武汉大学版无机化学课后习题答案第三版分子结构_1.pdf

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1、 武汉大学版无机化学课后习题答案第三版分子结构 Last revision date:13 December 2020.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)+e 12Cl2Cl(g)Cl(g)+e Cl-(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

2、氢原子的电子亲和能。答：电子亲和能为下列反应的焓变，它由(5)-(4)-(3)-(2)-(1)得到：3.ClF 的解离能为1246kJ mol，ClF 的生成热为56kJ/mol-1，Cl2的解离能为238kJ/mol-1，试计算 F2(g)的解离能。解：据题意：（1）ClF(g)=Cl(g)+F(g)H1=246 kJ mol-1 （2）12Cl2(g)+12F2(g)=ClF(g)H2=56kJ/mol-1 （3）Cl2(g)=2Cl(g)H3=238kJ/mol-1 2（1）2（2）（3）得 F2(g)=2 F(g)H 2 H1+2H2H3 2246256238 142 kJ/mol-1

3、 4.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：Pauling 半径(pm)离子 Be2+Na+Ca2+Rb+Cs+Ag+O2+Br-S2-I-Cl-半径 31 95 99 148 169 126 140 195 184 216 181 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 BeO NaBr CaS RbI BeS CsBr AgCl 半径 r+/r-0.211 0.487 0.538 0.685 0.168 0.867 0.696 晶

4、体构型 ZnS NaCl NaCl NaCl ZnS CsCl NaCl 5.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 Na Ag Rb H Cu(I)Cs F Cl Br I 电负性 0.93 1.93 0.82 2.2 1.9 0.79 3.98 3.16 2.96 2.66 各物质的电负性差和相应的离子性百分数如下表：物质 NaF AgBr RbF HI CuI HBr CsCl 电负性差 3.05 1.03 3.16 0.46 0.76 0.76 2

5、.37 单键离子性百分数（）90 22 91 6 13 13 74 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.BF3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 sp2杂化，三个电子分布在三个杂化轨道中分别与 F 原子

6、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分子具有三角锥形结构。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

7、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 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。

8、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)OF2和 Cl2O (c)NH3和 NF3 (d)PH3和 NH3 解：(a)CH4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 sp3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，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

9、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。HgCl2 BCl3 SnCl2 NH3 H2O PCl3 TeCl4 ClF3 ICl2-SF6 IF5 FCl4 CO2 COCl2 SO2 NOCl SO2Cl2 POCl3 SO32-ClO2-IO2F2-解：各物质中心原子的价电子对数和空间构型如下表：物质 HgCl2 BCl3 SnCl2 NH3 H2O PCl3 TeCl4 ClF3 中心原子价4S2 2s22p1 5s25p2 2s22p3 2s22p4 3s23p3 5s25p4 3s2

10、3p5 电子层 价电子对数 2 3 3 4 4 4 5 5 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 ICl2-SF6 IF5 FCl4 CO2 COCl2 SO2 NOCl 中心原子价电子层 5s25p5 3s23p4 5s25p5 2s22p5 2s22p2 2s22p2 3s23p4 2s22p3 价电子对数 5 6 6 6 2 3 3 3 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 SO2Cl2 POCl3 SO32-ClO2-IO2F2-中心原子价电子层 3s23p4 3s23p3 3s23p4 3s23p5 5s2

11、5p5 价电子对数 4 4 4 4 5 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 1s22s22p4 F 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 电子相互结合形成一个键，分子以单键结合。它们的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：O2 2

12、*22*2222*1*1112222222()()()()()()()()()sssspxpypxpypy F2 2*22*2222*2*2112222222()()()()()()()()()sssspxpypxpypy O2分子的键级为 2，F2分子的键级为 1。两种理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 O2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 O2分子具有磁性的实验事实。12.今有下列双原子分子或离子 Li2 Be2 B2 N2 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

13、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 Li2 1 反 Be2 0 反 B2 1 顺 N2 3 反 HF 1 反 F2 1 反 CO+2.5 顺 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。13.写出 O22-、O2、O2+、O2-分子或离子的分子轨道式。并比较它们的稳定性。解：O22-、O2、O2+、O2-分子或离子的分子轨道式列于下表：化学式 分子轨道式 键级 O22-1 O2 2 O2+2.5 O2-1.5 稳定性：O2+O2 O2-O22-14.已知 NO2、CO2、SO2分子其键角分别为 132

14、、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 NO2 3 sp2 CO2 2 sp SO2 3 sp2 15.写出 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：化学式 分子轨道式 键级 磁性 NO+3 反 NO 2.5 顺 NO-2 顺 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 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

15、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。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)ZnCl2 FeCl2 CaCl2 KCl(2)SiCl4 AlCl3 PCl5 MgCl2 NaCl 答：正离子的极化能力：(1)ZnCl2 FeCl2 CaCl2 KCl (2)PCl5 SiCl4 Al

16、Cl3 MgCl2 NaCl 19.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

17、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。20.试比较下列物质中键的极性大小：NaF HF HCl HI I2 解：键的极性大小与正负离子的电负差有关，据此得出极性大小为：NaF HF HCl HI I2 21.何谓氢键氢键对化合物性质有何影响 答：氢键是由电负性很大的元素与 H 结合，使共用电子对偏离 H 原子，使 H 原子上的正电荷集中，导致它与相邻的电负性很大的原子存在较大的引力作用，这种引力作用就称氢键。分子间氢键增强了分子间力，使物质的熔点和沸点升高，粘度增大。分子内氢键则削弱分子间力，使物质的熔点和沸点降低，粘度变

18、小。22.下列化合物中哪些存在氢键并指出它们是分子间氢键还是分子内氢键(1)C6H6 (2)NH3 (3)C2H6 (4)H3BO3(固)(5)(6)(7)解：无氢键物质：(1)，(3)分子间氢键：(2)，(4)，(7)分子内氢键：(5)，(6)23.判断下列各组分子之间存在着什么形式的分子间作用力 (1)苯和 CCl4；(2)氦和水；(3)CO2气体；(4)HBr 气体；(5)甲醇和水。解：各组物质的分子间作用力如下表：物质 苯和 CCl4 氦和水 CO2气体 HBr 气体 甲醇和水 分子间作用力 色散力 诱导力 色散力 色散力 色散力 取向力 诱导力 色散力 气体间的分子间力很弱，主要是色散力。24.试判断 Si 和 I2晶体哪种熔点较高为什么 答：Si 是原子晶体，熔点较高；I2是分子晶体，熔点较低。