结构化学第四版答案.docx

1、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

2、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?2sn

3、f2。 解： 【5.5】由 dx2?y2 2 ，s，px，py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

4、 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?y 1 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?spdspx

5、sd4?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）

6、 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?0.8 3 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

7、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

8、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

9、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

10、下： ?6.6023?1023mol-1 ?178.4kj?mol-1 365.0 404.7 546.1 3.41 2.56 1.95 0.75 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： /1014s1 9.59 8.21 2.56 7.41 1.95 5.49 0.75 3.41 ek/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，

11、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 ?

12、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20

13、0kv，计算电子加速后运动时的波长。 解：根据de broglie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： hh?e1mv?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 在中，e?hv无疑是正确的，这里的e是

14、微粒的总能量。若计及e中的势能，则也不正确。 -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

15、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? ? 34? 10?3.88?1?0m 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?9

16、pxh/?1.226?10?9m ?1.226?10?11m x? 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?1 px?m?x?5.402?10?23jsm?1 ?arcsin?arcsin ?pxpx ?6.626?10?28jsm?1?arcsin?23?1? ?5.402?10jsm?arcsi

17、n10?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（算符）和（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?ax

18、dx 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】xt1. 简要说

19、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、3n） 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:轨道的角动量大小m，m?ll?1? 决定磁矩?l?1,?9.29?10?24j.t?1玻尔磁子 决定角节面，l个角节面 决定能量en,l 角量子数取值范围及相应符号为（l=0、1、2、n1）s, p, d, f. 3）由r?r?方程的解，得到e n ? ?13,6 z2 (ev),n?l?1?

20、由此得到主量子数2n n主量子数n可决定能量：e决定简并度：g?n2 n z2 ?13,62(ev), n 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、3n） 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，

21、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

22、。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?1h

23、2? （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

24、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) (2 s +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

25、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3p0 j=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