第6章习题解答.doc

第六章 分子结构与晶体结构一、填空题1.方向性；饱和性2.小；大；变小3.s-s轨道重叠；s-px轨道重叠；px-px轨道重叠4.键长；键角；键能；几何构型；分子的极性；热稳定性5.金属晶体；离子晶体；原子晶体；分子晶体6答：物质杂化方式空间构型分子的极性H2Osp3不等性杂化V型极性分子CH2Cl2 sp3不等性杂化V型极性分子CS2sp非极性分子7.答：物质晶格结点上的粒子晶格结点上粒子间的作用力晶体类型熔点（高或低）导电性BaCl2Cu SiCN2冰Ba2+ClCu SiCN2H2O离子键金属键共价键共价键共价键离子晶体金属晶体原子晶体分子晶体分子晶体高高高低低导电导电不导电不导电不导电8.答：化学式中心原子杂化轨道类型中心原子未成键的孤对电子数分子空间构型键是否有极性分子是否有极性分子间作用力的种类CH4H2OCO2BF3sp3sp3不等性杂化sp sp20200正四面体V型直线型平面三角形极性极性极性极性非极性极性非极性非极性色散力色散力、诱导力、取向力色散力色散力二、选择题1. B；2. B；3. D；4. B；5.A；6.D；7. D；8. B；9A三、是非题（正确的划“”，错误的划“”）1.；2. ；3. ；4. ；5. ；6. 四、问答题1.答：（1）电子配对原理自旋相反的未成对电子的原子相互接近时，可形成稳定的共价键。若原子中没有未成对电子，一般不能形成共价键。共价键的数目取决于原子中未成对电子的数目。例如H原子有1个未成对电子只能形成共价H-H或H-Cl单键。（2）最大重叠原理两原子成键时，若双方原子轨道重叠越多，成键能力越强，所形成的共价键越牢固，这称为轨道最大重叠原理。（3）饱和性一个原子含有几个未成对电子，就可以和几个自旋量子数不同的电子配对成键，或者说，原子能形成共价键的数目是受原子中未成对电子数目限制的，这就是共价键的饱和性。（4）方向性 原子轨道中，除s轨道是球形对称，没有方向性外，p、d、f轨道都具有一定的空间伸展方向。原子形成共价键时，在可能的范围内一定要采取沿着原子轨道最大重叠方向成键。轨道重叠越多，两核间电子的几率密度越大，形成的共价键就越牢固。2.答：键的极性大小取决于成键两原子的电负性差。电负性差越大，键的极性就越强。如果两个成键原子的电负性差足够大，致使共用电子对完全转移到另一原子上而形成阴、阳离子，这样的极性键就是离子键。从极性大小的角度，可将非极性共价键和离子键看成是极性共价键的两个极端，或者说极性共价键是非极性共价键和离子键之间的某种过渡状态。3.答：（1）离子键的形成当电负性相差较大的两种元素的原子相互接近时，电子从电负性小的原子转移到电负性大的原子，从而形成了阳离子和阴离子。离子键是靠阴阳离子间的静电吸引作用而形成的化学键。近似地将阴阳离子视为球形电荷，离子的电荷越大，离子电荷中心间的距离越小，离子间的引力则越强。阴阳离子之间除有静电吸引力外，还有电子与电子、原子核与原子核之间的斥力。当阴阳离子彼此接近到一定距离时，它们之间的引力和斥力达到平衡，离子只能在平衡位置附近振动。整个体系的能量会降到最低，阴阳离子之间以静电作用形成了离子键。（2）离子键的特点由于离子的电荷分布是球形对称的，因此离子键没有方向性和饱和性。离子可以从任何方向吸引带相反电荷的离子，故无方向性。只要离子周围空间允许，它将尽可能多地吸引带相反电荷的离子，即无饱和性。4.答：离子是带电的原子或原子团。离子所带电荷的符号和数目决定于原子成键时得失电子的数目。主族元素所形成的离子的电子层一般是饱和的，副族元素所形成的离子，电子层是不饱和的。所有简单阴离子的电子层结构都是8电子构型，阳离子的构型分为以下几种。2电子构型，如Li+、Be2+（1s2）；8电子构型，如K+、Ba2+等（ns2np6）；18电子构型，如Ag+、Sn4+等（ns2np6nd10）；18+2电子构型，如Sn2+、Bi3+等ns2np6nd10（n+1）s2）；917电子构型，如Fe2+、Cu2+等（ns2np6nd19）。5.说明键和键、共价键和配位键、键的极性和分子的极性的区别与联系。答： 键与键的比较 键的类型键键轨道组成由s-s、s-p、p-p原子轨道组成由p-p、p-d原子轨道组成成键方式轨道以“头碰头”方式重叠轨道以“肩并肩”方式重叠重叠部分沿键轴呈圆筒形对称，电子密集在键轴上垂直于键轴呈镜面反对称，电子密集在键轴的上面和下面存在形式一般是由一对电子组成的单键仅存在于双键或三键中重叠程度重叠程度大，键能大，稳定性高重叠程度小，键能小，稳定性低活泼性不活泼活泼共价化合物分子中，原子间若形成单键，必然是键，原子间若形成双键或三键时，除键外，其余则是键。常见的普通共价化合物分子中，三键是原子间结合成多重价键的最高形式。有一类特殊的共价键，其共用电子对是由成键原子中的某个原子单方提供，另一个原子只提供空轨道，为成键原子双方所共用，这种键称配位共价键，简称配位键或配价键，用“ ”表示，箭头从提供共用电子对的原子指向接受共用电子对的原子。配位键的形成方式和共价键有所不同，但成键后两者是没有本质的区别的。若化学键中正、负电荷中心重合，则键无极性，反之则键有极性。由同种原子形成的共价键，如单质分子H2、O2、N2等分子中的共价键，电子云在两核中间均匀分布(并无偏向)，这类共价键称为非极性共价键。另一些化合物如HCl、CO、H2O、NH3等分子中的共价键是由不同元素的原子形成的，由于元素的电负性不同，对电子对的吸引能力也不同，所以共用电子对会偏向电负性较大的元素的原子，使其带负电荷，而电负性较小的原子带正电荷，键的两端出现了正、负极，正、负电荷中心不重合。这样的共价键称为极性共价键。键的极性大小取决于成键两原子的电负性差。电负性差越大，键的极性就越强。任何以共价键结合的分子中，都存在带正电荷的原子核和带负电荷的电子，在分子中正、负电荷分别集中于一点，称正、负电荷中心，即“+”极和“-”极。如果两个电荷中心之间存在一定距离，即形成偶极，这样的分子就有极性，称为极性分子。如果两个电荷中心重合，分子就无极性，称为非极性分子。对于由共价键结合的双原子分子，键的极性和分子的极性是一致的。对于由共价键结合的多原子分子，由分子的组成和结构而定，即要考虑分子构型是否对称。6.答：参与杂化的原子轨道的类型、数目不同，形成的杂化轨道数目、类型、空间构型也不同。在形成的几个杂化轨道中，若它们的能量相等、成分相同，称为等性杂化。通常只有单电子的轨道或不含电子的空轨道之间的杂化是等性杂化。等性杂化轨道的空间构型与分子的空间构型相同。反之，若形成的杂化轨道的能量和成分不同，称为不等性杂化。如有孤电子对轨道参加的杂化是不等性杂化。不等性杂化轨道的空间构型与其分子的空间构型不同。杂化轨道类型与空间构型间的关系杂化类型spsp2sp3dsp2sp3dsp3d2用于杂化的原子轨道数234456杂化轨道数目234456杂化轨道间夹角180o120o109.5o90o，180o120o，90o，180 o90o，180o空间构型直线平面三角形四面体平面四方形三角双锥八面体实例BeCl2CO2HgCl2BF3BCl3NO3-CO32-CH4CCl4CHCl3ClO4-Ni(H2O)42+Ni(NH3)42+Cu(NH3)42+CuCl42-PCl5SF6SiF62-7.答：任何以共价键结合的分子中，都存在带正电荷的原子核和带负电荷的电子，在分子中正、负电荷分别集中于一点，称正、负电荷中心，即“+”极和“-”极。如果两个电荷中心之间存在一定距离，即形成偶极，这样的分子就有极性，称为极性分子。如果两个电荷中心重合，分子就无极性，称为非极性分子。极性分子：NO、CHCl3、NCl3、SO2，SO3、SCl2、COCl2非极性分子： BCl3、CO28.答：单质氢的分子间力大，这个顺序与相对分子质量大小顺序不一致。因为He 是球形电子云分布，且紧密，不易极化；分子 H2 电子云分布为非球形，易极化。故分子 H2的色散力大于He，气化时，所需能量也是H2的大于He的，导致H2的沸点高。9.答：试加以改正。（1）正确，sp3杂化轨道是指1s轨道与3p轨道混合而成的轨道；（2）不正确，键由s-s轨道重叠、s-px轨道重叠、px-px轨道重叠形成；（3）不正确，Hg原子在基态时，最外层2个6s电子已成对，由基态变成激发态后，可以形成共价键；（4）不正确，极性分子之间只存在取向力、诱导力、色散力，极性分子与非极性分子之间只存在取消了理论、诱导力，非极性分子之间只存在色散力；（5）不正确，极性键组成双原子分子式极性分子，非极性键组成非极性分子；（6）正确，金属与非金属组成的化合物一定是典型的离子化合物；（7）不正确，SiO2的熔点高于CO2的，是由于SiO2是原子晶体，CO2是分子晶体；（8）不正确，由于与电负性极强的元素的原子相结合的氢原子和另一电负性极强的元素的原子间产生的作用力称为氢键；（9）不正确，所有AB3型分子的偶极矩不为零，都是极性分子；（10）不正确，原子晶体中只有共价键，但以共价键结合的物质不一定形成原子晶体。由于与电负性极强的元素的原子相结合的氢原子和另一电负性极强的元素的原子间产生的作用力称为氢键。10.答：（1）Be原子的价层电子为2s2，成键时1个2s轨道上的电子激发到空的2p轨道上(成为激发态2s12p1)，同时发生杂化，组成2个新的等价的sp杂化轨道，sp杂化轨道间的夹角为180，呈直线形。Be原子就是通过这样2个sp杂化轨道和2个氯原子的p轨道重叠形成2个键，从而形成了BeCl2分子，BeCl2分子具有直线形的几何构型。（2）Si原子的价层电子为3s23p2(即3s23px13py1)，只有2个未成对电子，成键过程中，经过激发，成为3s13px13py13pz1，同时发生杂化，组成4个新的等价的sp3杂化轨道。sp3杂化轨道间的夹角为10930，呈正四面体形。4个H原子的s轨道以“头碰头”方式与C原子的4个杂化轨道的大头重叠，形成4个键，从而形成了SiH4分子，CH4分子的几何构型为正四面体形。（3）P原子的价层电子构型为3s23p3，它的1个s轨道和3个p轨道进行杂化。形成4个sp3杂化轨道。其中3个杂化轨道各有1个成单电子，第4个杂化轨道则被成对电子所占有。3个具有成对电子的杂化轨道分别与H原子的1s轨道重叠成键，而成对电子占据的杂化轨道不参与成键。在不等性杂化中，由于成对电子没有参与成键，则离核较近，故其占据的杂化轨道所含s轨道成分较多、p轨道成分较少，其他成键的杂化轨道则相反。因此，受成对电子的影响，键的夹角小于正四面体中键的夹角。（4）O原子采取不等性sp3杂化，只是4个杂化轨道中有2个被成对电子所占有。成键电子所含p轨道成分更多，其键的夹角也更小，为104.5，分子为折线形(或V形).12.答：极性分子CO、NO、PCl3、H2S，空间构型不对称；非极性分子CS2、SiF4、BCl3，空间构型对称。13. 答：（1）色散力；（2）色散力、诱导力；（3）色散力、诱导力、取向力；（4）色散力、诱导力、取向力14.答：第一，有一个与电负性很大的元素X相结合的H原子；第二，有一个电负性很大、半径较小并有孤对电子的Y原子。当氢原子与电负性很大、半径小的元素X（如F、O、N）的原子以共价键结合时，这种强极性键使体积很小的氢原子带上密度很大的正电荷，它与另一个电负性大并带有孤对电子的元素Y相遇时，便会产生比较大的吸引力。15.答：（1）不正确；（2）不正确；（3）不正确；（4）不正确；（5）正确；（6）不正确；（7）不正确16.答：组成相似的非极性或极性分子物质，沸点随相对分子量的增加而升高。无17.答：离子键Na-F、Ca-S 、Fe-O、Mg-N；共价键I-I、H-H、H-O、N-Cl、C-O、O-F、S-O、B-Cl金属键。18.答：晶体是由原子或