第十一章-共价键和分子间作用力习题解析

第十一章共价键和分子间作用力习题解析1.现代价键理论的要点是什么？答：（1）两个原子接近时，只有自旋方向相反的单电子可以相互配对（两原子轨道重叠），使电子云密集于两核之间，系统能量降低，形成稳定的共价键。（2）自旋方向相反的单电子配对形成共价键后，就不能再和其他原子中的单电子配对。所以，每个原子所能形成共价键的数目，取决于该原子中的单电子数目。这就是共价键的饱和性。（3）成键时，两原子轨道重叠越多，两核间电子云越密集，形成的共价键越牢固，这称为原子轨道最大重叠原理。原子轨道中，除s轨道呈球形对称外，p、d等轨道都有一定的空间取向，它们在成键时，只有沿着一定的方向靠近才能达到最大程度的重叠，形成稳定的共价键，这就是共价键的方向性。2.列表表示σ、π键的区别。答：σ键π键轨道s-s，s-px，px-pxpy-py，pz-pz分子举例H2，HCl，Cl2，N2形成方式两原子轨道“头碰头”的重叠两原子轨道“肩并肩”重叠对称性重叠部分沿键轴呈圆柱型对称垂直于键轴呈镜面反对称分布存在可单独存在不能单独存在，与σ键共存于共价双键、叁键中稳定性稳定活泼3.根据共用电子对是否偏移，共价键可以分为哪两类？答：根据共用电子对是否偏移共价键可分为极性共价键和非极性键共价键。极性共价键是由于成键原子的电负性不同，共用的电子对偏向电负性较大的原子，使键的一端带部分负电荷δ-，而另一端带部分正电荷δ+，键的正、负电荷中心不重合形成的共价键。非极性共价键是因为成键原子的电负性相同，成键电子对等量共享，键的正、负电荷中心重合的共价键。4.共价键的极性及极性大小用什么来判断？共价分子的极性及极性大小用什么来量度？答：共价键的极性大小根据成键原子的电负性来判断，因为共用的电子对偏向电负性较大的原子，使键的一端带部分负电荷δ-，而另一端带部分正电荷δ+，故成键原子的电负性差别越大，共价键的极性越强。双原子分子的极性与键的极性一致。多原子分子的极性不仅与键的极性有关，也与分子构型有关，虽然是极性键，只要键型相同，分子构型对称，其分子中各个键的极性就能相互抵消，正、负电荷重心重合。分子的极性可用电偶极矩(electricdipolemoment)μ来衡量。它是分子中正、负电荷中心的距离d与正或负电荷中心上的电量q的乘积，即μ=q·d，单位为10-30C·m。μ≠0的分子为极性分子，μ5.杂化轨道理论的基本要点是什么？答：杂化轨道理论的基本要点是：①形成分子时，因原子之间的相互影响，同一原子内能量相近的不同类型的原子轨道混合，重新分配能量和确定空间方向，形成的新原子轨道称为杂化轨道(hybridorbital)，这一过程称为杂化(hybridization)。②杂化轨道形状不同于原轨道形状，杂化轨道的角度分布变得一头大一头小，更有利于最大重叠，成键能力增强。而且原子轨道杂化过程中所需要的能量可由杂化轨道形成共价键时所释放的能量来补偿且有余，形成的分子更加稳定。③杂化轨道之间尽可能取最大夹角分布，形成相互排斥能最小的杂化轨道构型。杂化类型不同，杂化轨道构型也不相同，由此即可解释分子构型。④杂化有等性杂化和不等性杂化。6.试用杂化轨道理论解释HOCl分子如何成键及健角是103°而不是109°28′？答：HOCl分子的键间夹角为103°，是因为成键时中心原子氧采取不等性sp3杂化方式分别与一个氢原子和一个氯原子结合，由于氧原子上有两对孤对电子不参加成键，它们对成键电子对的排斥作用大，使HOCl分子中键角压缩为103°，致使HOCl分子结构呈V字形。7.试用杂化轨道理论解释H3O+离子的中心原子O的杂化类型，成键过程以及离子的构型。答：H3O+离子的中心原子O采取不等性sp3杂化轨道和三个氢原子结合。四个不等性sp3杂化轨道中，两个含有单电子，两个含有孤对电子。两个含有单电子的sp3轨道分别和氢原子的1s轨道形成σ键，一个含有孤对电子sp3杂化轨道和氢离子的1s轨道形成一个σ配键，剩下的孤对电子不参加成键。孤对电子对成键电子对有排斥作用，使H3O+离子中键角压缩，致使H3O+离子结构呈成三角堆形。8.用杂化轨道理论说明在H3C-CH=CH2、CH3-CH2-OH、CH3COOH分子中，各C原子的答：C原子所连接的键都是单键的是sp3杂化，双键两端的C原子和羧基中C原子是sp2杂化。H3C-CH=CH2sp3、sp2、sp2，CH3-CH2-OHsp3、sp3，CH3COOHsp3、sp9.价层电子对互斥理论的基本要点是什么？答：①一个共价分子或离子的构型主要决定于中心原子价层电子对（成键电子对和孤对电子）互斥力最小时所形成的几何结构。②若中心原子价层都是共享电子对即成键电子对，则成键电子对之间互斥力最小时的分布即为分子的特定构型。③若中心原子价层除成键电子对外还有孤对电子，由于孤对电子占有一定位置，且对成键电子对的排斥作用大，对分子的构型影响极大。10.用价层电子对互斥理论判断分子构型的步骤是什么？答：①确定中心原子价层电子对数中心原子价层电子对数等于中心原子的价电子数（等于主族族数）与配原子提供的共用电子数的总和除以2。规定H和卤素原子作配位原子时均提供1个电子；O、S作为中心原子有6个电子，作为配位原子不提供电子。对于多原子离子，计算其中心原子的价层电子总数时，还应减去正离子的电荷数或加上负离子的电荷数。若计算了价电子对数后剩余1个电子，这个电子看作是1对电子；分子或离子中双、叁键也分别看作是1对电子。②判断分子构型及中心原子杂化类型根据中心原子的价层电子对数，从中心原子的价电子对构型和分子构型表即可确定中心原子价电子对构型和分子构型。11.根据价层电子对互斥理论，判断BF3、NF3、AsF5、PbCl2分子构型如何？答：BF3分子中有3个成键电子对数，没有孤对电子，故BF3分子为平面正三角形；NF3分子中有3个成键电子对数，孤对电子一对，故NF3分子为三角锥形；AsF5分子中有5个成键电子对数，没有孤对电子，故AsF5分子为三角双锥形；PbCl2分子中有2个成键电子对数，孤对电子一对，故PbCl2分子为V形；12.分子轨道理论的基本要点是什么？答：（1）分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子的空间范围内运动。分子中电子的运动状态，可用分子轨道波函数ψ（称为分子轨道）来描述。（2）分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合而得到。也就是说，几个原子轨道可组合成数目相等的几个分子轨道。其中，有一半分子轨道分别由符号相同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度增大，其能量较原来的原子轨道能量低，有利于成键，称为成键分子轨道，用符号σ、π表示；另一半分子轨道分别由符号不相同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度很小，其能量较原来的原子轨道能量高，不利于成键，称为反键分子轨道，用符号σ*、π*表示；（3）分子轨道能量有一定的顺序第二周期同核双原子分子分子轨道有两种顺序：组成原子的2s和2p轨道的能量相差较大，在组合成分子轨道时，不会发生2s和2p轨道的相互作用，只是两原子轨道的s-s和p-p轨道的线性组合，因此，这些原子组成的同核双原子分子的分子轨道能级顺序为：σ1s<σ1s*<σ2s<σ2s*<σ2px<π2py=π2pz<π2py*=π2pz*<σ2px*组成原子的2s和2p轨道的能量相差较小，在组合成分子轨道时，一个原子的2s轨道除能和另一个原子的2s轨道发生重叠外，还可以与其2p轨道重叠，其结果是使σ2px超过π2py和π2pz。这些原子组成的同核双原子分子的分子轨道能级顺序为：σ1s<σ1s*<σ2s<σ2s*<π2py=π2pz<σ2px<π2py*=π2pz*<σ2px*电子遵照原子核外电子排布的三原则填入分子轨道。（4）在分子轨道理论中，用键级表示键的牢固程度分子轨道中存在单电子，该分子是顺磁性的，无单电子是反磁性的。13.用分子轨道理论说明N2分子为什么特别稳定？答：N2分子的电子组态是N2[(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(π2Py)2(π2Pz)2(σ2Px)2]键级=（10-4）/2=3因为N2分子键级为3，即N2分子中是叁键，说明N2分子特别稳定。14.写出CO分子的电子组态，并指出键级和磁性。答：CO分子的电子组态是CO[(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(σ2Px)2(π2Py)2(π2Pz)2]键级=（10-4）/2=3因为CO分子键级为3，CO分子中没有单电子，反磁性。15.按分子轨道理论，写出CN-的电子组态，说明磁性。答：CN-分子的电子组态是CN-[(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(π2Py)2(π2Pz)2(σ2Px)2]因为CN-分子中没有单电子，反磁性。16.指出下列说法的错误（1）色散力仅存在于非极性分子之间。（2）凡是含有氢的化合物分子之间都能产生氢键。答：（1）色散力不仅存在于非极性分子之间，也存在于极性分子之间、极性分子和非极性分子之间。（2）H原子只有与电负性大、半径小的F、O、N等原子以极性共价键结合后，由于F、O、N等原子吸引电子能力大，使H原子与另一个F、O或N等原子接触时，才能产生氢键。17.常温下为什么F2、Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态？答：随着氟、氯、溴、碘双原子分子的相对分子质量的增大，分子的变形性增大，分子间的色散力增大，所以在常温下，卤素单质中氟、氯是气态，溴是液态，碘是固态。18.判断下列各组分子之间存在何种分子间作用力？(1)苯和四氯化碳(2)苯和乙醇(3)甲醇和水(4)氦和水答：（1）色散力。(2)、(4)诱导力和色散力。(3)取向力、诱导力和色散力。19.非极性物质的熔点大小主要是何种分子间力决定？比较SiH4、CH4熔点的高低。答：非极性物质的熔点大小主要是由色散力决定。因为SiH4分子比CH4分子的相对分子质量大，SiH4分子比CH4分子的变形性大，SiH4分子比CH4分子的色散力大，所以SiH4的熔点比CH4熔点高。20.下列各化合物有无氢键？如果存在氢键，是分子间氢键还是分子内氢键？NH3、C6H6、C2H6、HNO3、邻羟基苯甲酸答：NH3、HNO3、邻羟基苯甲酸存在氢键。NH3是分子间氢键，HNO3、邻羟基苯甲酸是分子内氢键。21.下列表述错误的是A.2个成键原子轨道沿轴向“头碰头”重叠形成σ键B.2个成键原子轨道垂直轴向平行“肩并肩”重叠形成π键C.2个成键原子共用2对电子形成2个单键D.一般情况下原子核对π电子的吸引力小于对σ电子的吸引力。答：C22.下列分子的中心原子以sp3不等性杂化成键且无σ配键的是A.BeCl2B.NH4+C.SiCl4D.H2S答：C23.根据分子轨道理论，下列分子或离子中，稳定性最差的是A.O2+B.O2C.O2-答：D24.下列分子或离子中键级为2.5的是A.N2B.NOC.He2＋D.O2答：B25.下列说法正确的是A.不同原子的能量相近的2个原子轨道可杂化成2个杂化轨道。B.原子中能量相近的2个原子轨道可近似线性组合成2个分子轨道。C.范德华力中取向力贡献最大。D.配位键与一般共价键只是在形成过程时有区别。形成后键的性质完全相同答：D26.化合物①和②的熔点是1、①＞②，2、①＜②，在水中溶解度是3、①＞②，4、①＜②，下列全对的是A.1，3B.2，3C.1，4D.2，4答：D27.下列说法错误的是A.CO32-离子的构型是锥形B.PCl5分子中P原子无孤对电子C.原子轨道杂化后，其形状和最大值伸展方向与原来的轨道不同。D.分子轨道与原子轨道不同之处还在于分子轨道是多中心的即多核的系统。答：A28.下列说法中错误的是A.共价键的饱和性是成键原子的单电子数所决定的B.氢键的方向性即形成分子间氢键的三个原子在一条直线上C.