化学教育《结构化学》期末考试试卷A答案

2008~2009学年度结构化学考试试题(A)化学教育专业,评分标准:一、单项选择题(每小题2分，共20分)1.(A). 2.(C) 3.(A) 4.(A) 5.(A)6.(A). 7.(A) 8.(D) 9.(A) 10.(D)二、填空题(每空2分，共20分).结构化学是在原子、分子的水平上深入到电子层次研究物质的微观结构及其宏观性能关系的科学。hh.测不准原理是指M∙ΔP≥上,AE∙At≥土χ4兀 4兀.态叠加原理是指ψ=:∑cψii^1.微观体系总能量算符的直角坐标表达式是H=-―也V2+V8兀2m.用分离变数法求解氢原子的薛定谔方程时，ψ&,θ,φ)=R(r)∙Θ(θ)∙Φ(φ)。分离变数法是指将一个含有多个变数的函数表达为分别只含有一个变数的多个函数的积的形式.Li2+原子的Schr6dinger(薛定谔)方程为：-)、V2--eψ=Eψ8兀2m 4πεr0」 _Jψ*Hψdτ.变分原理的基本内容是：E= ≥EJψ*ψdτ 0.用变分原理和线性变分法求解H2+的Schr6dinger(薛定谔)方程时所得的成键轨道表达式为ψ= 1 (φ+¢)，其对应的能级1 ,2+2Sab■ abH+HE=-aa ab≈tt+D；1+Sab.对于等性sp3杂化轨道，可用数学函数式①=Cφ+Cφ表示，其中2s2s 2p2pC1∣2和C2|2分别表示与该系数相对应的原子轨道在Φ中所点的百分率.根据休克尔分子轨道(HMO)理论，乙烯分子的两个π分子轨道能级分别是:E1=α+β,E2=α-β;苯分子的六个π分子轨道能级分别是:E1=α+2β,E2=E3=α+β,E4=E5=α-β,E6=α-2β。由此可知，苯分子中六个π电子总能量为:6α+8β,苯分子π电子离域能是：20三、判断题(正确的打√,错误的打X。每小题1分，共10分).(×) 22. (√) 23.(√) 24.(√) 25. (√).(√) 27. (√) 28.(√) 29.(√) 20. (√)四、名词解释(每小题2分，共10分)［原子轨道］:描述原子中电子运动状态的数学函数式。［屏蔽效应］:多电子原子中的某个电子受到其它电子的排斥作用相当于其它电子产生部分抵消原子核对选定电子吸引力的作用。［库仑积分］:U=H=JφHφdτaaaa［成对能］:在晶体场理论中，配位中心—一金属原子的2个d电子成对占据一个轨道时相互之间的排斥能。John-Teller(姜泰勒)效应］:在晶体场理论中，由于正八面体场使金属原子d轨道分裂后d电子重新分占5个d轨道后电子个数在轨道中分部不均而导致配合物偏离正八面体结构的效应。五、计算分析说明题(共40分)对共轭体系HHHHH3cFNAγAγAYA^LCH3CH3HHH CH3将π电子简化为一维势箱模型，势箱长度约为1.3x10-9米，计算π电子跃迁时所吸收光的最大波长。解：分子中共有10个∏电子，电子排布为：ψ2ψ2ψ2ψ2ψ2。电子从能量最高的12345占据轨道ψ5跃迁到能量最低的轨道ψ6上所需要的能量：AE=(62-52))h2=(62-52)x(6∙626X10-34)2=3.925X10”(焦)n 8ml2 8X9.1X10-31X(1.3X10-9)2、hc (5.626X10-34)xQ.998X108),λ=一= =5.064X10-11(米)AE 3.925X10-1937.用Slater(斯莱脱)方法计算可知，对电子组态为(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)ι的4s电子，其屏蔽常数σ =16.8;对电子组态为(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)ι的4s3d轨道上的电子，其屏蔽常数为18.0。试通过计算证明：钾原子基态的电子组态应该是(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)i。解:K原子有19个电子，对电子组态l(1s)2∣(2s)2,(2p)6∣(3s)2,(3p)6∣(4s)ι∣:σ4s=0.85×8+1.00×10=16.8Z4s*=19-16.8=2.2(Z—0)2 (19-16.8)2E=-13.6 =-13.6 =-4.114(e.V)S n2 42对电子组态|(1s)2|(2s)2(2p)6|(3s)2(3p)6|(3d)1|:σ3d=1.00×18=18.0Z3d*=19-18=1(Z-0)2 (19-18)2E=-13.6 =-13.6 =-1.511(e.V)d n2 32表明E3d>E4s，因此电子优先填充在4s轨道上，故基态K原子的电子组态应该是:(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)1.对s-P型杂化轨道有如下表达式①=Cφ+Cφ。φ和。分别表示S轨道k1S2pSp和P轨道。杂化指数n=E。其中，α=(c)2,P=(C)。我国化学家唐敖庆ka 1 2教授等推知，等性杂化轨道间最大夹角θ满足如下关系：α+βCoSθ=0。实验测定NH3分子中等性杂化轨道间最大夹角为107.2。，试计算确定NH3分子中成键杂化轨道表达式，并确定其杂化指数。nkPɑ解得:(1)n=--=-—1—=3.42,故成键杂化轨道是sp3.42杂化。kCoSe cos107.2成键杂化轨道表达式:Φ=cφ+cφk1s2p=：ɪxφ+.■工xφ1++3.42SU+3.42P=√0226xφ+√0T74xφS P=0.475φ+0.880φSP.休克尔分子轨道(HMO)理论认为，可将链状共轭烯烃中的σ-∏体系进行分离处理。应用HMO法求解含n个碳原子的链状共轭多烯烃，π分子轨道的能级和MO系数的通解公式可由下式求得：E=α+2PCoSl正］；C=J二•sin［空］。其中，j为∏-MO的序数，j In+1)jrn++1 In+1)r为碳原子的序数。(1)画出丁二烯π-MO轨道示意图;(2)求出以2)的自由价；解:(1):135146135PnI C3^=X4由c=I1G—•sinjjɪ]得:jrnn+1In+1)12342cosjɪ]In+1)1A0.3717^^~~060B^^^^0.6015^^^^0.37171.61820.60150.3717-0.3717-0.60150.61830.6015-0.3717-0.37170.6015-0.61840.3717-0.60150.6015-0.3717-1.618ψ1=0.3717φ1+0.6015φ2+0.6015φ3+0.3717φ4,E1=α+1.618βψ2=0.6015φ1+0.3717φ2-0.3717φ3-0.6015φ4,,E2=α+0.618βψ3=0.6015φ1-0.3717φ2-0.3717φ3+0.6015φ4,E3=α-0.618βψ4=0.3717φ1-0.6015φ2+0.6015φ3-0.3717φ4,E4=α-1.618β一ψ2pψψ(2):C⑴-C(2)之间的π键级为：P=∑np(j)=∑ncc=2X(0.3717X0.6015)+2X(0.6015X0.3717)=0.8943rs jrs jjrjsjjC(2)-C(3)之间的π键级为：p=∑np(