武汉大学版无机化学课后习的题目问题详解(第三版)第11章分子结构

1、实用标准文案分子结构1. 试用离子键理论说明由金属钾和单质氯反应，形成氯化钾的过程？如何理解离子键没有方向性和饱和性？答： KCl 的形成表示如下：K(s)K+(g)+e1Cl(g)2 Cl2Cl (g) +eCl - (g)K+(g) + Cl- (g) =KCl (s)离子键的本质是静电作用力，由于离子的电荷分布是球形对称的，因此它对异号离子的引力可以是任何方向，也就是没有方向性；一个离子的周围，能容纳多少个异离子，是随离子的半径变化而变化的，它没有固定的配位数，所以说离子键没有饱和性。2. 用下列数据求氢原子的电子亲和能。K (s)K (g)H183kJ mol 1K ( g)K( g

2、) eH 2419kJmol 11 H 2 ( g )H ( g )H 3218kJmol 12K (g )H ( g )KH (S)H 4742kJ molK (s)1 H 2 ( g)KH (S)H 559kJ mol211答：电子亲和能为下列反应的焓变，它由(5)-(4)-(3)-(2)-(1)得到：H ( g) eH ( g)HH 5H 4H 3H 2H1597422184198337kJ mol 13. ClF 的解离能为 246kJ mol11的解离能为238kJ/mol-1，试计算， ClF 的生成热为 56kJ/mol-，Cl2F2 (g) 的解离能。解：据题意：（ 1） Cl

3、F(g) = Cl(g) +F(g)H1 = 246 kJ· mol-1精彩文档实用标准文案1156kJ/mol -1（2） 2Cl 2(g) +2F2(g) = ClF(g)H2 =2(g) = 2Cl(g)3-1（ 3） ClH = 238kJ/mol2 （ 1） 2 （ 2）（ 3）得F 2 (g) = 2 F (g)H 2H1+2H2H3 2 246 2 56 238-1 142 kJ / mol4.试根据晶体的构型与半径比的关系, 试判断下列AB型离子化合物的晶体构型：BeO NaBr CaS RbI BeS CsBr AgCl解：查表求各离子的Pauling半径如下表：P

4、auling半径 (pm)离子Be2+Na+Ca2+Rb+Cs+Ag+O2+Br -S2-I -Cl -半径319599148169126140195184216181计算各物质的正负离子半径比以及相应晶体构型如下表：物质BeONaBrCaSRbIBeSCsBrAgCl半径 r+/r-0.2110.4870.5380.6850.1680.8670.696晶体构型ZnSNaClNaClNaClZnSCsClNaCl5. 试从电负性数据，计算下列化合物中单键的离子性百分数各为多少？NaF AgBr RbF HI CuI HBr CsCl解：查表求出各元素的Pauling电负性数据如下表：元素NaA

5、gRbHCu(I)CsFClBrI电负性0.931.90.822.21.90.793.983.162.962.663各物质的电负性差和相应的离子性百分数如下表：物质NaFAgBrRbFHICuIHBrCsCl电负性差3.051.033.160.460.760.762.37单键离子性百9022916131374分数（）精彩文档实用标准文案6. 如何理解共价键具有方向性和饱和性？解：共价键是指两个原子间的化学键力通过共享电子而达到的稳定饱和结构的结合力。共享电子对是在两个原子提供的原子轨道上运动的，两个原子提供的轨道必须按一定的方向重叠，才能具有最大的重叠区域，所以说共价键具有方向性，当原子通过共

6、享电子达到稳定饱和结构后，就不可能再发生共享电子了，所以说，共价键具有饱和性。7. BF 3 是平面三角形的几何构型，但NF3 却是三角锥型，试用杂化轨道理论加以说明。解：在BF3 分子中， B 原子价电子数为4， B 以 sp 2 杂化，三个电子分布在三个杂化轨道中分别与F 原子形成三个共价键，垂直于分子平面的B 原子 2p 空轨道同时与三个F 原子的平行的2p 轨道电子形成四中心6电子键。在 NF3 分子中， N原子价电子数为 3，价轨道数为 4，它用 sp3 杂化轨道与三个 H原子形成三个共价键，另外一个杂化轨道上占有孤电子对，这种不等性的sp3 杂化，使形成的 NF3 分子具有三角锥形

7、结构。精彩文档实用标准文案解： (a) (1)不合理，中心原子N 的价电子数为10 个，不符合饱和结构；(2) 不合理，端边 N 原子的价电子数超出 N 原子的实际数目；(3) 合理，单键可以看作是由 N 原子提供的配位键；(4) 不合理，端边 N 原子的周围电子数不达到饱和结构；(5) 不合理，端边 N 原子的周围电子数不达到饱和结构；(6) 不合理，端边 N原子的周围电子数不达到饱和结构, 端边 O 原子的周围电子数超出饱和结构。(b) (1)合理，负电荷可以看作是电子被吸引到S 原子上；(2) 不合理，端边 N 原子周围的电子数不达到饱和结构；(3) 合理，负电荷可以看作是电子被吸引到N

8、 原子上；(4) 不合理，负电荷可以看作是电子被吸引到N原子上，但 S 原子只有两个成单电子，由于它的半径较大，不可能形成共价叁键(O 原子半径较小，可以形成叁键) 。(c) (1)合理， P 原子周围虽然超出饱和结构，但它有3d 价轨道，因此周围可以有10 个电子；(2) 不合理， N 原子周围达不到饱和结构。9. 在下列各组中，哪一种化合物的键角大？说明原因。(a)CH4和 NH3(b)OF 2和 Cl 2O(c)NH3和 NF(d)PH3和 NH33解： (a) CH 4键角较大， C 原子是等性sp3 杂化， N 原子是不等性sp3 杂化，受孤电子对的排斥作用， HNH键角小于等性 s

9、p3杂化键角；(b) OF2键角较小， F 电负性较大，共用电子对偏近F 原子，因此共用电子对间的斥力较小。(c) NH3键角较大， H 原子半径和电负性较小，共用电子对偏向N 原子， F 原子半径和电负性较大，精彩文档实用标准文案共用电子对偏离N 原子，因此NH3的键角较大。(d) NH3键角较大，P 原子半径较大，3s 和 3p 轨道的能量差较大，因此，3s 和 3p 轨道杂化的程度较小，所以NH3 的键角较大。10. 试用价层电子对互斥理论判断下列分子或离子的空间构型。说明原因。HgCl2BCl3SnCl2NH3H O PCl3TeCl4ClF32ICl-SF 6IF 5FClCO 2C

10、OCl 2 SO 2NOCl24SOClPOClSO2-ClO-IOF-2233222解：各物质中心原子的价电子对数和空间构型如下表：物质HgCl2BCl3SnCl2NH3H2OPCl3TeCl4ClF 3中心原子价电子层2212223242324254S2s 2p5s 5p2s 2p2s 2p3s 3p5s 5p3s 3p价电子对数23344455分子构型直线形三角形角形三角锥角形三角锥三角锥T 字形物质ICl-SF6IF 5FCl 4COCOCl2SONOCl222中心原子价电子层25242525222224235s 5p3s 3p5s 5p2s 2p2s 2p2s 2p3s 3p2s 2

11、p价电子对数56662333分子构型直线形八面体四方锥四方形直线形三角形角形角形物质SO2Cl 2POCl32-IO2F2-SO3ClO2中心原子价电子层24232425253s 3p3s 3p3s 3p3s 3p5s 5p价电子对数44445分子构型四面体四面体三角锥角形三角锥11. 试用价键法和分子轨道法说明O2 和 F2 分子的结构。这两种方法有何区别？解： O和 F 原子的电子层结构分别为：O 1s22s2 2p4F 1s22s22p5价键理论法认为，O2 的结构是两个O原子的两个成单P 电子分别形成一个键和一个键。F2 分子以双键结合，的结构是两个F 原子的两个成单P 电子相互结合形

12、成一个键，分子以单键结合。它们的精彩文档实用标准文案路易斯结构式表示为：O2 分子的键级为2， F2 分子的键级为1。分子轨道法认为，O2 或 F2 分子中的各个原子轨道重新组合成分子轨道，其电子排布式为：O (1s )2(*2(2 s )2(*2(2 px )2(2 py )2(2 px )2(*)1(*)11 s )2 s )2 py2 py2F2( 1 s) 2 ( 1s* ) 2 ( 2 s ) 2 ( 2 s* ) 2 ( 2 px )2 ( 2 py ) 2 ( 2 px ) 2 ( 2 py * ) 2 ( 2 py * ) 222分子的键级为 1。O 分子的键级为2， F两种理

13、论对分子的键级结论是相同的，但价键理论不能解释O2 分子具有磁性的实验事实。分子轨道法认为 O 分子中两个简并的反键2 p 轨道各有一个成单电子，成功解释了O 分子具有磁性的实验事实。2212.今有下列双原子分子或离子Li2 Be 2 B 2 N 2 HF F2 CO+(1) 写出它们的分子轨道式。(2) 计算它们的键级，判断其中哪个最稳定？哪个最不稳定？(3) 判断哪些分子或离子是顺磁性，哪些是反磁性？解：分子分子轨道式键级磁性Li 2(1s )2(1s*)2(2 s )21反22* 22*20反Be(1s )(1s)(2s ) (2s)B2(1s )2(1s*)2( 2s )2(2 s*)

14、2(2 py )1(2 px )11顺22*22* 22223反N( 1s ) ( 1s ) (2 s ) (2 s ) ( 2 py ) ( 2 px ) ( 2 px )HF(1s)2(2s)2(2 px )2(2 py)2(2 px)21反F2(1s )2(*)2(2s )2(*)2(2 px )2(2 py )2(2 px )2(*)2(*)21反1s2 s2 py2 py+2*22*22212.5顺CO(1s )(2s )()(2 py )(2 px )(1s )2s2 px )最稳定的分子是N2 ，它的键级为3，最不稳定的分子是B2，它的键级为0。精彩文档实用标准文案13.写出 O

15、22-+-分子或离子的分子轨道式。并比较它们的稳定性。、 O2、O2、 O22-、 O、 O+-分子或离子的分子轨道式列于下表：解： O、 O2222化学式分子轨道式键级O2 2-(1s )2(*)2(2(*)2( 2 px )2( 2 py )2( 2 px )2(*)2(*)211s2s )2 s2 py2 pyO2* 22* 2222* 1* 12(1s ) (1s ) (2 s ) ( 2s ) ( 2 px ) ( 2 py ) (2 px ) (2 py ) ( 2 py )2+2* 22*2222*12.5O2(2s )()(2 py )()1s )1s)2 s2 px )2 p

16、x )2 py-2* 22* 2222* 2* 1O1.5( 1s ) ( 1s ) ( 2s ) ( 2s ) ( 2 px ) ( 2 py ) ( 2 px ) ( 2 py ) ( 2 py )2稳定性：+> O> O-> O2-O222214. 已知 NO2、CO2、SO2 分子其键角分别为 132°、 180°、 120°，判断它们的中心原子轨道的杂化类型？解： NO2、CO2、 SO2 分子的中心原子价电子对数和杂化类型如下表：化学式中心原子价电子对数杂化类型23sp2NOCO22spSO23sp2化学式+NONO-NO+-15.写

17、出 NO、 NO、 NO分子或离子的分子轨道式，指出它们的键级，其中哪一个有磁性？+-解： NO、 NO、 NO分子或离子的分子轨道式，键级，磁性如下表：分子轨道式键级磁性(1s )2(*)2(2s )2(*)2(2 py )2(2 px )2(2 px )23反1s2s(1s )2(*)2(2 s )2(*)2(2 px )2(2 py )2(2 px )2(*)12.5顺1s2s2 py(1s )2(*)2( 2 s )2( 2 s*)2( 2 px )2( 2 py )2( 2 px )2(*)1*12顺1s2 py( 2 py)16. 举例说明金属导体、半导体和绝缘体的能带结构有何区别

18、？答：金属导体没有禁带，电子可以在满带和空带间自由跃迁，导电能力强；半导体禁带能量较小，电子容易从满带跃迁入空带形成导带，在一定条件下可以导电；绝缘体禁带能量较大，电子不能从满带跃迁入空带，不能导电。精彩文档实用标准文案17.简单说明键和键的主要特征是什么？答：键的主要特征是成键轨道按头碰头方式重叠，电子云沿键轴方向呈圆柱形对称，键强度较大。键的主要特征是成键轨道按肩并肩方式重叠，电子云沿通过键轴方向垂直于成键轨道的平面呈镜面对称，键强度较小。18. 试比较如下两列化合物中正离子的极化能力的大小。(1)ZnCl 2 FeCl 2 CaCl 2 KCl(2)SiCl4AlCl3PCl 5 MgC

19、l 2 NaCl答：正离子的极化能力：(1) ZnCl2 > FeCl2 > CaCl2 > KCl(2) PCl5 > SiCl 4 > AlCl 3 > MgCl 2 > NaCl19. 试用离子极化的观点，解释下列现象。(1)AgF易溶于水， AgCl， AgBr， AgI 难溶于水，溶解度由AgF 到 AgI 依次减小。(2) AgCl， AgBr ， AgI 的颜色依次加深。答： (1) 在卤离子中， F- 离子的半径最小，变形性最小，卤离子随半径增大，变形性增大，Ag+为 18 电子构型，极化能力很强，但AgF 仍是离子化合物，易溶于水，而随着卤离子半径增大，正负离子间的相互极化作用增加，AgI 是共价化合物，难溶于水。AgCl， AgBr 是离子到共价的过渡态化合物，所以它们的溶解度由由 AgF到 AgI 依次减小。(2)随离子极化作用的增强，正负离子间价电子的能级发生变化，这种变化一般导致化合物颜色的加深。即 AgCl， AgBr， AgI 的颜色依次加深