武汉大学版无机化学课后习题答案第三版 分子结构

1、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)+eCl2®Cl(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

2、)-(3)-(2)-(1)得到： 3. ClF的解离能为，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）Cl2(g) +F2(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 2´2462´56238 142 kJ /

3、 mol-14. 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ZnSNaClNaClNaClZnSCsClNa

4、Cl5.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NaAgRbHCu(I)CsFClBrI电负性0.931.930.822.21.90.793.983.162.962.66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单键离子性百分数（）90229161313746. 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

5、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

6、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

7、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。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

8、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 CO

9、Cl2 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HgCl2BCl3SnCl2NH3H2OPCl3TeCl4ClF3中心原子价电子层4S22s22p15s25p22s22p32s22p43s23p35s25p43s23p5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ICl2-SF6IF5FCl4CO2COCl2SO2NOCl中心原子价电子层5s25p53s23p45s25p52s22p52s22p22s22p23s23p42s22p3价电子对数56662333分

10、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SO2Cl2POCl3SO32-ClO2-IO2F2-中心原子价电子层3s23p43s23p33s23p43s23p55s25p5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 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： O

11、2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 F2 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Li21反

12、Be20反B21顺N23反HF1反F21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O22-1O22O2+2.5O2-1.5稳定性：O2+ > O2 > O2- > O22-14. 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

13、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NO23sp2CO22spSO23sp215. 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NO2.5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

14、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 > AlCl3 > MgCl2 > NaCl19. 试用离子极化的

15、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，A

16、gBr，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 > I221.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：