结构化学第四版答案.docx
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结构化学第四版答案
结构化学第四版答案
【篇一：
结构化学基础习题答案_周公度_第4版-副本】
xt>【5.1】利用价电子互斥理论，说明xef4,xeo4,xeo3,xef2,xeof4等分子的形状。
解：
2-+-ash,clf,so,so,ch,ch333333的分子和离子的几何形【5.2】利用价电子互斥理论，说明
状，说明哪些分子有偶极矩？
解：
表中3分子中cl原子周围的5对价电子按三方双锥分布，可能的形状有下面三种：
（a）和（b）相比，（b）有lp-lp（孤对-孤对）排斥作用代替（a）的lp-bp（孤对-键对）相互作用，故（a）比（b）稳定。
（a）和（c）比较，（c）有两个lp-bp相互作用代替了（a）的2个bp-bp相互作用，故（a）最稳定。
【5.3】画出下列分子中孤对电子和键对电子在空间的排布图：
?
?
?
?
?
nobrfnfsbficlhoiclif3，3；4，xeo2f2；（a）2，2（b）3，（c）4，4，
（d）if3，xef5。
解：
这是vsepr方法的具体应用
，现将分子中孤对电子和键对电子在空间的排布图示于图5.3。
h
?
（a）
nclf
（b）
（c）
（d）
图5.3
?
?
csnono223【5.4】写出下列分子或离子中，中心原子所采用的杂化轨道：
，，，bf3，
?
cbr4，pf4?
，sef6，sif5?
，alf63?
，if6?
，mno4
，mocl5，?
ch3?
2snf2。
解：
【5.5】由
dx2?
y2
2
，s，px，p
y轨道组成dsp等性杂化轨道?
1，?
2,?
3,?
4，这些轨道极大
值方向按平面四方形分别和x,y轴平行。
根据原子轨道正交、归一性推出各个杂化轨道的
d,s,px,py的组合系数，验证它们是正交，归一的。
2dsp解：
因为4个杂化轨道是等性的，所以每一条杂化轨道的s，p和d成分依次为1/4,1/2
和1/4。
这些成分值即s，p和d轨道在组成杂化轨道时的组合系数的平方。
据此，可求出各
2
dsp轨道的组合系数并写出杂化轨道的一般形式：
?
dsp?
?
s?
2
2
dsp根据题意，4个杂化轨道的极大值方向按平面四方形分别和x，y轴平行。
设4个杂化
1
21p?
?
d22
轨道?
1,?
2,?
3和?
4的极大值方向分别在x轴的正方向、x
轴的负方向、y轴的正方向和y轴的负方向，则这4个杂化轨道可写成：
1
21?
2?
?
s21?
3?
s?
21?
4?
?
s?
2
?
1?
?
s?
1
px?
?
d2222x?
y1
px?
?
d222x?
y1
py?
?
d222x?
y1
py?
d2222x?
y
2
这4个dsp杂化轨道是正交，归一的。
归一性可用该杂化轨道的一般形式证明如下：
2
?
11?
2
?
d?
?
?
?
?
?
dsp2?
?
?
2spx2?
d?
?
d?
?
?
?
121212?
1?
?
?
?
4?
s?
2?
px?
4?
d?
2s?
px?
2?
s?
d?
2px?
d?
?
d?
?
?
1111222?
d?
?
?
d?
?
?
d?
?
?
d?
?
?
?
d?
?
px?
dd?
spdspxsd4?
2?
x4?
22?
2111
?
?
?
?
0?
0?
0424
?
1
?
正交性证明如下：
?
11?
?
d?
?
?
?
?
?
12?
?
2spx2?
dx2?
y2
?
?
?
11
?
?
?
?
?
?
2spx2?
dx2?
y2
?
?
?
?
?
d?
?
22?
?
1?
?
1?
?
d?
?
?
?
?
?
s?
?
d22?
?
px?
?
2x?
y?
?
?
?
2?
?
?
?
12112?
?
1
?
?
?
?
s2?
?
d?
?
?
?
?
px?
d?
sd222?
y2xx?
y422?
4?
111122?
?
?
s2d?
?
?
?
dd?
?
?
?
d?
?
?
pxd?
sd22?
2?
y2xx?
y4422111?
?
?
0?
442
?
0
任选两个杂化轨道，都得同样结果。
【5.6】臭氧o3的键角是116.8。
若用杂化轨道?
?
c1?
2s?
c2?
2p描述中心氧原子的成键轨
22
cos?
?
?
c/c12计算：
道，试按键角与轨道成分的关系式
（a）成键杂化轨道?
中系数c1和c2值；
（b）成键杂化轨道的每个原子轨道贡献的百分数。
解：
（a）根据杂化轨道?
的正交、归一性可得下列联立方程[在本方程中
（2）作为已知条件
给出]：
2222?
?
d?
?
c?
?
c?
d?
?
c?
c?
?
?
?
12s22p12?
1?
?
22
?
?
c1/c2?
?
cos?
?
?
cos116.8?
?
0.4509
解之，得
c12?
0.3108
c1?
?
0.56
所以，o3原子的o原子的成键杂化轨道为：
2
c2?
0.6892c2?
?
0.83
而被孤对电子占据的杂化轨道为：
?
孤
?
2s2p
?
0.62?
2s?
0.79?
2p
可见，?
孤中的s成分比?
成中的s成分多。
（b）按态叠加原理，杂化轨道中某一原子轨道所占的成分（即该原子轨道对杂化轨道的贡献）等于该原子轨道组合系数的平方。
因此，?
2s和?
2p对?
分别约为0.3108和0.6892。
cc成的贡献分别为1和2，即
22
f-h-f?
【5.7】?
?
为直线型对称构型，是已知最强的氢键。
（a）试画出由原子轨道叠加成分子轨道的图形；
?
hf2的分子轨道能级图；（b）画出
（c）判断这离子是顺磁性还是反磁性；
?
hf2中h?
f键的键级。
（d）估计
提示：
取键轴为z轴，h原子为1s轨道，f原子用2pz轨道（其中只有一个电子），
2pz沿z轴从正负两个方向和1s轨道叠加，和1s同号想加：
没有节面为成键轨道，出现一
个节面为非键轨道，两个节面为反键轨道。
解：
（a）根据分子轨道理论，由原子轨道有效地组合成分子轨道必须满足能级高低相近、轨道最大重叠和对称性匹配等3个条件。
其中对称性匹配是首要条件。
因此，由原子轨道叠加成分子轨道的图形[见图5.7（a）]必须体现出轨道最大重叠和对称性匹配这两个条件，而轨道能级图[见图5.7（b）]则应当反映出参与组合的原子轨道的能级相近这一条件。
以z轴为键轴，f原子的2pz轨道（其中只有一个电子）沿z轴的正、负方向与h原子
b
的1s轨道重叠，形成分子轨道。
若两个pz轨道都与1s轨道同号重叠，则形成成键轨道?
；
若一个pz轨道与另一个pz轨道异号重叠，而h原子的1s轨道不参加，则形成非键轨道?
；
n
若两个pz轨道都与1s轨道异号重叠，则形成反键轨道?
。
三个分子轨道都是?
型的，它
*
们分别具有0，1和2个节面。
由原子轨道叠加成成键分子轨道的轮廓图示于图5.7（a）中（图形未反映出轨道的相对大小）。
?
hf2的分子轨道能级图示于图5.7（b）中。
（b）
-2
b
图5.7（a）hf成键分子轨道?
图
【篇二：
《结构化学》课后答案】
-1
2.998?
108m?
s?
1
?
?
?
?
4.469?
1014s?
1
?
670.8m解：
11?
?
?
?
1.491?
104cm?
1
?
7
?
670.8?
10cm
?
3414?
1
e?
h?
na?
6.626?
10j?
s?
4.469?
10s
c
【1.2】实验测定金属钠的光电效应数据如下：
?
6.6023?
1023mol-1?
178.4kj?
mol-1
365.0
404.7
546.1
3.412.561.950.75光电子最大动能ek/10-19j
解：
将各照射光波长换算成频率v,并将各频率与对应的光电子的最大动能ek列于下表：
/1014s－1
－
9.598.212.56
7.411.95
5.490.75
3.41ek/1019j
由表中数据作图，示于图1.2中
ek/10j
-19
14-1
?
?
10g
图1.2金属的ek
?
?
图
由式推知
hv?
hv0?
ek
h?
ek?
ek
?
v?
v0?
v
即planck常数等于ek?
v图的斜率。
选取两合适点，将ek和v值带入上式，即可求出h。
2.70?
1.05?
?
10?
19j?
34
h?
?
6.60?
10j14?
1
8.50?
600?
10s例如：
s
图中直线与横坐标的交点所代表的v即金属的临界频率v0，由图可知，v0?
4.36?
10s。
因此，金属钠的脱出功为：
14?
1
w?
hv0?
6.60?
10?
34js?
4.36?
1014s?
1
?
2.88?
10?
19j
-14-1
1
hv?
hv0?
mv2
2解：
?
2h?
v?
v0?
?
?
?
?
?
m?
?
1
2
?
?
34?
2?
6.626?
10j?
?
?
?
?
?
34
?
2.998?
10ms14?
1?
?
s?
?
5.464?
10s?
?
?
9
300?
10m?
?
?
?
9.109?
10?
31kg
?
?
8
?
1
12
?
2?
6.626?
10js?
4.529?
10s?
?
?
?
9.109?
10?
31kg?
?
?
8.12?
105ms?
1
14?
1
1
2
【1.4】计算下列粒子的德布罗意波的波长：
（a）质量为10-10kg，运动速度为0.01m
-1
（b）
动能为0.1ev的中子；（c）动能为300ev的自由电子。
解：
根据关系式：
h6.626?
10?
34j?
s?
22
?
?
?
?
10?
6.626?
10m?
1
mv10kg?
0.01m?
s
（1）
（2）?
?
?
h?
p?
34
?
9.403?
10-11mh（3）?
?
?
p?
?
34
?
7.08?
10?
11m
【1.5】用透射电子显微镜摄取某化合物的选区电子衍射图，加速电压为200kv，计算电子加速后运动时的波长。
解：
根据debroglie关系式：
?
?
?
hh?
?
pm?
?
34
【1.6】对一个运动速度?
?
2.742?
10?
12m
c（光速）的自由粒子，有人进行了如下推导：
①②h③h?
④e⑤1mv?
p?
?
?
?
mv
?
vv2
结果得出
m?
?
1
m?
2的结论。
上述推导错在何处？
请说明理由。
解：
微观粒子具有波性和粒性，两者的对立统一和相互制约可由下列关系式表达：
e?
hvp?
h/?
式中，等号左边的物理量体现了粒性，等号右边的物理量体现了波性，而联系波性和粒性的纽带是planck常数。
根据上述两式及早为人们所熟知的力学公式：
p?
m?
?
?
u/v
在④中，e?
hv无疑是正确的，这里的e是微粒的总能量。
若计及e中的势能，则⑤也不正确。
-1
-1
解：
按测不准关系，诸粒子的坐标的不确定度分别为：
h6.26?
10?
34j?
s?
34
?
x?
?
?
6.63?
10m?
1
m?
?
v0.01kg?
1000?
10%m?
s子弹：
h6.626?
10?
34j?
s?
x?
?
?
9?
6.63?
10?
25m?
1
m?
?
v10kg?
10?
10%m?
s尘埃：
h6.626?
10?
34j?
s?
20
?
x?
?
?
13?
6.63?
10m?
1
m?
?
v10kg?
1?
10%m?
s花粉：
h6.626?
10?
34j?
s?
6
?
x?
?
?
7.27?
10m?
31?
1
m?
?
v9.109?
10kg?
1000?
10%m?
s电子：
【1.8】电视机显象管中运动的电子，假定加速电压为1000v，电子运动速度的不确定度?
?
为?
的10%，判断电子的波性对荧光屏上成像有无影响？
解：
在给定加速电压下，由不确定度关系所决定的电子坐标的不确定度为
：
x?
?
hm?
?
3
4
?
10?
3.88?
1?
0
m
这坐标不确定度对于电视机（即使目前世界上最小尺寸最小的袖珍电视机）荧光屏的大小来说，完全可以忽略。
人的眼睛分辨不出电子运动中的波性。
因此，电子的波性对电视机荧光屏上成像无影响。
?
6
【1.9】用不确定度关系说明光学光栅（周期约10m）观察不到电子衍射（用100000v电
压加速电子）。
解：
解法一：
根据不确定度关系，电子位置的不确定度为：
hh?
?
1.226?
10?
9pxh/?
?
1.226?
10?
9m
?
1.226?
10?
11mx?
这不确定度约为光学光栅周期的10学光栅周期的10
－5
－5
倍，即在此加速电压条件下电子波的波长约为光
倍，用光学光栅观察不到电子衍射。
－
解法二：
若电子位置的不确定度为106m，则由不确定关系决定的动量不确定度为：
在104v的加速电压下，电子的动量为：
h6.626?
10?
34js
?
px?
?
?
x10?
6m?
6.626?
10?
28jsm?
1px?
m?
x?
?
?
5.402?
10?
23jsm?
1
?
?
arcsin?
?
arcsin
?
pxpx
?
6.626?
10?
28jsm?
1?
arcsin?
?
23?
1?
?
5.402?
10jsm?
arcsin10?
5?
0o
衍射。
【1.10】请指出下列算符中的线性算符和线性自轭算符：
这说明电子通过光栅狭缝后沿直线前进，落到同一个点上。
因此，用光学光栅观察不到电子
dd2
x,,2dxdx
i
解：
由线性算符的定义：
ddx
?
?
?
?
）?
a?
?
?
a?
?
a（ijij
dd2d
ix,,2
dxdx为线性算符;而dx为线性自轭算符.
?
d222?
?
4ax?
?
2?
ax2
dx?
的本征函数，求其本征值。
【1.11】?
?
xe是算符?
解：
应用量子力学基本假设Ⅱ（算符）和Ⅲ（本征函数，本征值和本征方程）得：
?
d2?
d222?
22?
?
ax2
?
4ax?
?
?
4axxe?
2?
?
2?
dxdx?
?
?
?
2
22d
?
2xe?
ax?
4a2x2xe?
axdx
22d?
ax2
?
e?
2ax2e?
ax?
4a2x3e?
axdx
?
?
?
?
?
?
2axe?
ax?
4axe?
ax?
4a2x3e?
ax?
4a2x3e?
ax
2
?
?
6axe?
ax
因此，本征值为?
6a。
2222
?
?
6a?
d22
【1.12】下列函数中，哪几个是算符dx的本征函数？
若是，求出本征值。
x3e,sinx,2cosx,x,sinx?
cosx
d2d2x
?
ex22
dx解：
，e是dx的本征函数，本征值为1。
d2d2
sinx?
1?
sinx,2
sinx是dx2的本征函数，本征值为1。
dx
d2
（2cosx）?
2cosxdx2
【篇三：
结构化学第二章课后作业及答案】
xt>1.简要说明原子轨道量子数及它们的取值范围？
答：
（1）主量子数n，n取值范围为（1、2、3……n）
1
2
知识点：
1）由?
?
?
?
方程的解得到cos2?
m?
isin2?
m?
1，只有当m=0、
2）由h?
?
?
方程的解：
如果想使方程有意义，获得合理解，须使l?
m?
?
?
为包括0的正整数，l?
m，由此得到角量子数l
角量子数l可决定:
①轨道的角动量大小m，m?
ll?
1?
②决定磁矩?
?
l?
1,?
?
9.29?
10?
24j.t?
1玻尔磁子③决定角节面，l个角节面④决定能量en,l
角量子数取值范围及相应符号为（l=0、1、2、……、n－1）s,p,d,f.........3）由r?
r?
方程的解，得到e
n
?
?
?
13,6
z2
（ev）,n?
l?
1?
?
由此得到主量子数2n
n
主量子数n可决定①能量：
e②决定简并度：
g?
n2
n
z2
?
?
13,62（ev）,
n
③决定总节面数：
径向节面n-l-1,角度节面l,总节面数n-1
主量子数取值范围及相应符号；主量子数n取值范围为（1、2、3……n）分别为（k,l,m,n,o,......q）
4）自旋量子数s则表示轨道自旋角动量大小。
?
电子态：
对于ms?
为自旋?
状态，自旋角动量在磁场上的分量ms,z?
?
用?
表示
1
2
12
?
电子态：
对于ms?
?
为自旋?
状态，自旋角动量在磁场上的分量ms,z?
?
?
用?
表示
1212
实例：
4s轨道的径向节面，角节面，和总节面数分别为多少？
答：
径向节面=n-l-1=4-0-1=3，角节面=l=0，总节面数=n-1
2.写出在直角坐标系下，li2+的schr?
dinger方程
解：
由于li2+属于单电子原子，在采取波恩-奥本海默近似假定后，
h2
?
体系的动能只包括电子的动能，则体系的动能算符：
t?
?
2de2；
8?
m
ze23e2
?
?
?
体系的势能算符：
v?
?
4?
?
0r4?
?
0r
?
h23e2?
2
2+
式中：
?
2
?
?
2?
x2
?
?
2?
y2
?
?
2?
z2，
r=（x2+y2+z2）1/2
知识点：
波恩-奥本海默近似（定核近似）：
研究电子运动时，原子
核固定不动，把它放在坐标原点，于是核的动能就不考虑了，于是我们就研究定核近似下的schrodinger方程。
实例：
举例说明类氢离子有哪些，并说明它们的共同特点？
?
3?
答：
类氢离子：
he?
l2i,be
它们同为带z个正电荷的原子核与核外只有一个电子组成的双类子体系。
6，已知h原子的?
2pz
?
?
r?
?
r0
1
试计算：
（1）原子轨道能e值；
（2）轨道角动量绝对值│m│；（3）轨道角动量和z轴夹角的度数。
解：
由h原子的波函数可以得到其主量子数n=2，角量子数l=1，磁量子数m=0，?
1
（1）对单电子原子e?
?
2.18?
10
?
18
能为：
e?
?
2.18?
10j?
?
18
z2z2
?
2（j）?
?
13.62（ev），故原子轨道nn
1
?
?
5.45?
10?
19j22
?
ll?
1h2?
（2）由轨道角动量的大小mm
?
ll?
1hh?
22?
2?
，则轨道角动量为：
（3）由轨道角动量在磁场方向（z轴的方向）上的分量
mz?
m?
h
2?
0?
h
m?
0cos?
?
z?
m?
2?
知识点：
1）主量子数n可决定能量：
e
n
?
?
13,6
z2
（ev）,n2
2）角量子数l可决定轨道的角动量大小m?
l?
1?
和磁矩?
?
l?
1?
?
?
9.29?
10?
24j.t?
1玻尔磁子
3）磁量子数m可决定mz（角动量在磁场方向的分量）mz?
m?
?
实例：
试计算2px轨道的磁矩?
的大小？
答：
?
?
l?
1?
?
（l?
1）?
9.29?
10?
24j.t?
1?
1.31?
10?
23j.t?
1
7.一个电子主量子数为4，这个电子的l，m，ms等量子数可取什么值？
这个电子共有多少种可能的状态？
解：
（1）由电子主量子数为n=4，角量子数l的取值范围为0，1，2，…，n-1,则l=0,1,2,3
（4）这个电子l=0,1,2,3，s=1/2,对于每一个不同的l、s值，对应（2l+1）（2s+1）个可能的状态，则这个电子共有：
知识点：
1）主量子数n,角量子数l，磁量子数m，自旋量子数s的
取值范围
2）对于单电子体系，j?
l?
s,l?
s?
1,?
l?
s每个光谱项对应（2j+1）个微观能态。
3）原子的电子组态：
由主量子数，角量子数来描述电子中的排布方式。
实例：
试解释3p轨道有多少个微观能态？
1
答：
由3p1可知l=1,s=
所以j?
l?
s,l?
s?
1,?
l?
s=,，可知有两个光谱项2p1,2p3,微观能
2
2
12
3122
态总数=2j1?
1?
2j2?
1?
3?
1?
1?
1?
6
8、碳原子1s22s22p2组态共有1s0，3p0，3p1，3p2，1d2等光谱支项，试写出每项中微观能态数目
答：
对于1s0j=0微观能态数目=2j+1=1对于3p0j=0微观能态数目=2j+1=1
对于3p1j=1微观能态数目=2j+1=3对于3p2j=2微观能态数目=2j+1=5对于1d2j=2微观能态数目=2j+1=5
知识点：
1）由于在磁场中光谱支项分裂为：
（2j+1）个能级，每
个光谱支项对应的微观能态数目为（2j+1）个。
2）光谱项：
具有总轨道角动量量子数l,总自旋量子数s的汇总原子状态称为光谱项。
3）光谱支项：
在光谱项的基础上考虑总角动量量子数就叫光谱支项
实例：
写出2p1的光谱项和光谱支项？
答：
由得l=1,s=2,j?
l?
s,l?
s?
1,?
l?
s=,,所以光谱项为2p,光谱支项为2p1,2p3,。
2
2
31
22
9、求下列谱项的各支项，及相应于各支项的状态数：
2
p；3p；3d；2d；1d
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