运用“价键”知识解几类有机试题

张双洲

我常年工作在高中化学教学第一线，在教学的过程中发现，有几类有机题型若结合有机物分子中价键知识解答，往往会收到意想不到的效果。现将“价键”知识归纳和小结如下，通过解答几个有机试题，总结归纳解答此类题型的规律，以供读者参考。

一、“价键”知识归纳小结

1.有机物分子中价键规律：在有机分子中C原子的价数为4，每个C形成4个共价键；N原子价数为3，每个N形成3个共价键；O原子的价数为2，每个O原子形成2个共价键；H和X（卤原子）原子的价数为1，每个原子形成1个共价键。

2.每个C原子最多可结合4个H原子；每个N原子最多结合3个H原子；每个O原子最多结合2个H原子；当除H原子外的其他原子间都以单键结合时，形成的化合物中H原子数最多；当C原子个数为n时，H原子的个数的最大值为2n+2个。在此基础之上，如果在分子结构中多1个C=C键，或多一个环状结构时，分子组成中都要减少2个H原子，而增加一个C≡C键就要减少4个H原子。

3.每个原子的价数就是这个原子的成键电子数，每两个电子形成一对共用电子对（即一个共价键），因此由这些原子形成的分子中共价键数（共用电子对总数）=各原子价键总数之和/2。

①对于CH，价键总数即共用电子对总数=（4x+y）/2，碳原子间形成的价键总数=（4x+y）/2-y=（4x-y）/2。若只含C=C，双键数=（2x+2-y）/2；若只含C≡C，三键数=（2x+2-y）/4，其余类推。

②对于CHO，价键总数即共用电子对总数=（4x+y+2z）/2，非H原子间形成的价键总数=（4x+y+2z）/2-y=（4x-y+2z）/2。

4.由3知：①烷烃CH分子中，价键总数为［4n+（2n+2）］/2=3n+1，当然，也可用数列知识求解，a=4,d=3，则a=a+(n-1)d=4+(n-1)×3=3n+1。碳碳间形成的价键总数为（3n+1）-（2n+2）=n-1。

②烯烃CH分子中，价键总数为（4n+2n）/2=3n，也可由每形成一个C=C就减少1个价键知烯烃的价键总数为（3n+1）-1=3n。而碳碳间形成的价键总数为n。

③同理，炔烃CH分子中，价键总数为3n-1，碳碳间形成的价键总数为n+1；苯及其同系物CH分子中，价键总数为3n-3，碳碳间形成的价键总数为n+3。

二、“价键”知识应用举例

题型一：求有机物分子量或分子式

例1.将苯分子中的一个C换成一个N，得到一种类似苯环结构的稳定有机物，此有机物的相对分子质量为()。

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

解析：从苯上换下一个C原子，相对分子质量减小12；换成一个N原子，相对分子质量增加14。但容易忽视的一点是C在分子中形成四条键，而N在分子中形成三条键，从而换上N原子后少结合了一个H原子，故选B而不是C。

例2.某化合物含C、H、N三种元素，已知其分子内的4个N原子排列成内空的四面体结构，且每2个N原子间都有1个C原子，分子中无C—C、C=C和C≡C。则此化合物的化学式是()。

A.CHNB.CHNC.CHND.CHN

解析：由于N原子构成了内空的四面体，因此该化合物分子中含有4个N原子。每2个N原子间有1个C原子，相当于在四面体的每个棱上有1个C原子，即共有6个C原子。再考虑到C的四个共价键，每个C原子还应有2个H原子，故化合物的化学式为CHN，选D答案。

例3.下图是某有机物分子的比例模型，有关该物质的推断不正确的是（）。

A.分子中可能含有羟基

B.分子中可能含有羧基

C.分子中可能含有氨基

D.该物质的分子式可能为CHO

解析：中学化学课本中有许多分子的结构模型图，主要有球棍模型和比例模型两种。对分子结构模型的认识，既需要一定的空间想象能力，又需要有关分子结构的基础知识，这种命题可以测试考生的空间思维能力。

先观察题给模型，可得该模型所表示的分子中有三种原子（黑球3个、斜线球3个、小白球6个），再根据有机化合物中原子形成共价键的规律来分析处理观察结果，黑球可能是C原子、斜线球是O原子、小白球是H原子，其结构简式为HOCHCHCOOH，答案为C。

题型二：求有机物分子的同分异构体

例4.在CHN中，N原子以三个单键与其他原子相连接，它具有的同分异构体的数目为（）。

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

解析：根据价键规律，CHN存在以下几种异构体：CHCHCHNH、CHCHNHCH、N（CH）、（CH）CHNH，共有4种，故选D。

题型三：求有机物分子中的双键（或三键）数

例5.从深海鱼油中提取的被称为“脑黄金”的DHA是一种不饱和程度很高的脂肪酸，它的分子式为CHO，该有机物含有的碳碳双键最多有（）。

A.5个B.6个C.7个D.8个

解析：根据价键规律知，22个C最多结合H原子个数为22×2+2=46，故双键最多有（46-32）/2=7个（O原子的存在无影响），而该脂肪酸分子中只有一个羧基，其中有一个碳氧双键，故碳碳双键最多有6个，故选B。

题型四：求有机物分子中价键总数或碳碳键数

例6.化学工作者把烷烃、烯烃、环烷烃、炔烃等的通式转化成键数的通式，给研究有机物分子中键能大小的规律带来了很大的方便。设键数为I，则烷烃中碳原子数跟键数关系的通式为CI，烯烃（视双键为两条单键）、环烷烃中碳原子数跟键数关系的通式为CI，则苯的同系物中碳数跟键数关系的通式为（）。

A.CIB.CIC.CID.CI

解析：一个苯环相当于含三个双键和一个环状结构，或由小结4知：苯的同系物中碳原子数跟键数关系的通式为CI，选C。

例7.在烃分子结构中，若每减少2个氢原子，则相当于碳碳间增加一对共用电子对。试回答下列问题：（1）分子结构为CH烃分子中碳碳间共用电子对数为 。（2）分子结构为CH烃分子中碳碳间共用电子对数为。（3）C可以看做是烃减氢后的产物，若某物质分子中碳碳间的共用电子对数为160，则符合条件的碳单质的分子式为 ；符合条件的单烯烃的分子为 。

解析：（1）烷烃通式为CH，碳碳间共用电子对数=（4n+2n+2）/2-（2n+2）=n-1。

（2）解答过程同（1），答案为n+3。

（3）Cx可以看成是CH，160=（4x-0）/2，x=80。符合该条件的碳单质的分子式为C，若为单烯烃CH，碳碳间共价键数为=（4m-2m）/2=160，m=160。符合该条件的单烯烃为CH，或直接利用小结4的结论快速求解。

题型五：求有机物分子中原子（团）数及相互关系

例8.某有机物分子中含n个—CH—，m个—CH—，a个—CH，其余为羟基，则羟基个数为。

解析：设羟基个数为x，题中C原子个数为n+m+a，由于所有原子均以单键结合，而1个羟基中O原子数与H原子数相等，显然羟基个数x等于（n+m+a）个C原子形成的烷烃中的所有H原子数减去已知的H原子数。

（n+m+a）个C原子形成的烷烃中的所有H原子数=2（n+m+a）+2

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

例9.（1）由2个C原子、1个O原子、1个N原子和若干个H原子组成的共价化合物，H原子的数目最多是个，试写出其中一例的结构简式 。

（2）若某共价化合物只含C、H、N三种元素，且以n（C）、n（N）分别表示C和N的原子数目，则H原子数目最多等于 。

（3）若某共价化合物同时含C、H、O、N四种元素，且以n（C）、n（N）、n（O）分别表示C、N和O的原子数目，则H原子数目最多等于 。

（4）由2个O原子、1个N原子、11个H原子和若干个C原子组成的某有机物，其C原子个数至少为 个。

解析：（1）C、O、N相互之间未成键时，2个C原子最多可结合8个H原子，1个O原子最多可结合2个H原子，1个氮原子最多可结合3个H原子。C、O、N相互之间成键形成化合物时，要使H原子数最多，则它们之间必须以单键结合，且单键数为（2+1+1-1）=3，则H原子数目最多=8+2+3-3×2=7，其中一例的结构简式为：HO—CH—CH—NH。

（2）C、N相互之间未成键时，n（C）个C原子最多可结合4n（C）个H原子，n（N）个N原子最多可结合3n（N）个H原子，C、N相互之间成键形成化合物时，要使H原子数最多，则它们之间必须以单键结合，且单键数为n（C）+n（N）-1，则H原子数目最多=4n（C）+3n（N）-［n（C）+n（N）-1］×2=2n（C）+n（N）+2。

（3）C、N、O相互之间未成键时，n（C）个C原子最多可结合4n（C）个H原子，n（N）个N原子最多可结合3n（N）个H原子，n（O）个O原子最多可结合2n（O）个H原子，C、N、O相互之间成键形成化合物时，要使H原子数最多，则它们之间必须以单键结合，且单键数为n（C）+n（N）+n（O）-1，则H原子数目最多为：4n（C）+3n（N）+2n（O）-［n（C）+n（N）+n（O）-1］×2=2n（C）+n（N）+2。

（4）由第（2）、（3）问的结论知与O原子个数无关，且由11=2n（C）+1+2知n（C）=4，故答案为4。当然，此题也可先解出（3）小题，把相关数据代入即可解出其他几问，这样解更快捷。

利用“价键”知识解有机试题要求对“价键”规律非常熟悉，要想做到灵活运用，快速解题，就要在平时学习过程中注意勤思考、善总结、多积累，深刻理解“价键”规律，注意解题技巧，从而达到理想的解题效果。