基础化学李保山第二版10-分子结构习题答案.docx

10 分子结构习题解答(p322-325)思考题1. Na和Cl、F之间，K和Cl、F之间能形成离子化合物。2. 答案：Be2+ 2电子构型； Ca2+ 8电子构型； Fe3+ 917电子构型；Cu+ 18电子构型； Sn2+ 18+2电子构型； Pb4+ 18电子构型；O2 8电子构型。3 答案：S2>K+>Na+>Mg2+ 4. Sn4+ >Fe2+ >Sn2+ >Sr2+>Ba2+ 5. S2->O2->F->Cu+ >Na+6. （1）半径比规则可以用来判断离子晶体的晶格类型。晶格能可以用来衡量离子键的强弱。 （2）离子极化的结果使原来的离子键向共价键方向过渡。（3）18电子构型的正离子极化率较强；18电子构型的负离子变形性较强。7. 答案：原子轨道的角度分布方向是一定的，共价键的形成遵循最大重叠原则，所以只能在建轴方向上才能形成稳定的共价键，因而共价键具有方向性；每个原子的未成对电子数时一定的，有几个未成对电子就可以形成几个共用电子对，所以共价键具有饱和性。8. （1）由两个相同或不相同的原子轨道沿轨道对称轴方向相互重叠而形成的共价键（头碰头），叫做键。当两个原子的轨道从垂直于成键原子的核间连线的方向接近，发生电子云重叠而成键（肩并肩），这样形成的共价键称为键。（2）单键：在价键理论中，两个原子之间如只有一对共用电子，形成的化学键称为单键。单电子键：在分子轨道理论中，只有一个电子填入分子轨道形成的化学键称为单电子共价键。（3）同类型的杂化轨道可分为等性杂化和不等性杂化两种。如果原子轨道杂化后形成的杂化轨道是等同的，这种杂化叫做等性杂化。如果原子轨道杂化后形成的杂化轨道中有一条或几条被孤对电子所占据，使得杂化轨道之间的夹角改变，这种由于孤对电子的存在而造成杂化轨道不完全等同的杂化，叫做不等性杂化。9. （1）BF3键角大，因为BF3中B的价电子结构为2s22p1，形成分子时，进行sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别及三个F原子的p轨道成键，故BF3分子为平面三角形，键角为120度。PF3中，磷原子有一对孤对电子。孤对电子及单键之间的斥力使它们的分子构型为三角锥形。因此BF3键角大。（2）NH3比PH3的键角大是因为P的电负性较N小，PH3中的成键电子云比NH3中的更偏向于H，同时P-H键长比N-H键长大，这样导致PH3中成键电子对之间的斥力减小，孤对电子对成键电子的斥力使H-P-H键角更小。（3）NH3的键角大，因为在NH3中成键的电子对都靠近电负性较大的氮原子一边，在氮原子处成键电子的相互排斥较强。但是，在NCl3中成键的电子对都被拉向电负性较大的氯原子一边（“远离”中心原子），在氮原子处成键电子的相互排斥较弱. 10. CO2中，先有一个2s电子受到激发而进入空的2pz轨道中，形成2s2px2py2pz中各有一个电子的激发态电子构型，然后2s2px两条轨道杂化形成两条sp杂化轨道。这两条轨道再分别去及氧各成一个键（头碰头重叠），如OCO结构。此时C原子还有两个未参加成键的p轨道，分别及O的p轨道从侧面重叠各形成一个键，两个键分布于C的两侧，且所在平面互相垂直。 BBr3中，先有一个2s电子受到激发而进入空的2py，形成sp2杂化轨道。这三条轨道再分别去及Br各成一个键（头碰头重叠）。轨道中B的2pz轨道（空）和Br的孤对电子（在4pz中）可以共轭，形成(4,6)。其中以xy平面为分子平面。 HgCl2，类似于CO2，Hg的外层电子为6s2，2个Cl提供2个电子，所以其外层为4个电子，采取sp杂化；这两条轨道再分别去及Cl各成一个键（头碰头重叠），Cl的孤对电子可以和Hg的6p轨道重叠形成键，且为2组(3,4)。 NH4+ 中，N发生不等性sp3杂化，孤电子对占有了能量低含s成分多的杂化轨道，及H+的空轨道形成配位键。其余3个未成对电子分别占有另外3个杂化轨道，它们分别及H原子的s轨道重叠形成键。11.答案：BF3分子中B原子采用sp2杂化轨道及F原子成键，所以具有平面三角的几何构型；而NF3分子中N原子采用不等性sp3杂化轨道及F原子成键，所以其几何构型为三角锥型。12答案： CS2：直线型，非极性分子SiCl4：正四面体型，非极性分子CHCl3：变形四面体型，弱极性分子H2S：V型，极性分子NO2：V型，极性分子BCl3：平面正三角形，非极性分子NF3：三角锥型，极性分子13答案：(1)HF>HCl； (2) FO2>CS2； (3)CCl4=SiBr4； (4) BF3<NF314. 答案：B2分子轨道表达式为(1s)2(1s*)2(2s)2 (2s*)2 (2py)1 (2pz)1，计算得键级为1，因此较稳定，2py和2pz 各有一个电子，因此具有顺磁性。15. 键能越大，分子越稳定；键长越长，稳定性越差；键级越高，键能越大，分子越稳定。16答案：（1）氖气和四氯化碳：色散力（2）碘化氢和水：取向力，诱导力，色散力（3）过氧化氢和氟化氢：取向力，诱导力，色散力，氢键（4）二氧化碳和二氧化硫：诱导力，色散力（5）甲醇和水：取向力，诱导力，色散力，氢键17答案：(1) NaCl： 阴、阳离子间的静电作用力 离子键(2) Ne：瞬间偶极子及瞬间诱导偶极子之间的静电作用力 色散力(3) HCl：偶极子及偶极子之间的静电作用力 色散力(4) C6H6：瞬间偶极子及瞬间诱导偶极子之间的静电作用力 色散力18. 答案：(1) 氯化氢的热稳定性比碘化氢好；(2) 键能。H-Cl键的键能比H-I键的键能大，化学键稳定，不易断裂；(3) 如果用氟化氢代替氯化氢进行实验，也不会生成F2。19. 答案：(1)I2(s)：色散力；色散力较大，呈固态 (2)SO2(g)：取向力，诱导力，色散力；主要色散力，作用力较小，呈气态 (3)H2O(l)：取向力，诱导力，色散力，氢键；主要氢键。较强，液态 (4)溴水(aq)：取向力，诱导力，色散力；主要色散力。作用力较大，液态（5）干冰：色散力；色散力较小，易升华。20答案：乙醇(C2H5OH)沸点较大，因其分子间有氢键，而二甲醚(CH3OCH3)分子间无氢键。21. 答案：分子间氢键，使分子间的结合力增强，使熔沸点升高，如能及溶剂分子间产生氢键，会使溶解度增加。分子内可以产生氢键时，会阻碍分子间氢键的形成，因此使熔沸点减低，在溶剂中的溶解度下降。对硝基苯酚不能形成分子内氢键，可以形成分子间氢键，邻硝基苯酚能形成分子内氢键。因此对硝基苯酚熔沸点，在水中溶解度都比邻硝基苯酚高。22. 答案：导体能导电，是因为存在导带，Ag和Mg的最外电子排布如下： Ag: 4d10 5s1 Mg：3s2 。都具有空的分子轨道，因此电子可在能带内不同的能级之间自由运动，在外电场的作用下，即可形成电流。23. 答案：（1）正确；（2）错，体心立方堆积配位数为8，而六方密堆积和面心立方密堆积的配位数都为12；（3）正确。24. 略25. 答案：超分子化学研究的是分子之间以分子间力高层次组装的化学，是分子识别和分子组装的化学。可以说超分子化学是高于分子层次的化学，或称之为分子之外的化学。超分子具有分子识别的功能。因此，超分子在分子器件，靶向药物，高选择性催化剂等方面具有重要应用前景。具体应用请自行查阅相关文献（, ）。26. PBr3CH3+BH4-SO3AsCl5BeF2CO32-TeF4电子几何构型正四面体平面三角形正四面体平面三角形三角双锥直线形平面三角形三角双锥分子几何构型三角锥平面三角形正四面体平面三角形三角双锥直线形平面三角形四面体以PBr3为例，过程如下：LP=（5-3*1-0）/2=1；中心原子及三个Br成键，所以BP=3； VP=LP+BP=1+3=4。因此电子几何构型为正四面体。由于有一对孤对电子，排斥作用较大，因此分子几何构型为三角锥形。27. 对NH3，及上题计算过程相同得：LP=1 BP=3 VP=4。因此电子几何构型为正四面体。由于有一对孤对电子，对其他三根键产生排斥作用，所以氨气的分子几何结构是三角锥型。28. H2分子的基态电子组态为(1s)2 键级为（2-0）/2=1；H2+分子的基态电子组态为(1s)1 键级为（1-0）/2=1/2；He2+分子的基态电子组态为(1s)2(1s*)1键级为（2-1）/2=1/2；29. 晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序，并成周期性重复排列。具有各向异性。非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程有序。宏观上，晶体具有整齐规则的几何外形和固定的熔点。30. 晶状石英是SiO2晶体，是原子晶体，键能很大，键长很短，且排列长程有序，因此密度较大，而无定型硅不存在这种长程有序的晶格结构，原子间的晶格网络呈无序排列，因此密度较小。31. Zr：金属晶体；N2O4：分子晶体；Si：原子晶体；Ne：分子晶体；Ni(ClO3)2：离子晶体 对二氯苯：分子晶体。32.（1）Xe沸点高，都是分子晶体，且Ar和Xe结构类似，因此分子量高的沸点高。（2）SiO2沸点高，因为SiO2是原子晶体，固体二氧化碳是分子晶体。（3）KBr沸点高，因为KBr是离子晶体，固体Br2是分子晶体。（4）C6Cl6沸点高，都是分子晶体，且两者结构类似，因此分子量高的沸点高。习题1. 答案:RbCl r+/r-=0.818 CsCl型AgCl r+/r-=0.696 NaCl型NaI r+/r-=0.440 NaCl型CaO r+/r-=0.707 NaCl型2. 答案：（1） Ag+ （电荷相同，Ag +的半径略小，18电子构型的离子，外层d电子对原子核的屏障作用较小，离子的有效核电荷高，对负离子外层电子的引力较大，极化力强。如Ag+离子的极化力>K+的极化力。）（2） Li+ （电荷相同，Li+的半径小）（3） Be2+ （Be2+的半径小、且电荷多）（4） Cu+ （Cu+半径<K+(Cu+半径及Na+相近)，K+的价电子层为8，Cu+为18）（5） Fe3+ （Fe3+电荷多，半径小）3. 答案：（1） 因为钠的卤化物是离子晶体，而硅的卤化物是原子晶体。离子晶体中存在离子键，因而熔点高。（2） 因为从NaF到NaI，阴离子半径变大，离子极化能力变强，形成化学键的极性减弱，因而熔点降低，而硅的卤化物随着原子半径增大，原子之间相互作用力增大，因此熔点增加。4. 答案：V=（0.418×10-9m）3 m=4×（59+16）/NA=4.98×10-22g =6.82g/cm35. 答案：r=2.884×31/2÷4=0.125nm6. 答案：离子的变形性和极化力都是Zn2+>Na+，因此ZnS因离子的极化作用而具有较强的共价性，在水中的溶解度小，而Na2S中离子的极化作用小，属于离子化合物，在水中的溶解度大。7.H2OBCl3PCl5SF6PH3HCNCO28. 要求列表写出各分子(离子)的VP、LP、电子对构型、分子(离子)构型和中心原子的杂化类型（分子）离子VPLP电子对构型分子（离子）构型中心原子的杂化类型CS220直线形直 线 型SPCH2O30三角形三 角 型SP2CBr440四面体四面体型SP3H3O+41四面体三角锥型SP3NO231三角形V型SP2NO330三角形三 角 型SP2SO4240四面体四面体型SP3PF550三角双锥三角双锥型SP3dPO4340四面体四面体型SP3AlF6360八面体八面体型SP3d2SO330三角形三 角 型SP2SO3241四面体三角锥型SP3XeF462八面体正四边形SP3 d2BBr330三角形三 角 形SP2PH341四面体三角锥型SP3H2S42四面体V型SP3CCl440四面体四面体型SP3NH4+40四面体四面体型SP39. 答案： 在VSEPR理论中，当O作为配位原子时，中心原子的价层电子对数取决于中心原子的价层电子数及配位原子未成对电子数及中心原子的配位数，及氧原子提供的价电子数无关。10答案：O2+：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)1键级2.5 ，可以稳定存在，顺磁性O2：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)1(2pz*)1键级2 ，可以稳定存在，顺磁性O2：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)2(2pz*)1键级1.5 ，可以稳定存在，顺磁性O22：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)2(2pz*)2键级1， 可以稳定存在，反磁性11.解答： O2 KK(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)1(2pz*)1 键级=2O2+KK(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)1 键级=2.5N2 (1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2 (2px)2(2py)2(2pz)2 键级=3N2+ (1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2 (2px)2(2py)2(2pz)1 键级=2.5O2+键级大于O2 的键级，所以O2的键长大于O2+的键长。N2+键级小于N2 的键级，所以N2的键长小于N2+的键长。四种粒子中只有N2 无单电子，其他三种均具有单电子，具有顺磁性。12 He2+： (1s)2(1s*)1 键级0.5 可以稳定存在O2： (1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)2(2pz*)1键级1.5 可以稳定存在N2+：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)1 键级2.5；可以稳定存在B2：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py)1(2pz)1键级1； 可以稳定存在Be2：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2键级0； 不能稳定存在13答案：键能越大，气体分子的稳定性就越高。HF，HCl，HBr及HI键的键能分别为569, 431, 366及299kJ.mol1，所以其热稳定性顺序为：HF>HCl>HBr>HI14答案：CC键长154 pm，则C原子半径为77 pm NN键长145 pm，则N原子半径为72.5pmNCl键长175pm，则Cl原子半径为：175-72.5pm=102.5pm所以 CCl键长：102.5pm +77pm=179.5pm15.解答： 1=109.5o2 =109.5o 1=109.5o2 =109.5o 1 =109.5o2 =109.5o 1 =120o2 =109.5o3 =109.5o16. 答案：（1）109°28，sp3杂化； 120°，sp2杂化。（2）C=O中的O为sp2杂化 COH为sp3杂化，N原子为sp3杂化，键角为107.3°（3）9个键，1个键 。17.解答：（1）Al atom number in each unit cell: 4(2) coordination number is：12(3) the length of the side of the unit cell: d=4.04(4) 18略19. (1) NaFNaClNaBrNaI, 由NaF到NaI ，负离子半径增加，离子键强度减弱，晶格能降低，所以熔点依次降低。 (2) NaClKClRbCl，由NaCl到RbCl，正离子半径增加，离子键强度减弱，晶格能降低，所以熔点依次降低。 （3）同理，MgO>CaO >BaO。20. （1）同是NaCl形晶体，CaO电荷数高，晶格能大，所以熔点最高。KBr电荷数低，正负离子半径大，因此熔点最低。 （2）SiC是原子晶体，因此熔点最高。O2和HF同为分子晶体，但是HF分子间能形成氢键，所以熔点比O2高，所以熔点最低的是O2。第 49 页