第3章 双原子分子的结构与分子光谱.doc

第3章 双原子分子的结构与分子光谱习题答案1. CO是一个极性较小的分子还是极性较大的分子？其偶极距的方向如何？为什么？解： CO是一个异核双原子分子。其中氧原子比碳原子多提供2个电子形成配位键： 氧原子的电负性比碳原子的高，但是在CO分子中，由于氧原子单方面向碳原子提供电子，抵消了部分碳氧之间的电负性差别引起的极性，所以说CO是一个极性较小的分子。偶极矩是个矢量，其方向是由正电中心指向负电中心，CO 的偶极距m = 0.3710-30 Cm，氧原子端显正电，碳原子端显负电，所以CO分子的偶极距的方向是由氧原子指向碳原子。2. 在N2，NO，O2，C2，F2，CN，CO，XeF中，哪几个得电子变为AB-后比原来中性分子键能大，哪几个失电子变为AB+后比原来中性分子键能大？解： 就得电子而言，若得到的电子填充到成键电子轨道上，则AB-比AB键能大,若得到得电子填充到反键分子轨道上，则AB-比AB键能小。就失电子而言，若从反键分子轨道上失去电子，则AB+比AB键能大，若从成键轨道上失去电子，则AB+比AB键能小。(1) 键级为3 键级为2.5 键级为2.5N2的键能大于N2+ 和N2-的键能(2) 键级为2.5 键级为3 键级为2所以NO的键能小于 NO+的键能，大于NO-的键能(3) 键级为2.5， 键级为2， 键级为1.5，所以O2的键能小于O2+的键能，大于O2-的键能(4) 键级为2 键级为1.5 键级为2.5所以C2的键能大于C2+的键能，小于C2(5) 键级为1 键级为1.5 键级为0.5所以F2 的键能小于F2+ 的键能，大于F2-的键能(6) 键级为2.5 键级为3 键级为2所以CN的键能大于CN+的键能，小于CN-的键能(7) 键级为3 键级为2.5 键级为2.5所以CO的键能大于CO+和CO-的键能(8) 键级为0.5 键级为1 键级为0所以XeF的键能小于XeF+的键能，大于XeF-的键能，XeF-不能稳定存在。3. 按分子轨道理论说明Cl2的键比Cl2+的键强还是弱？为什么？解：Cl2的键比Cl2+的键弱，因为Cl2的基态价电子组态为：，键级为1，而Cl2+比Cl2少1个反键电子，键级为1.5，所以Cl2+的键较强些。4. 下列分子的键能，比其正离子的键能小的是哪些？比其负离子的键能小的是哪些？O2，NO，CN，C2，F2解：(1) 键级为2， 键级为2.5， 键级为1.5，所以O2的键能小于O2+的键能，大于O2-的键能(2) 键级为2.5 键级为3 键级为2所以NO的键能小于 NO+的键能，大于NO-的键能(3) 键级为2.5 键级为3 键级为2所以CN的键能大于CN+的键能，小于CN-的键能(4) 键级为2 键级为1.5 键级为2.5所以C2的键能大于C2+的键能，小于C2-的键能(5) 键级为1 键级为1.5 键级为0.5所以F2 的键能小于F2+ 的键能，大于F2-的键能5. 比较下列各对分子和离子的键能大小N2，N2+；O2，O2+；OF，OF-；CF，CF+；Cl2，Cl2+解：(1) 键级为3 键级为2.5所以N2的键能大于N2+的键能(2) 键级为2， 键级为2.5，所以O2的键能小于O2+的键能(3) 键级为1.5 键级为1所以OF的键能大于OF-的键能 (4) 键级为2.5 键级为3所以CF的键能小于CF+的键能(5) 键级为1 键级为1.5所以Cl2的键能小于Cl2+的键能6. 写出下列的键级、键长次序及磁性解： 键级为2.5，顺磁性； 键级为2， 顺磁性； 键级为1.5，顺磁性； 键级为1， 逆磁性；7. 按分子轨道理论写出NF，NF+和NF-基态时的电子组态，说明它们的键级、不成对电子数和磁性。解： 键级为2.5， 不成对电子数：1，顺磁性； 键级为3， 不成对电子数：0，逆磁性； 键级为2，不成对电子数：2，顺磁性。8. 判断NO和CO哪一个的第一电离能小，原因是什么？解：基态CO分子的价层电子组态为，而NO分子的基态价层电子组态为，CO分子的第一电离能是将电子激发所需的最小能量，而NO分子的第一电离能是将2p电子激发所需的最小能量，由于电子是成键电子，能量比较低，激发能低，而2p电子是反键电子，能量较高，所以激发能高，即基态CO的第一电离能比NO分子的第一电离能高。9. HF分子以何种键结合，写出这个键的完全波函数。解： HF分子以s键结合10. 试用分子轨道理论讨论SO分子的电子结构，说明基态时有几个不成对电子。解： SO分子的价电子结构与O2和S2的价电子结构比较相似，SO的价电子组态可表示为：，其中，1s，3s和1p轨道是成键轨道，2s和2p轨道是反键轨道。这些价层分子轨道是由氧原子的2s，2p轨道和S原子的3s，3p轨道叠加成的。根据价层分子轨道的性质和电子数，可算出SO分子的键级为2，在简并的2p轨道上各有一个电子。因此，SO分子的不成对电子数为2。11. OH分子于1964年在星际空间被发现。(1) 试按分子轨道理论只用O原子的2p轨道和H原子的1s轨道叠加，写出其电子组态。(2) 在哪个分子轨道中有不成对电子？(3) 此轨道是由O和H的原子轨道叠加形成的，还是基本上定域于某个原子上？(4) 已知OH的第一电离能为13.2 eV，HF的第一电离能为16.05 eV，它们的差值几乎与O原子和F原子的第一电离能（15.8 eV和18.6 eV）的差值相同，为什么？(5) 写出它的光谱项解：(1) H原子的1s轨道和O原子的2p轨道满足对称性匹配、能级相近等条件，可叠加形成s轨道。其电子组态为，OH有两对半非键电子，键级为1。(2) 在1p轨道中有一个不成对电子。(3) 此轨道不是由O和H的原子轨道叠加形成的，是基本上定域于O原子上的。(4) OH和HF的第一电离能分别是电离它们的1p电子所需要的最小能量，而1p轨道是非键轨道，即电离的电子是由O和F提供的非键电子，因此OH和HF的第一电离能的差值几乎与O原子和F原子的第一电离能的差值相同。(5) OH的HOMO组态为，电子排布 ，M =1，L=1，S=1/2所以，光谱项为2 。12. 试写出在价键理论中描述H2运动状态的符合Pauli原理的波函数，并区分其单态和三重态。解：体系的波函数可以写成原子轨道的波函数的乘积形式：1轨道中心对称，即空间波函数是对称的，要求自旋波函数必须是反对称的，所以需将自旋态及组成反对称函数。描述H2中的两个电子自旋运动的反对称波函数为：对称波函数为：；所以H2基态完全波函数：H2排斥态波函数： 可见，只有一个波函数，而则有三个波函数。结论：当两个氢原子自远处接近时，它们的相互作用逐渐增大，在较近距离处原子间的相互作用与它们的自旋密比相关，