Question

美国和欧洲的科学家合作，在同温层发现破坏臭氧的Cl₂O₂。在该化合物中，氯的氧化数为______，氧的氧化数为_______。Cl₂O₂的结构式为_______，该分子中所有原子_______（填“共”或“不共”）平面。

Answer 1

-1；+1；Cl―O―O―Cl；不共
【试题分析】

氯的氧化物、含氯酸或含氯酸盐，是全国化学竞赛中考查的重点内容，它们经常被作为一种载体，承载各种基本化学理论和物质结构的考查内容。本题就利用Cl₂O₂来考查共价化合物中的元素的化合价和氧化数概念的辨析和共价键理论。这里对价键结构的考查是明确的，而对化合价和氧化数概念的辨析是隐性的，是我们经常忽略的。这里，我们对这两者进行一下明确的辨析。
化合价一般是指化合物中一个原子结合其他原子的个数。而氧化数可这样定义：在单质或化合物中，假设把每个化学键中的电子指定给所连接的两原子中电负性较大的一个原子，这样所得的某元素的一个原子的电荷数就是该元素的氧化数。
化合价必须根据结构判断，氧化数却可以根据下列规则判断：①在单质中，元素的氧化数为零。②在离子化合物中，元素的氧化数等于该元素单原子离子的电荷数。③在结构已知的共价化合物中，把属于两原子的共用电子对指定给两原子中电负性较大的原子时，分别在两原子上留下的表观电荷数就是它们的氧化数。对于同种元素两个原子之间的共价键，该元素的氧化数为零。④在结构未知的共价化合物中，某元素的氧化数可按下述规定由该化合物中其他元素的氧化数算出，这个规定是分子或复杂离子的总电荷数等于其中各元素氧化数的代数和。⑤对几种元素的氧化数有下列规定：a.除金属氢化物（如LiH、CaH₂）中氢的氧化数为-1外，其余氢的化合物中氢的氧化数都是+1。b.氧的氧化数一般为-2，例外的有：H₂O₂及过氧化物中氧的氧化数是-1，OF₂中氧的氧化数是+2，等等。c.氟在其所有化合物中氧化数都为-1。d.其他卤素，除了与电负性更大的卤素结合或与氧结合时具有正的氧化数外，氧化数都为-1。
有了以上的辨析，我们就有了明确的解题思路。在Cl₂O₂分子中，Cl的最外层有7个电子，O的最外层有6个电子，每个O可以形成两个共价键，而每个Cl可以形成1个共价键。这样，我们可以推测出Cl₂O₂的结构式为Cl―O―O―Cl。根据上述规则③，由于两个O原子之间没有电子对的偏移，所以O的氧化数为-1，氯的氧化数为+1。
若要判断原子是否共平面，可以先借助价电子对互斥理论判断其立体构型。
Cl₂O₂的分子中有四个原子，中心原子不止一个，所以可以分段判断。根据结构式Cl―O―O―Cl，分别以左右两个O原子为中心原子，运用两次价电子对互斥理论。左边O原子的价电子对数=（中心原子的价电子数+配位原子提供的价电子数）/2=（6+1）/2=3.5（氧原子作为配位原子，其电子不用计算在内），相当于4。同样，右边的O原子的价电子对数也是3.5（即4）。两个O原子的价电子对立体构型都是四面体，为sp³杂化，两段Cl―O―O的几何构型都是V形，中心O原子都有两对孤对电子，而且由于孤对电子的斥力，Cl―O―O的键角将会被压缩，整个结构呈现不对称结构。同时，我们还可以用类比的方式来理解。联想到H₂O₂的成键方式与Cl₂O₂的成键方式相似，所以结构上可以类比。H₂O₂的结构为：

由此我们可以得到 Cl²O₂的结构：