武漢大學(xué)版無(wú)機(jī)化學(xué)課后習(xí)題答案第三版第章 分子結(jié)構(gòu)

分子結(jié)構(gòu)

1.試用離子鍵理論說(shuō)明由金屬鉀和單質(zhì)氯反應(yīng)，形成氯化鉀的過(guò)程如何理解離子鍵沒(méi)有方

向性和飽和性

答：KC1的形成表示如下：

K(s)?K+(g)+e

1

5ci2?ci(g)

Cl(g)+e?Cl(g)

K'(g)+Cl(g)=KC1(s)

離子鍵的本質(zhì)是靜電作用力，由于離子的電荷分布是球形對(duì)稱的，因此它對(duì)異號(hào)離子

的引力可以是任何方向，也就是沒(méi)有方向性；一個(gè)離子的周圍，能容納多少個(gè)異離子，是

隨離子的半徑變化而變化的，它沒(méi)有固定的配位數(shù)，所以說(shuō)離子鍵沒(méi)有飽和性。

2.用下列數(shù)據(jù)求氫原子的電子親和能。

答：電子親和能為下列反應(yīng)的反變,它由⑸-⑷-⑶一⑵-⑴得到:

3.C1F的解離能為246制.〃川尸，C1F的生成熱為-56kJ/mol」，Ck的解離能為

238kJ/mol1,試計(jì)算F?(g)的解離能。

解：據(jù)題意：

(1)ClF(g)=Cl(g)+F(g)△FL=246kJ?mol

?1

(2)5ck(g)+iF2(g)=ClF(g)△H2=-56kJ/mor*

l

(3)Cl2(g)=2C1(g)AH,=238kJ/mor

2?(1)+2?(2)-(3)得

F2(g)=2F(g)

AH=2AH.+2AH2-AH3

=2?246—2?56—238

=142kJ/mol1

4.試根據(jù)晶體的構(gòu)型與半徑比的關(guān)系,試判斷下列AB型離子化合物的晶體構(gòu)型:

BeONaBrCaSRblBeSCsBrAgCl

解：查表求各離子的Pauling半徑如下表:

Pauling半徑(pm)

離子Be21Na*Ca21Rb’CsAg*02,BrS2ICl

半徑319599148169126140195184216181

計(jì)算各物質(zhì)的正負(fù)離子半徑比以及相應(yīng)晶體構(gòu)型如下表:

物質(zhì)BeONaBrCaSRblBeSCsBrAgCl

半徑r+/r-0.2110.4870.5380.6850.1680.8670.696

晶體構(gòu)型ZnSNaClNaClNaClZnSCsClNaCl

5.試從電負(fù)性數(shù)據(jù)，計(jì)算下列化合物中單鍵的離子性百分?jǐn)?shù)各為多少

NaFAgBrRbFHICuiHBrCsCl

解：查表求出各元素的Pauling電負(fù)性數(shù)據(jù)如下表：

元素NaAgRbHCu⑴CsFClBrI

電負(fù)性0.931.930.822.21.90.793.983.162.962.66

各物質(zhì)的電負(fù)性差和相應(yīng)的離子性百分?jǐn)?shù)如下表:

物質(zhì)NaFAgBrRbFHICuiHBrCsCl

電負(fù)性差3.051.033.160.460.760.762.37

單鍵離子性9022916131374

百分?jǐn)?shù)（%）

6.如何理解共價(jià)鍵具有方向性和飽和性

解：共價(jià)鍵是指兩個(gè)原子間的化學(xué)鍵力通過(guò)共享電子而達(dá)到的穩(wěn)定飽和結(jié)構(gòu)的結(jié)合力。

共享電子對(duì)是在兩個(gè)原子提供的原子軌道上運(yùn)動(dòng)的，兩個(gè)原子提供的軌道必須按一定的方

向重疊，才能具有最大的重疊區(qū)域，所以說(shuō)共價(jià)鍵具有方向性，當(dāng)原子通過(guò)共享電子達(dá)到

穩(wěn)定飽和結(jié)構(gòu)后，就不可能再發(fā)生共享電子了，所以說(shuō)，共價(jià)鍵具有飽和性。

7.BK是平面三角形的幾何構(gòu)型，但NF：，卻是三角錐型，試用雜化軌道理論加以說(shuō)明。

解：在BF：,分子中，B原子價(jià)電子數(shù)為4,B以sp?雜化，三個(gè)電子分布在三個(gè)雜化軌道中

分別與F原子形成三個(gè)共價(jià)鍵，垂直于分子平面的B原子2p空軌道同時(shí)與三個(gè)F原子的平

行的2P軌道電子形成四中心6電子乃鍵。

在NR分子中，N原子價(jià)電子數(shù)為3,價(jià)軌道數(shù)為4,它用s/雜化軌道與三個(gè)H原子形

成三個(gè)共價(jià)鍵，另外一個(gè)雜化軌道上占有孤電子對(duì)，這種不等性的sp：'雜化，使形成的NR

分子具有三角錐形結(jié)構(gòu)。

解：（a）（1）不合理，中心原子N的價(jià)電子數(shù)為10個(gè)，不符合飽和結(jié)構(gòu);

(2)不合理，端邊N原子的價(jià)電子數(shù)超出N原子的實(shí)際數(shù)目；

(3)合理，單鍵可以看作是由N原子提供的配位鍵；

(4)不合理，端邊N原子的周圍電子數(shù)不達(dá)到飽和結(jié)構(gòu)；

(5)不合理，端邊N原子的周圍電子數(shù)不達(dá)到飽和結(jié)構(gòu)；

(6)不合理，端邊N原子的周圍電子數(shù)不達(dá)到飽和結(jié)構(gòu)，端邊0原子的周圍電子

數(shù)超出飽和結(jié)構(gòu)。

(b)(1)合理，負(fù)電荷可以看作是電子被吸引到S原子上；

(2)不合理，端邊N原子周圍的電子數(shù)不達(dá)到飽和結(jié)構(gòu)；

(3)合理，負(fù)電荷可以看作是電子被吸引到N原子上；

(4)不合理，負(fù)電荷可以看作是電子被吸引到N原子上，但S原子只有兩個(gè)成單

電子，由于它的半徑較大，不可能形成共價(jià)叁鍵(0原子半徑較小，可以形

成叁鍵)。

(c)(1)合理，P原子周圍雖然超出飽和結(jié)構(gòu)，但它有3d價(jià)軌道，因此周圍可以有

10個(gè)電子；

(2)不合理，N原子周圍達(dá)不到飽和結(jié)構(gòu)。

9.在下列各組中，哪一種化合物的鍵角大說(shuō)明原因。

(a)CH,和NIL(b)0F?和ChO

(c)N&和NF3(d)PH3和N4

解：(a)CH,鍵角較大，C原子是等性s6雜化，N原子是不等性sp'雜化，受孤電子對(duì)的

排斥作用，HNH鍵角小于等性sp：'雜化鍵角；

(b)OF2鍵角較小，F(xiàn)電負(fù)性較大，共用電子對(duì)偏近F原子，因此共用電子對(duì)間的斥

力較小。

(c)NH：,鍵角較大，H原子半徑和電負(fù)性較小，共用電子對(duì)偏向N原子，F(xiàn)原子半徑

和電負(fù)性較大，共用電子對(duì)偏離N原子，因此NL的鍵角較大。

(d)NIL鍵角較大，P原子半徑較大，3s和3p軌道的能量差較大，因此，3s和3p

軌道雜化的程度較小，所以N%的鍵角較大。

10.試用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷下列分子或離子的空間構(gòu)型。說(shuō)明原因。

HgCl2BCl:iSnCl2NH:iHQPC1;!TeCLClF:i

IC12SF6IF5FCltC02COC12S02NOCI

2

SO2C12POC13S03-CIO；IO2F2

解：各物質(zhì)中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)和空間構(gòu)型如下表:

HgClBC1SnClPC1C1F

物質(zhì)232NH3H2O3TeCL3

O2ry3Q2Q5

中心原子價(jià)4s22s22Pl5s25P之2s22P32s22p'3s3p5s25p53s3p

電子層

價(jià)電子對(duì)數(shù)23344455

分子構(gòu)型直線形三角形角形三角錐角形三角錐三角錐T字形

IC1；FC1.)C0COC1S0NOCI

物質(zhì)SF6IF5222

中心原子價(jià)5s25p53s?3p‘5s25p02s22Ps2s22P之2s22P23s23p52s22P3

電子層

價(jià)電子對(duì)數(shù)56662333

分子構(gòu)型直線形八面體四方飾四方形直線形三角形角形角形

物質(zhì)so2cbPOC13CIO,I02F2

中心原子價(jià)3s23p'3s23P3s23Pl3s23p'5s25p5

電子層

價(jià)電子對(duì)數(shù)44445

分子構(gòu)型四面體四面體三角錐角形三角錐

11.試用價(jià)鍵法和分子軌道法說(shuō)明”和艮分子的結(jié)構(gòu)。這兩種方法有何區(qū)別

解：。和F原子的電子層結(jié)構(gòu)分別為：

0ls22s22pFIs22s22Ps

價(jià)鍵理論法認(rèn)為，02的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)。原子的兩個(gè)成單P電子分別形成一個(gè)。鍵和一個(gè)

乃鍵。H分子以雙鍵結(jié)合，的結(jié)構(gòu)是兩個(gè)F原子的兩個(gè)成單P電子相互結(jié)合形成一個(gè)CT鍵,

分子以單鍵結(jié)合。它們的路易斯結(jié)構(gòu)式表示為：

B分子的鍵級(jí)為2,F?分子的鍵級(jí)為1。

分子軌道法認(rèn)為，或艮分子中的各個(gè)原子軌道重新組合成分子軌道，其電子排布式

為：

0?(%,)2(%；)2(%)2(。2；)2(。2川)2(%“)2(42川)2(42力"(42?

F2(%)2(bJ)2as)2(%*)2(4沖)2(%),)2(乃23)2(%；)2(%；)2

0?分子的鍵級(jí)為2,F?分子的鍵級(jí)為1。

兩種理論對(duì)分子的鍵級(jí)結(jié)論是相同的，但價(jià)鍵理論不能解釋。2分子具有磁性的實(shí)驗(yàn)事

實(shí)。分子軌道法認(rèn)為。2分子中兩個(gè)簡(jiǎn)并的反鍵乃2P軌道各有一個(gè)成單電子，成功解釋了

分子具有磁性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。

12.今有下列雙原子分子或離子

4

Li2Be2B2N2HFF2CO

(1)寫出它們的分子軌道式。

(2)計(jì)算它們的鍵級(jí)，判斷其中哪個(gè)最穩(wěn)定哪個(gè)最不穩(wěn)定

(3)判斷哪些分子或離子是順磁性，哪些是反磁性

解：

分子分子軌道式鍵級(jí)磁性

Li21反

Be20反

1

B2順

N23反

HF1反

F21反

C0+2.5順

最穩(wěn)定的分子是用，它的鍵級(jí)為3,最不穩(wěn)定的分子是B2,它的鍵級(jí)為0。

13.寫出。2"、0八0:、?！阜肿踊螂x子的分子軌道式。并比較它們的穩(wěn)定性。

解：0?\0八0「、0?分子或離子的分子軌道式列于下表：

化學(xué)式分子軌道式鍵級(jí)

2

02-1

022

0；2.5

021.5

2

穩(wěn)定性:0；>02>02>02'

14.已知NO-CO?、SO?分子其鍵角分別為132°,180。、120°,判斷它們的中心原

子軌道的雜化類型

解：NO?、CO2、SO2分子的中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)和雜化類型如下表:

化學(xué)式中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)雜化類型

32

NO2SP

2

co2sp

32

so2sp

15.寫出NO'、NO、NO分子或離子的分子軌道式，指出它們的鍵級(jí)，其中哪一個(gè)有磁

性

解：N0\NO、NO分子或離子的分子軌道式，鍵級(jí)，磁性如下表:

化學(xué)式分子軌道式鍵級(jí)磁性

NO'3反

NO2.5順

NO2順

16.舉例說(shuō)明金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)有何區(qū)別

答：金屬導(dǎo)體沒(méi)有禁帶，電子可以在滿帶和空帶間自由躍遷，導(dǎo)電能力強(qiáng)；

半導(dǎo)體禁帶能量較小，電子容易從滿帶躍遷入空帶形成導(dǎo)帶，在一定條件下可以導(dǎo)

電；

絕緣體禁帶能量較大，電子不能從滿帶躍遷入空帶，不能導(dǎo)電。

17.簡(jiǎn)單說(shuō)明O"鍵和萬(wàn)鍵的主要特征是什么

答：。鍵的主要特征是成鍵軌道按頭碰頭方式重疊，電子云沿鍵軸方向呈圓柱形對(duì)稱，

鍵強(qiáng)度較大。

萬(wàn)鍵的主要特征是成鍵軌道按肩并肩方式重疊，電子云沿通過(guò)鍵軸方向垂直于成鍵

軌道的平面呈鏡面對(duì)稱，鍵強(qiáng)度較小。

18.試比較如下兩列化合物中正離子的極化能力的大小。

(l)ZnCl2FeCl,CaCl2KC1

(2)SiCLA1C13PC15MgCl2NaCl

答：正離子的極化能力：

(1)ZnCL>FeCl2>CaCl2>KC1

(2)PC15>SiCli>A1C13>MgCl2>NaCl

19.試用離子極化的觀點(diǎn)，解釋下列現(xiàn)象。

(l)AgF易溶于水，AgCLAgBr,Agl難溶于水，溶解度由AgF到Agl依次減小。

(2)AgCl,AgBr,Agl的顏色依次加深。

答：(1)在鹵離子中，F(xiàn)離子的半徑最小，變形性最小，鹵離子隨半徑增大，變形性增大,

Ag為18電子構(gòu)型，極化能力很強(qiáng)，但AgF仍是離子化合物，易溶于水，而隨著鹵離子半

徑增大，正負(fù)離子間的相互極化作用增加，Agl是共價(jià)化合物，難溶于水。AgCLAgBr是

離子到共價(jià)的過(guò)渡態(tài)化合物，所以它們的溶解度由由AgF到Agl依