第二章理科综合.docx

1、第二章理科综合第二章 分子结构2-3 键可由s-s、s-p和p-p原子轨道“头碰头”重叠构建而成，试讨论LiH(气态分子)、HCl、Cl2分子里的键分别属于哪一种？答：对LiH分子：Li的电子排布1s22s1；H的电子排布1s1形成LiH分子时，Li的2s1电子与H的1s1电子配对成键；或Li的2s轨道电子云与H的1s轨道电子云“头碰头”地重叠形成键，所以该键称为s-s型键。s-s型键表示由两个s轨道电子云重叠形成的键。类似分析，HCl分子中，H 1s1；Cl 1s22s22p63s23p5 形成共价键时，H的1s电子云与Cl的3p轨道电子云“头碰头”重叠，即s-p型键。而Cl2分子中，Cl

2、1s22s22p63s23p5Cl 与Cl形成共价键时，2个3p轨道“头碰头”地重叠，即p-p型键。2-5 用VSEPR模型讨论CO2、H2O、NH3、CO32-、PO33-、PO3-、PO43-的分子模型，画出它们的立体结构，用短横代表分子的键骨架，标明分子构型的几何图形名称。答：CO2分子：为AX2Em型m=（C的族价-O的化合价O的个数）1/2=（4-22）=0 应为AX2型（m=0,无Em项），即AY2型根据VSEPR理论：AY2型应为直线分子CO2分子为直线型，O=C=O H2O分子：为AX2Em型，其m为m=（O的族价-H的化合价H的个数）1/2 =（6-12）=2 （即二个孤对）

3、 应为AX2E2型，即AY4型根据VSEPR理论：AY4型应为正四面体不考虑孤对，实际的分子应为弯型（角型）NH3分子：为AX3Em型m=（N的族价-H的化合价H的个数）1/2=（5-13）=1（即一个孤对） 应为AX3E1型，即AY4型根据VSEPR理论：AY4型应为正四面体不考虑孤对，实际分子的几何图形应为三角锥型CO32-分子：为AX3Em型， m=（C的族价-O的化合价O的个数+离子的电荷）1/2 =（4-23+2）=0 （即没有孤对） 应为AX3E0型，即AY3型根据VSEPR理论：AY3型应为平面三角形分子CO32-分子的几何图形为平面三角形PO33-：AX3Emm=（P的族价-O

4、的化合价O的个数+离子的电荷）1/2 =（5-23+3）=1 （即一对孤对） 应为AX3E1型，即AY4型根据VSEPR理论：AY3型应为四面体若不考虑孤对，PO33-分子的实际几何图形为三角锥形PO3- ：AX3Emm=（P的族价-O的化合价O的个数+离子的电荷）1/2 =（5-23+1）=0 （即没有孤对） 应为AX3E0型，即AY3型根据VSEPR理论：AY3型应为平面三角形分子PO3-分子的几何图形为平面三角形PO43- ：AX3Emm=（P的族价-O的化合价O的个数+离子的电荷）1/2 =（5-24+3）=0 （即没有孤对） 应为AX3E0型，即AY4型根据VSEPR理论：AY3型应

5、为四面体型离子2-9 借助VSEPR模型、杂化轨道模型、键与键、大键以及等电子体等概念，讨论OF2、ClF3、SOCl2、XeF2、SF6、PCl5的分子结构。答：OF2分子：从VSEPR模型，可知其为AX2E2，即AY4型分子。其分子结构应为四面体型，即若不考虑孤对，实际分子应为弯型。由于中心原子O为四面体几何，根据杂化轨道理论，中心原子采用sp3杂化时，其分子为四面体结构，由此可知中心O原子一定采用sp3杂化模式，即这四个sp3杂化轨道，有2个轨道已经被电子占满，在与F原子形成分子时，并不能形成有效的共价键，只能以孤电子对的形式出现；而另2个sp3杂化轨道分别仅有一个电子占据，正好与2个F

6、原子形成2个键。即由于中心的O采用的是sp3杂化模式，没有未参加的p轨道，故不可能有键存在，也无大键存在。ClF3分子：从VSEPR模型，可知其为AX3E2，即AY5型分子。其分子结构应为三角双锥体。由VSEPR理论中：孤对与孤对之间排斥力最大的原则，即l-ll-bb-b(l:孤对，b:键合电子)中心Cl原子外围三个Cl及二个孤对排列时，二个孤对应离得最远才最稳定，即即ClF3分子应为平面三角型分子（不考虑孤对电子）由于ClF3中心原子Cl为三角双锥几何，其杂化应为sp3d杂化类型。即在五个sp3杂化轨道中，有3个轨道与3个F原子形成3个键的分子骨架；另二个杂化轨道已经占满电子，即为Cl周围得

7、二个孤电子对，不参与成键。由于无没有参与杂化的p轨道存在，所以无p-p键存在。SOCl2分子：从VSEPR模型，可知其为AX3E1，即AY4型分子。其分子结构应为四面体型分子。若不考虑孤对电子，应为三角双锥型分子。其中心的S原子应采用sp3杂化模式。即其中的2个单占据的杂化轨道与两个Cl原子形成2个键；而一个双占据的杂化轨道与O形成键，另一个双占据轨道为孤对。由于p轨道均参与杂化，所以无p-p键存在，也无大键存在。XeF2分子：从VSEPR模型，可知其为AX2E3，即AY5型分子。其分子结构应为三角双锥体。其稳定的结构应为直线型分子。由于中心的Xe原子为AY5型，所以其杂化应为sp3d杂化类型

8、。即在五个sp3杂化轨道中，2个单占据电子的轨道分别与2个F原子形成2个键；3个双占据的杂化轨道形成三个孤对。无键及大键存在。SF6分子：从VSEPR模型，可知其为AX6E6，即AY6型分子。其分子结构应为八面体结构。即所以中心的S原子应为sp3d2杂化类型。即六个sp3d2杂化轨道与6个F原子形成6个键。由于p轨道均参与杂化，所以无键及大键存在。PCl5分子：从VSEPR模型，可知其为AX5E0，即AY5型分子。其分子结构应为三角双锥体。由于中心原子P应为sp3d杂化类型。即五个sp3杂化轨道与五个Cl原子形成5个键。由于p轨道均参与杂化，所以无p-p键存在，也无大键存在。2-11 实验证明

9、，臭氧离子O3-的键角为100，试用VSEPR模型解释之，并推测其中心氧原子的杂化轨道类型。答： 根据VSEPR模型，中心O原子应为AX2Em型，m值为：m=（O的族价-O的化合价O的个数+离子的电荷）1/2 =（6-22+1）=1.5 （可看成2，即二个孤对） 应为AX2E2型，即AY4型O3-离子应为四面体型分子。其O-O-O键角在10928左右；但根据VSEPR模型：l-ll-bb-b(l:孤对，b:键合电子)，两个孤对之间的键角会大于10928，相应地O-O-O键角会小于10928。O3-离子为弯形分子，其O-O-O键角应小于10928。2-12 第二周期同核双原子分子中哪些不能稳定存

10、在？哪些有顺磁性？试用分子轨道模型解释之。答： 第二周期同核双原子分子有Li2、Be2、B2、C2、N2、O2、F2双原子分子。根据分子轨道理论：1 对Li2分子：Li原子的未占满轨道为2S1，根据分子轨道理论，二个Li原子的二个2S1轨道，可组合成二个分子轨道，一个是成键轨道，一个是反键轨道*。两个电子正好填满成键的分子轨道。所以，分子的能量较低，因而能稳定存在。其键级为1，表明Li-Li之间可形成一个键。分子没有磁性。对Be2分子：类似的分析，Be原子的外层电子为2S2，两个Be原子的2S2轨道组合成二个分子轨道。一个是成键轨道，一个是反键轨道*。由于电子填充到了能量较高的反键轨道*上，因

11、而不大稳定。另外，其键级=（2-2）/2=0，表明不能形成稳定的分子，也不可能有磁性。3 对B2分子：其键级=（4-2）/2=1，表明B2分子能稳定存在，两个B原子之间形成一个键。由于电子都成对了，预计分子没有磁性。4 对C2分子：其键级=（6-4）/2=1，表明两个C原子之间形成一个键，C2分子能稳定存在。分子没有磁性。对N2分子：其键级=（8-2）/2=3N2分子没有磁性。两个原子之间形成一个键，二个键。所以，N2分子非常稳定。对O2分子：其键级=（8-4）/2=2O2分子能稳定存在,两个O原子之间形成一个键，一个键。由于有未成对电子，所以，O2分子有磁性。对F2分子：其键级=（8-6）/

12、2=1，表明F2分子中存在一个键，分子能稳定存在，分子没有磁性。2-13 O2+、O2、O2-和O22-的实测键长越来越长，试用分子轨道理论解释之。其中哪几种有顺磁性？为什么？答：O2分子的分子轨道能级图如下：O2的键级=（8-4）/2=2类似，O2离子的键级为：O2+的键级=（8-3）/2=2.5O2-的键级=（8-5）/2=1.5O22-的键级=（8-6）/2=1键级顺序：O2+O2O2-O22-O2+、O2、O2- -有磁性（顺磁性）； O22没有磁性。2-18 NF3和NH3的偶极矩（表2-4）相差很大，试从它们的组成和结构的差异分析原因。答：NF3和NH3都是三角锥形分子，即N原子位

13、于三角锥的顶点，N-F与N-H都是极性共价键，所以分子有极性。N的电负性是3.0，F的电负性是4.0，而H的电负性是2.1，对N-F键来讲，F的电负性较N大，会使得N的孤电子对向N原子收缩，因而使偶极矩缩小，而对N-H键来讲，N的电负性较F大，会使得N的孤对电子更加远离N原子，从而使偶极矩增加。所以NF3和NH3尽管结构类似，但分子的极性相差较大，NH3 极性大于NF3。2-25 考察表2-5中HCl、HBr、HI的色散力、取向力、诱导力以及它们构成的范德华力的顺序，并作出解释。答：从表2-5可知（课本P103页）色散力：从HClHBrHI，分子越来越大，其电子云越来越大，这样产生德瞬时偶极矩也应是越来越大的，所以色散力应是越来越大的（与表中数据结果一致）；取向力：从分子的偶极矩可知，分子的极性是HClHBrHI。取向力是分子的固有偶极之间的作用力，偶极矩越大，则取向力越大，所以取向力的顺序是HClHBrHI，这与表中的数据顺序一致；诱导力：是存在于分子固有偶极与相邻分子被诱导来的诱导偶极之间的作用力，一般讲，固有偶极越大，其诱导相邻分子及其产生的诱导偶极也应是越来越大。固有偶极与诱导偶极之间的力也越来越大，所以诱导力有下列顺序：HClHBrHI，这与表中的数据结果一致。