CH2O等;有三角錐形,如NH3、PH3等;也有正四面體,如P4。4.五原子分子有正四面體,如CH4、CCl4等,也有不規(guī)則四面體,如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3。另外乙烯分子和苯分子都是平面形分子。二、價(jià)層電子對(duì)互斥理論(Valance Shell Electron Pair Repulsion Theory)簡(jiǎn)稱(chēng)V

2、SEPR 適用AD m 型分子1、理論模型分子中的價(jià)電子對(duì)(包括成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì)),由于相互排斥作用,而趨向盡可能彼此遠(yuǎn)離以減小斥力,分子盡可能采取對(duì)稱(chēng)的空間構(gòu)型。2、用價(jià)層電子對(duì)互斥理論推斷分子或離子的空間構(gòu)型的一般步驟:(1)確定中心原子A價(jià)層電子對(duì)數(shù)目法1經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=(中心離子價(jià)電子數(shù)+配對(duì)原子提供電子總數(shù))對(duì)于ABm型分子(A為中心原子,B為配位原子),計(jì)算方法如下:n注意:氧族元素的氧做中心時(shí):價(jià)電子數(shù)為 6, 如 H2O,H2S;做配體時(shí):提供電子數(shù)為 0,如在 CO2中。如果討論的是離子,則應(yīng)加上或減去與離子電荷相應(yīng)的電子數(shù)。如PO中P原子價(jià)層電子數(shù)5+(

3、04)+3 = 8;NH 中N原子的價(jià)層電子數(shù)5+(14)1 = 8。結(jié)果為單電子時(shí)視作有一個(gè)電子對(duì)。例:IF5 價(jià)層電子對(duì)數(shù)為7+(51) = 6對(duì) 正八面體(初步判斷) N H 價(jià)層電子對(duì)數(shù)為5+(41)1 = 4對(duì) 正四面體PO 價(jià)層電子對(duì)數(shù)為5+(04)+3 = 4對(duì) 正四面體NO2 價(jià)層電子對(duì)數(shù)為5+0 = 2.53對(duì) 平面三角形法2. 確定中心原子A價(jià)層電子對(duì)數(shù)目-普遍規(guī)則中心原子A價(jià)層電子對(duì)數(shù)目=成鍵電子對(duì)數(shù)+孤對(duì)電子數(shù)(VP=BP+LP)VP是價(jià)層電子對(duì),BP是成鍵電子對(duì)(BOND ),LP是孤對(duì)電子對(duì)(LONE PAIR)VP=BP+LP=與中心原子成鍵的原子數(shù)+中心原子的孤

4、對(duì)電子對(duì)數(shù)LP=配位原子數(shù)+LPLp = (中心原子價(jià)電子數(shù)配位原子未成對(duì)電子數(shù)之和) IF5 Lp=7(51) = 1 構(gòu)型由八面體四方錐NH Lp =(51)(41) = 0 正四面體PO Lp =(5+3)(42) = 0 正四面體SO Lp =(6+2)(42) = 0 正四面體NO2 Lp =5(22) = 1 構(gòu)型由三角形V形SO Lp =(6+2)(32) = 1 構(gòu)型由四面體三角錐法3:由Lewis結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)式直接寫(xiě)出,雙鍵、三鍵都是1對(duì)電子 VP: 5 4 4 6 4(2)確定價(jià)層電子對(duì)的空間構(gòu)型價(jià)層電子對(duì)數(shù)目23456價(jià)層電子對(duì)構(gòu)型直線形三角形四面體三角雙錐八面體(3)分

5、子空間構(gòu)型確定價(jià)層電子對(duì)互斥模型說(shuō)明的是價(jià)層電子對(duì)的空間構(gòu)型,而分子的空間構(gòu)型指的是成鍵電子對(duì)空間構(gòu)型,不包括孤對(duì)電子。當(dāng)中心原子無(wú)孤對(duì)電子時(shí),兩者的構(gòu)型一致;當(dāng)中心原子有孤對(duì)電子時(shí),兩者的構(gòu)型不一致。電子對(duì)數(shù) 目中心原子雜化類(lèi)型電子對(duì)的空間構(gòu)型成鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì) 數(shù)電子對(duì)的排列方式分子的空間構(gòu)型實(shí) 例2sp直 線20直 線BeCl2CO23sp2三角形30三角形BF3SO321V形SnBr2PbCl24sp3四面體40四面體CH4CCl431三角錐NH3PCl322V形H2O3、理論要點(diǎn):AD m 型分子的空間構(gòu)型總是采取A的價(jià)層電子對(duì)相互斥力最小的那種幾何構(gòu)型;分子構(gòu)型與價(jià)層電子對(duì)數(shù)有關(guān)

6、(包括成鍵電子對(duì)和孤電子對(duì));分子中若有重鍵(雙、叁鍵)均視為一個(gè)電子對(duì);電子對(duì)的斥力順序:孤電子對(duì)孤電子對(duì)孤電子對(duì)鍵對(duì)鍵對(duì)鍵對(duì)由于三鍵、雙鍵比單鍵包含的電子數(shù)多,所以其斥力大小次序?yàn)槿I雙鍵單鍵。叁鍵與叁鍵叁數(shù)與雙鍵雙鍵與雙鍵雙鍵與單鍵單與單鍵。4、價(jià)層電子對(duì)斥力作用對(duì)鍵角影響的定性解釋由于鍵合電子對(duì)受到左右兩端帶正電原子核的吸引,而孤對(duì)電子對(duì)只受到一端原子核吸引,相比之下,孤對(duì)電子對(duì)較“胖”,占據(jù)較大的空間,而鍵合電子對(duì)較“瘦”,占據(jù)較小的空間。這樣就解釋了斥力大小的順序:孤電子對(duì)-孤電子對(duì)孤電子對(duì)-鍵電子對(duì)鍵電子對(duì)-鍵電子對(duì)。如:CH4、NH3、H2O中的鍵角HAH分別為109.5、10

7、7.3、104.5。類(lèi)似地,重鍵較單鍵占據(jù)較大的空間,故有斥力大小的順序:t-tt-dd-dd-ss-s(t-叁鍵,d-雙鍵,s-單鍵)又如,SO2Cl2分子屬AX4L0=AY4,因S=O鍵是雙鍵,S-Cl鍵是單鍵,據(jù)順序有:OSO10928ClSClOSCl10928。此外,鍵的極性對(duì)鍵角也有影響。中心原子電負(fù)性較大,成鍵電子對(duì)將偏向中心原子,成鍵電子對(duì)之間斥力增大,鍵角增大,如:NH3、PH3、AsH3分子中的鍵角(HAH)依次為107、93.08、91.8;配位原子電負(fù)性較大,成鍵電子對(duì)將偏離中心原子,成鍵電子對(duì)之間斥力減小,鍵角減小,如:H2O、OF2分子中的鍵角(AOA)依次為104

8、.5、102。據(jù)此,可解釋下列鍵角變化:NO2+、NO2、NO2-鍵角(ONO)依次為180、134.3、115.4。二、價(jià)層電子對(duì)互斥理論1940年 Sidgwick 提出價(jià)層電子對(duì)互斥理論, 用以判斷分子的幾何構(gòu)型. 分子 ABn 中, A 為中心, B 為配體, B均與A有鍵聯(lián)關(guān)系. 本節(jié)討論的 ABn型分子中, A為主族元素的原子.1. 理論要點(diǎn)ABn型分子的幾何構(gòu)型取決于中心 A 的價(jià)層中電子對(duì)的排斥作用. 分子的構(gòu)型總是采取電子對(duì)排斥力平衡的形式.1) 中心價(jià)層電子對(duì)總數(shù)和對(duì)數(shù)a)中心原子價(jià)層電子總數(shù)等于中心 A 的價(jià)電子數(shù)(s + p)加上配體在成鍵過(guò)程中提供的電子數(shù), 如 CC

9、l44 + 14 = 8b)氧族元素的氧族做中心時(shí): 價(jià)電子數(shù)為 6, 如 H2O, H2S;做配體時(shí):提供電子數(shù)為 0, 如在 CO2中.c)處理離子體系時(shí), 要加減離子價(jià)d)總數(shù)除以 2 ,得電子對(duì)數(shù): 總數(shù)為奇數(shù)時(shí),對(duì)數(shù)進(jìn) 1,例如:總數(shù)為 9,對(duì)數(shù)為 52) 電子對(duì)和電子對(duì)空間構(gòu)型的關(guān)系電子對(duì)相互排斥,在空間達(dá)到平衡取向.3) 分子的幾何構(gòu)型與電子對(duì)構(gòu)型的關(guān)系若配體數(shù)和電子對(duì)數(shù)相一致,各電子對(duì)均為成鍵電對(duì),則分子構(gòu)型和電子對(duì)構(gòu)型一致。配體數(shù)不可能大于電子對(duì)數(shù). 當(dāng)配體數(shù)少于電子對(duì)數(shù)時(shí),一部分電子對(duì)成為成鍵電對(duì),另一部分電子成為孤對(duì)電子,確定出孤對(duì)電子的位置,分子構(gòu)型才能確定。電子對(duì)數(shù)

10、配體數(shù) 孤電對(duì)數(shù) 電對(duì)構(gòu)型 分子構(gòu)型考慮分子構(gòu)型時(shí),只考慮原子 A,B 的位置,不考慮電子、對(duì)電子等。以上三種情況中,孤對(duì)電子只有一種位置考慮。孤對(duì)電子的位置若有兩種或兩種以上的位置可供考慮,則要選擇斥力易于平衡位置,而斥力大小和兩種因素有關(guān):a)角度小,電對(duì)距離近,斥力大;b)角度相同時(shí),孤對(duì)孤對(duì)的斥力最大。因?yàn)樨?fù)電集中,孤對(duì)成鍵斥力次之,而成鍵電對(duì)成鍵電對(duì)之間斥力最小,因有配體原子核去分散電對(duì)的負(fù)電性。于是,要避免的是斥力大的情況在 90的方向上。90 的分布 :孤對(duì)孤對(duì) 0 0 1孤對(duì)成鍵 6 4 3成鍵成鍵 0 2 2乙種穩(wěn)定,稱(chēng) “T”字型例1.利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷下列分子和離

11、子的幾何構(gòu)型(總數(shù)、對(duì)數(shù)、電子對(duì)構(gòu)型和分子構(gòu)型):AlCl3H2S SO32-NH4+ NO2IF3解題思路:根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論, 計(jì)算單電子個(gè)數(shù), 價(jià)層電子對(duì)數(shù), 孤對(duì)電子對(duì)數(shù), 進(jìn)而判斷分子的構(gòu)型(注意:必須考慮離子的價(jià)態(tài)!)電子對(duì)構(gòu)型是十分重要的結(jié)構(gòu)因素,要注意!價(jià)層電子對(duì)數(shù)和配體數(shù)是否相等也是十分重要的。2. 影響鍵角的因素1) 孤對(duì)電子的影響孤對(duì)電子的負(fù)電集中,可以排斥其余成鍵電對(duì),使鍵角變小,NH34對(duì) 電對(duì)構(gòu)型四面體,分子構(gòu)型三角錐。鍵角HNH 為107,這是由于孤對(duì)電子對(duì) NH 成鍵電對(duì)的排斥,使10928變小, 成為107。2) 中心電負(fù)性的影響鍵角依次減小,如何解釋?zhuān)?

12、) 配體電負(fù)性的影響中心相同,配體電負(fù)性大時(shí),電對(duì)距離中心遠(yuǎn),鍵角可以小些,故有:3. 多重鍵的處理某配體(非VIA族)與中心之間有雙鍵和三鍵時(shí),價(jià)層電子對(duì)數(shù)減 1 或 2 。如乙烯 H2C=CH2以左碳為中心電子總數(shù) 4 x 2 8 , 4對(duì), 減 1,3 對(duì),為三配體,呈平面三角形:不提供共用電子, 是因?yàn)镺, S 等可通過(guò)鍵, 反饋鍵或大鍵, 將提供的電子又重新得回; 另外, 端基氧或硫, 形成的雙鍵, 要求減去一對(duì)價(jià)電子, 也得到同樣結(jié)果.非端基氧或硫, 要將O或S的價(jià)電子計(jì)入其中, 如在H2CO3中, C為中心, 價(jià)電子為 4(C) + 2X1(O) = 6, 價(jià)電對(duì)= 3, 電子對(duì)

13、構(gòu)型和分子構(gòu)型一致, 為三面體:【練習(xí)】1用價(jià)層電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)H2S和BF3的立體結(jié)構(gòu),兩個(gè)結(jié)論都正確的是()A直線形;三角錐形 BV形;三角錐形C直線形;平面三角形 DV形;平面三角形2下列分子中的中心原子雜化軌道的類(lèi)型相同的是()ACO2與SO2 BCH4與NH3 CBeCl2與BF3 DC2H4與C2H23(1)某?;瘜W(xué)課外活動(dòng)小組的同學(xué)對(duì)AB3型分子或離子的空間構(gòu)型提出了兩種看法,你認(rèn)為是哪兩種?若兩個(gè)AB鍵均是極性鍵且極性相同,它們分子的極性是怎樣的?舉例說(shuō)明。(2)參照上題,你認(rèn)為AB4型分子或離子的空間構(gòu)型有幾種?若每個(gè)AB鍵都是極性鍵且極性相同。它們分子的極性是怎樣的?舉例

14、說(shuō)明。【自測(cè)】1.在下列分子中,電子總數(shù)最少的是()A.H2S BO2 CCO DNO2.在以下的分子或離子中,空間結(jié)構(gòu)的幾何形狀不是三角錐形的是()A.NF3 BCH CCO2 DH3O3.有關(guān)甲醛分子的說(shuō)法正確的是()A.C原子采用sp雜化 B.甲醛分子為三角錐形結(jié)構(gòu)C.甲醛分子為平面三角形結(jié)構(gòu) D.在甲醛分子中沒(méi)有鍵4.用價(jià)層電子對(duì)互斥理論(VSEPR)可以預(yù)測(cè)許多分子或離子的空間構(gòu)型,有時(shí)也能用來(lái)推測(cè)鍵角大小,下列判斷正確的是( )A.SO2、CS2、HI都是直線形的分子 B.BF3鍵角為120,SnBr2鍵角大于120C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子 D.PCl3、

15、NH3、PCl5都是三角錐形的分子5.苯分子(C6H6)為平面正六邊形結(jié)構(gòu),下列有關(guān)苯分子的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.苯分子中的中心原子C的雜化方法為sp2 B.苯分子內(nèi)的共價(jià)鍵鍵角為120C.苯分子中的共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)均相等 D.苯分子的化學(xué)鍵是單、雙鍵相交替的結(jié)構(gòu)6.下列分子的中鍵角最大的是()A.CO2 BNH3 C.H2O DCH2CH27.對(duì)SO3的說(shuō)法正確的是()A.結(jié)構(gòu)與NH3相似 B結(jié)構(gòu)與SO2相似 C.結(jié)構(gòu)與BF3相似 D結(jié)構(gòu)與P4相似8.在SO2分子中,分子的空間結(jié)構(gòu)為V形,S原子采用sp2雜化,那么SO2的鍵角()A.等于120 B大于120 C.小于120 D等于1809.三氯化

16、氮(NCl3)是一種淡黃色的油狀液體,測(cè)得其分子具有三角錐形結(jié)構(gòu)。則下面對(duì)于NCl3的描述不正確的是()A.它是一種極性分子 B.它的揮發(fā)性比PBr3要大C.它還可以再以配位鍵與Cl結(jié)合 D.已知NBr3對(duì)光敏感,所以NCl3對(duì)光也敏感10.試用雜化軌道理論說(shuō)明下列分子或離子的立體構(gòu)型。(1)SiF4(正四面體形)(2)BCl3(平面三角形)(3)NF3(三角錐形,鍵角為102)【課后作業(yè)】1下列分子中,中心原子采用sp2雜化的是()ASO2 BH2O CNH3 DCHBrClF2下列推斷正確的是()ABF3是三角錐形分子 BNH的電子式:,離子呈平面形結(jié)構(gòu)CCH4分子中的4個(gè)CH鍵都是氫原子

17、的1s軌道與碳原子的p軌道形成的sp 鍵DCH4分子中的碳原子以4個(gè)四面體形軌道分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊,形成4個(gè)CH 鍵3下列分子中,鍵角最大的是()AH2S BH2O CCCl4 DNH34中心原子采取平面三角形的是()ANH3 BBCl3 CPCl3 DH2O5下列各組離子中因有配合離子生成而不能大量共存的是()AK、Na、Cl、NO BMg2、Ca2、SO、OHCFe2、Fe3、H、NO DBa2、Fe3、Cl、SCN6下列離子中的中心原子采取不等性雜化的是()AH3O BNH CPCl DBI7下列各種說(shuō)法中正確的是()A極性鍵只能形成極性分子 BCO2中碳原子是sp2雜化C形

18、成配位鍵的條件是一方有空軌道,另一方有孤對(duì)電子D共價(jià)鍵形成的條件是成鍵原子必須有未成對(duì)電子8下列關(guān)于原子軌道的說(shuō)法正確的是()A凡中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其幾何構(gòu)型都是正四面體BCH4分子中的sp3雜化軌道是由4個(gè)H原子的1s軌道和C原子的2p軌道混合起來(lái)而形成的Csp3雜化軌道是由同一原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來(lái)形成的一組能量相等的新軌道D凡AB3型的共價(jià)化合物,其中心原子A均采取sp3雜化軌道成鍵9乙炔分子中的碳原子采取的雜化軌道是()Asp雜化 Bsp2雜化 C.sp3雜化 D無(wú)法確定10H2S分子中共價(jià)鍵鍵角接近90,說(shuō)明分子的空間立體結(jié)構(gòu)為_(kāi);CO2分子中的共價(jià)

19、鍵鍵角為180,說(shuō)明分子的空間立體結(jié)構(gòu)為_(kāi);NH3分子中共價(jià)鍵鍵角為107,說(shuō)明分子的空間立體結(jié)構(gòu)為_(kāi)。11在形成氨氣分子時(shí),氮原子中的原子軌道發(fā)生sp3雜化生成4個(gè)_,生成的4個(gè)雜化軌道中,只有_個(gè)含有未成對(duì)電子,所以只能與_個(gè)氫原子形成共價(jià)鍵,又因?yàn)?個(gè)sp3雜化軌道有一個(gè)有_,所以氨氣分子中的鍵角與甲烷不同。選修三第二章第二節(jié)分子的立體構(gòu)型【練習(xí)】1 D 2 B 3 (1)平面正三角形,如BF3、SO3、NO、CO等,這類(lèi)分子或離子是非極性的。三角錐形,如NH3、NCl3、PCl3、PH3、SO、ClO等,這類(lèi)分子或離子是極性的。(2)正四面體構(gòu)型,如CCl4、CH4、SiH4、SiF4

20、、SiCl4、NH、SO、ClO等,這類(lèi)分子或離子是非極性的。平面四邊形構(gòu)型,如PtCl4,也是非極性的?!咀詼y(cè)】1.C 2. C 3. C 4.C 5. D 6. A 7. C 8. C 9. C【課后作業(yè)】1D 2D 3C 4B 5D 6A 7C8C 9A 10V形直線形三角錐形 11sp3雜化軌道33孤對(duì)電子三、雜化軌道理論1.雜化軌道理論認(rèn)為:在形成分子時(shí),通常存在激發(fā)、雜化、軌道重疊等過(guò)程。但應(yīng)注意,原子軌道的雜化,只有在形成分子的過(guò)程中才會(huì)發(fā)生,而孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。同時(shí)只有能量相近的原子軌道(如2s,2p等)才能發(fā)生雜化,而1s軌道與2p軌道由于能量相差較大,它是不能發(fā)

21、生雜化的。雜化:成鍵過(guò)程是由若干個(gè)能量相近的軌道經(jīng)疊加、混合、重新調(diào)整電子云空間伸展方向,分配能量形成新的雜化軌道過(guò)程。2、理論要點(diǎn):成鍵原子中幾個(gè)能量相近的軌道雜化成新的雜化軌道;參加雜化的原子軌道數(shù) = 雜化后的雜化軌道數(shù)??偰芰坎蛔?;雜化時(shí)軌道上的成對(duì)電子被激發(fā)到空軌道上成為單電子,需要的能量可以由成鍵時(shí)釋放的能量補(bǔ)償。3、雜化軌道的種類(lèi)(1)按參加雜化的軌道分類(lèi)sp 型:sp 雜化、sp雜化和sp雜化spd型:spd雜化、 spd雜化(2)按雜化軌道能量是否一致分類(lèi)等性雜化, 如C 的sp雜化:4 個(gè)sp雜化軌道能量一致。 形成3個(gè)能量相等的sp雜化軌道,屬于等性雜化。判斷是否是等性雜

22、化,要看各條雜化軌道的能量是否相等,不看未參加雜化的軌道的能量。 4、各種雜化軌道在空間的幾何分布 雜化類(lèi)型 sp3 sp2 sp sp3d或dsp3 sp3d2或d2sp3 立體構(gòu)型 正四面體 正三角形 直線形 三角雙錐體 正八面體雜化軌道成鍵時(shí),要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理,鍵與鍵間排斥力大小決定于鍵的方向,即決定于雜化軌道間的夾角。由于鍵角越大化學(xué)鍵之間的排斥力越小,對(duì)sp雜化來(lái)說(shuō),當(dāng)鍵角為180時(shí),其排斥力最小,所以sp雜化軌道成鍵時(shí)分子呈直線形;對(duì)sp2雜化來(lái)說(shuō),當(dāng)鍵角為120時(shí),其排斥力最小,所以sp2雜化軌道成鍵時(shí),分子呈平面三角形。由于雜化軌道類(lèi)型不同,雜化軌道夾角也不相同,其成

23、鍵時(shí)鍵角也就不相同,故雜化軌道的類(lèi)型與分子的空間構(gòu)型有關(guān)。5、用雜化軌道理論解釋構(gòu)型(1)sp 雜化BeCl2分子,直線形,用雜化軌道理論分析其成鍵情況,說(shuō)明直線形的原因。 Be:1s22s22p0 sp 雜化:2 條sp雜化軌道是直線形分布,分別與 2 個(gè) Cl 的3p軌道成鍵,故分子為直線形。sp雜化,sp-1s,sp-sp均為鍵。C中未雜化的p與另一C中未雜化的p沿紙面方向形成鍵;而p 與p沿與紙面垂直的方向形成鍵。二氧化碳,直線形,C發(fā)生sp雜化,C 與 O 之間 sp-2px 兩個(gè)鍵,所以,OCO 成直線形。 C中未雜化的py與兩側(cè) O 的兩個(gè)py沿紙面方向成大鍵,C 中未雜化的pz與兩側(cè) O 的pz沿垂直于紙面的方向成鍵,故 CO2 中,C、O之間有離域鍵(兩個(gè)大鍵)。 (2)sp2雜化BCl3 平面三角形構(gòu)型,B的 3個(gè)sp2雜化軌道呈三角形分布,分別與 3個(gè)Cl 的 3p成鍵,分子構(gòu)型為三角形。屬于sp2雜化。乙烯 C發(fā)生sp2雜化,sp2雜化軌道與sp2雜化軌道形成1個(gè)CC 鍵,sp2雜化軌道與H的1s軌道形成4個(gè)CH 鍵;未雜化的p軌道之間形成鍵,故分子中有碳碳雙鍵存在。 (3)sp3雜化 甲烷 C發(fā)生sp3雜化,4個(gè)軌道呈正四面體分布,4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)H的1s軌道形成鍵,因沒(méi)有未

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