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无机化学第四版第六章思考题与习题答案


第六章 分子的结构与性质 思 考 题 1.根据元素在周期表中的位置,试推测哪些元素之间易 形成离子键,哪些元素之间易形成共价键。 答:ⅠA、ⅡA 族与ⅥA、ⅦA 元素之间由于电负性相差较 大,易形成离子键,而处于周期表中部的主族元素原子之 间由于电负性相差不大,易形成共价键。 2.下列说法中哪些是不正确的,并说明理由。 (1)键能越大,键越牢固,分子也越稳定。不一定,对 双原子分子是正确的。 (2)共价键的键长等于成键原子共价半径之和。不一定, 对双原子分子是正确的。 (3) 杂化轨道是由某个原子的 1s 轨道和 2p 轨道混合 sp2 形成的。×由一个 ns 轨道和两个 np 轨道杂化而成。 (4)中心原子中的几个原子轨道杂化时,必形成数目相 同的杂化轨道。√ (5)在 CCl4、CHCl3 和 CH2Cl2 分子中,碳原子都采用 sp2 杂化,因此这些分子都呈四面体形。×sp3,CCl4 呈正四 面体形;CHCl2 和 CH2Cl2 呈变形四面体形。 (6)原子在基态时没有未成对电子,就一定不能形成共 价键。×成对的电子可以被激发成单电子而参与成键。

(7)杂化轨道的几何构型决定了分子的几何构型。×不 等性的杂化轨道的几何构型与分子的几何构型不一致。 3.试指出下列分子中那些含有极性键? Br2 CO2 H2O H2S CH4 4.BF3 分子具有平面三角形构型,而 NF3 分子却是三角锥 构型,试用杂化轨道理论加以解释。BF3 中的 B 原子采取 SP2 杂化,NF3 分子的 N 原子采取不等性的 SP3 杂化。 5.CH4,H2O,NH3 分子中键角最大的是哪个分子? 键角最小 的是哪个分子? 为什么? CH4 键角最大(109028,),C 采取 等性的 SP3 杂化,NH3(107018,), H2O 分子中的 N、O 采 用不等性的 SP3 杂化, 2O 分子中的 O 原子具有 2 对孤电子 H 对,其键角最小(104045,)。 6.解释下列各组物质分子中键角的变化(括号内为键角 数值)。 (1) PF3 (97.8°),PCl3 (100.3°),PBr3 (101.5°) 中心原子相同,配体原子 F、Cl、Br 的电负性逐渐减小, 键电子对的斥力逐渐增加,所以键角逐渐增加 (2) H2O(104°45'),H2S(92°16'),H2Se(91°)配位原 子相同,中心原子的电负性逐渐减小,键电子对的斥力逐 渐减小,所以键角逐渐减小 7.试用分子轨道法写出下列分子或粒子的分子轨道表示 式,并指出其中有哪几种键?是顺磁性、还是反磁性的物

质? O2 O22N2 N22-

O2 和 N2 见教材,O22-和 N22-的分子轨道分别为: O22- ? ? ? 1 s ? ? ? ? ?
2 ?

1s ?

2

??

2s?

2

??

?

2s?

2

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2 px ?

2

?? 2 p ? ?? 2 p ? ??
2 2 y z

?

2 py

? ??
2

?

2 pz

?

2

? ? ?

具有

1 个双电子的σ 键,是反磁性物质。 N22? ? 1s 2 ? ?1s ? ? ? ? ? ?
2

??

2s?

2

??

?

2s?

2

?? 2 p ? ?? 2 p ? ?? 2 p ? ??
2 2 2 y z x

?

2 py

? ??
1

?

2 pz

?

1

? ? ?

具有 1 个双电子的σ 键和 2 个三电子的π 键, 具有顺磁性。 8.解释下列各对分子为什么极性不同? 括号内为偶极矩 数值(单位是 10-30C·m) (1) CH4(0)与 CHCl3 (3.50) CH4 为非极性分子,CHCl3 极 性分子 (2) H2O(6.23)与 H2S(3.67)均为极性分子,但 H2O 分子 的极性更大 9.用分子间力说明以下事实。 (1) 常温下 F2、Cl2 是气体,Br2 是液体,I2 是固体。 (2) HCl,HBr,HI 的熔、沸点随相对分子质量的增大而 升高。 (3) 稀有气体 He-Ne-Ar-Kr-Xe 的沸点随着相对分子质 量的增大而升高。

(1) F2、Cl2、Br2、I2 均是极性分子,分子间力是色散力, 随着相对分子质量的增加, 分子变形性增大, 色散力增强。 (2) HCl, HBr,HI 均为极性分子, 分子间力以色散力为主, 随着相对分子质量的增加, 分子变形性增大, 色散力增强。 (3) 稀有气体 He-Ne-Ar-Kr-Xe 均是非极性分子,分子间 力是色散力, 随着相对分子质量的增加, 分子变形性增大, 色散力增强。 10.判断下列物质熔、沸点的相对高低。 (1)C2H6(偶极矩等于 0)和 C2H5Cl(偶极矩等于 6.84×10-30C·m)。C2H6<C2H5Cl (2)乙醇(C2H5OH)和已醚(C2H5OC2H5)C2H5OH>C2H5OC2H5 11. 试解释: (1) 为什么水的沸点比同族元素氢化物的沸点高?形成 分子间氢键 (2) 为什么 NH3 易溶于水,而 CH4 难溶于水?NH3 和水同 为极性分子,且它们之间能形成氢键,而 CH4 则不然。 (3) HBr 的沸点比 HCl 高,但又比 HF 的低?HBr 的分子 间力比 HCl 大,所以 HBr 的沸点比 HCl 高,但 HF 的分子 间能形成氢键,所以 HBr 的沸点又比 HF 的低。 (4) 为什么室温下 CCl4 是液体, 4 和 CF4 是气体, CI4 CH 而 是固体?CCl4,CH4,CF4,CI4 均为非极性分子,分子间力

是色散力,随着相对分子质量的增加,分子变形性增大, 色散力增强。 12. 举例说明下列说法是否正确? (1) 两个单键就组成一个双键。× (2) 非极性分子中只有非极性键。× (3) 同类分子,分子越大,分子间力也就越大。× (4) 色散力只存在于非极性分子之间。× (5) 一般来说,分子键作用力中,色散力是主要的。√ (6) 所有含氢化物的分子之间,都存在着氢键。× (7) 浓硫酸、甘油等液体粘度大,是由于它们分子间可 形成众多的氢键。√ (8) 相同原子间的叁键键能是单键键能的三倍。× (9) 对多原子分子来说,其中键的键能就等于它的离解 能。× 13. 使用对比的方式总结下列各组结构化学的名词、术 语。 (1)电子:孤电子对,键电子对 s 电子,p 电子,d 电子 成键电子,反键电子 σ 电子,π 电子 (2)轨道:原子轨道,分子轨道 成键轨道,反键轨道,σ 轨道,π 轨道

(3)键:离子键,共价键,极性键,非极性键 σ 键,π 键,强极性键,弱极性键 单键,单电子键,叁键,三电子键 (4) 结构式: 原子:电子结构式,电子分布式,原子轨道表示 式 分子:分子式,化学式,分子结构式,价键结构 式,分子轨道表示式,化学键示意图。 (5) 偶极:固有偶极,诱导偶极,瞬间偶极 (6) 分子极化:定向极化,变形极化 极化力,极化率 (7) 分子间力:色散力,诱导力,取向力

第六章 分子的结构与性质-习 题 1.C-C,N-N,N-Cl 键的键长分别为 154,145,175pm, 试粗略估计 C-Cl 键的键长。 答: C 原子的共价半径为: 154pm/2=77.0 pm N 原子的共价半径为: 145pm/2=72.5 pm Cl 原子的共价半径为: 175-72.5=102.5 pm C-Cl 键的键长为: 77.0 + 102.5 =179.5 pm 2.已知 H-F,H-Cl,H-I 键的键能分别为 569,431,366

及 299kJ· -1。试比较 HF,HCl,HBr 及 HI 气体分子的 mol 热稳定性。 答:这些分子的热稳定性为: HF>HCl>HBr>HI.

3.根据电子配对法,写出下列各物质的分子结构式: BBr3
Br

CS2

SiH4
S

PCl5 C2H4 答:
C
Cl

S

H C C

H

B Br Br

Cl

P
H

Cl

H

H

Cl Cl

Si
H H H

4.写出下列物质的分子结构式并指明 σ 键、π 键。 HClO 答: BBr3 C2H2
Br
σ σ

Cl

σ

O

σ

H
Br

B

σ

H

σ

Br

C πC H σ

π

σ

5.指出下列分子或离子中的共价键哪些是由成键原子的

未成对电子直接配对成键?哪些是由电子激发后配对成 键? 哪些是配位键? HgCl2 PH3 NH4+ [Cu(NH3)4]2+ AsF5 PCl5 答:由成键原子的未成对电子直接配对成键:

P H 3;
由电子激发后配对成键:

A sF5、 P C l 5;
形成配位键:
? N H 4、 C u ? N H 3 ? ? ? 4 ?
+ 2?



6.根据电负性数据,在下列各对化合物中,判断哪一个 化合物内键的极性相对较强些? (1)ZnO 与 ZnS NH3(4)IBr 与 ICl (2)
N H 3 ? N F3 ;

(2)NH3 与 NF3 (5)H2O 与 OF2

(3)AsH3 与

答: (1) ZnO>ZnS ;

(3)

A sH 3 ? N H 3 ;

IB r ? IC l .
(4) (5)

H 2 O ? O F2 ;

#7.按键的极性由强到弱的次序重新排列以下物质。 O2 H2S H2O H2Se Na2S

8.试用杂化轨道理论,说明下列分子的中心原子可能采 取的杂化类型,并预测其分子或粒子的几何构型。

答 : N a 2 S > H 2 O > H 2 S > H 2 S e> O 2
BBr3 解: PH3 H2S SiCl4 CO2 NH4+

分子或离子 中心离子杂化类型 分子或离子的几何构型

BBr3 PH3 H2S SiCl4 CO2 NH4+ 型。PbCl2

等性 sp2 不等性 sp3 不等性 sp3 等性 sp3 等性 sp 等性 sp3

平面正三角形 三角形 V形 正四面体形 直线形 正四面体形 PH4+ XeF4

9.用价层电子对互斥理论推测下列离子或分子的几何构 BF3 NF3 NO3BrF5 CHCl3 SO42解:

分子或 价层电 离子 PbCl2 BF3 NF3 PH4+ BrF5 SO42NO3XeF4 CHCl3 子对数 3 3 4 4 6 4 3 6 4

成 键 电 孤 电 子 几何构型 子对数 2 3 3 4 5 4 3 4 4 对数 1 0 1 0 1 0 0 2 0 V形 平面正三角形 三角堆形 正四面体 正四棱堆形 正四面体 平面正三角形 四方形 四面体

注意几点:①在形成共价键时,作为配位原子的氧族原子可 以认为不提供电子(如 PO43-、 AsO43-、 3-中的氧原子不提 NO 供电子); ②当氧族原子作为分子的中心原子时, 则可以认 为它们提供 6 个价电子(如 SO2 中的 S 原子);③当卤族原 子作为分子的中心原子时,将提供 7 个价电子(如 ClF3 中 的 Cl 原子);④如果是离子基团的话,则负离子基团应给 中心原子的价电子数加上相应的电荷数,正离子基团应给 中心原子的价电子数减去相应的电荷数,最后得到中心原 子的价层电子对数。

10.应用同核双原子分子轨道能级图,从理论上推断下列

分子或离子是否可能存在,并指出它们各自成键的名称和 数目,写出价键结构式或分子结构式。 H2+ He2+ C2 Be2 B2 N2+ O2+

分 子 分子轨道表示式 或 离 子

键 名 价键结构式或 能 及 数 分子结构式 目 否 存 在

H2+

? ? 1s ?

1

1 个单 电 子 σ键



He2+

? ?? 1s ? ?? 1s ? 2

1

1个3 电 子 σ键



C2

K K ?? 2 s ?
2 y

2

??
??

?

2s?
2

2

2 个π 键



?? 2 p ? ?? 2 p ?
z

Be2

K K ?? 2 s ?

2

?

2s?

2

不 成 键

不 能 能

B2

K K ?? 2 s ?
1 y

2

??

?

2s?
1

2

2 个单 电 子 π键

?? 2 p ? ?? 2 p ?
z

N2+

K K ?? 2 s ?
2 y

2

??

?

2s?
2

2

2 个π
1 x



?? 2 p ? ?? 2 p ? ?? 2 p ?
z



1

个 单 电 子 σ键 O2+
K K ?? 2 s ?
2 y 2

??

?

2s?
2

2

?? 2 p x ?
?

2

2 个π 键 个 1 3



?? 2 p ? ?? 2 p ? ??
z

2 py ?

1

电 子 π 键1 个 σ 键

11.通过计算键级,比较下列物质的结构稳定性。 O2+ 解: 分 子 或 O2+ 离子 键级 2.5 2 1.5 1 0.5 结构稳定性的次序为:O2+ >O2>O2->O22->O23思考:下列关于 O 和 O 的性质的说法中,不正确的
2? 2 ? 2

O2

O2O2-

O22-

O23O22O23-

O2

是……………(


2

A、 两种离子都比 O 分子的稳定性小 B、 C、 D、
O O O
? 2 2? 2 2? 2

的键长比 O 的键长短
? 2

是反磁性的,而 O 是顺磁性的
? 2 2? 2

的键能比 O 的键能大

12.根据分子轨道理论说明: (1)He2 分子不存在。 (2)N2 分子很稳定,且具有反磁性。 (3)O2-具有顺磁性。 解: (1)He2 的分子轨道式为: ? ? 1 s ? ? ?
2 ?

1s ?

2

,净的成键电

子数为零,所以 He2 分子不存在。



2
2


??
?

N2
2 y


2 z


2


2 x











K K ?? 2 s ?

2s?

? ? 2 p ? ? ? 2 p ? ? ? 2 p ? ,具有 1 个σ 键,2 个π 键,

所以分子很稳定,由于电子均以配对,因此具有反磁性。



3
2


??
?

O22 y


2


2 z


2 x











K K ?? 2 s ?

2s?

? ? 2 p ? ? ? 2 p ? ? ? 2 p ? ,具有 1 个σ 键,1 个三电

子π 键,所以具有顺磁性。

13.根据键的极性和分子的几何构型,判断下列分子哪些 是极性分子?哪些是非极性分子? Ne Br2 HF NO CCl4(正四面体) H2S(V 形) CS2(直线形) CHCl3(四面体)

BF3(平面三角形)

NF3(三角锥形)

解:非极性分子:Ne、Br2、CS2、CCl4、BF3; 极性分子:HF、NO、H2S、CHCl3、NF3。

14.判断下列每组物质中不同物质分子之间存在着何种成 分的分子间力。 (1)苯和四氯化碳 化氢和水 解: (1)苯和四氯化碳:色散力。 (2)氦气和水:色散力,诱导力。 (3)硫化氢和水:色散力,诱导力,取向力。 (2)氦气和水 (3)硫


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