下列分子的键长次序正确的是:A. O₂⁺ > O₂ > O₂⁻B. O₂ > O₂⁺ > O₂⁻C. O₂⁻ > O₂ > O₂⁺D. O₂ > O₂⁻ > O₂⁺

考查要点：本题主要考查分子轨道理论中键级与键长的关系，以及离子对键长的影响。

解题核心思路：

1. 键长与键级的关系：键级越高，键长越短。
2. 键级的计算：键级 = (成键电子数 - 反键电子数) / 2。
3. 分子轨道填充：根据分子轨道理论，分析O₂⁺、O₂、O₂⁻的电子排布，计算各自的键级，从而比较键长。

破题关键点：

• 电子数变化：O₂⁺、O₂、O₂⁻的总电子数分别为15、16、17，导致分子轨道中反键电子数不同。
• 反键电子数减少：电荷增加（从O₂⁻到O₂⁺）会使反键电子数减少，键级升高，键长缩短。

分子轨道分析与键级计算

O₂分子

• 总电子数：16
• 分子轨道填充：
  $\sigma(2s)^2 \sigma^*(2s)^2 \sigma(2p)^2 \pi(2p)^4 \pi^*(2p)^2$
• 成键电子数：$\sigma(2s)^2 + \sigma(2p)^2 + \pi(2p)^4 = 8$
• 反键电子数：$\sigma^*(2s)^2 + \pi^*(2p)^2 = 4$
• 键级：$\frac{8-4}{2} = 2$

O₂⁺离子

• 总电子数：15（比O₂少1个电子）
• 分子轨道填充：
  $\sigma(2s)^2 \sigma^*(2s)^2 \sigma(2p)^2 \pi(2p)^4 \pi^*(2p)^1$
• 成键电子数：$8$
• 反键电子数：$\sigma^*(2s)^2 + \pi^*(2p)^1 = 3$
• 键级：$\frac{8-3}{2} = 2.5$

O₂⁻离子

• 总电子数：17（比O₂多1个电子）
• 分子轨道填充：
  $\sigma(2s)^2 \sigma^*(2s)^2 \sigma(2p)^2 \pi(2p)^4 \pi^*(2p)^2 \sigma^*(2p)^1$
• 成键电子数：$8$
• 反键电子数：$\sigma^*(2s)^2 + \pi^*(2p)^2 + \sigma^*(2p)^1 = 5$
• 键级：$\frac{8-5}{2} = 1.5$

键长比较

键级越大，键长越短。因此：
$O_2^- \, (\text{键级} \, 1.5) > O_2 \, (\text{键级} \, 2) > O_2^+ \, (\text{键级} \, 2.5)$