基础化学习题10.doc

1、 1 第 十 章 共价键与分子间力 首 页 难题解析 学生自测题 学生自测答案 章后习题答案 难题解析 TOP 例 10 1 试用杂化轨道理论说明乙烯分子的形成及其构型。 析 根据杂化轨道理 论，形成乙烯分子时， C 原子的价层电子要杂化。共价键形成时， 键在成键两 原子间能单独存在，且只存在一个； 键在成键 两 原子间不能单独存在，但可存在多个。乙烯分子中C 原子的 4 个价电子分别 与其它 原子形成三个 键， C、 C 原子间的双键中有一个是 键。三个 键 决定分子构型，因此 C 原子有三个原子轨道参与杂化，形成三个等性杂化轨道。 解 乙烯分子 C2H4中有 2 个 C 原子和 4 个 H

2、 原子，每个基态 C 原子的价层电子组态为 2s2 2p2，在形成乙烯分子的过程中， 1 个 2s 电子被激发到 2p 空轨道上，然后 1 个 2s 轨道和 2 个 2p 轨道杂化形成 3个等同的 sp2杂化轨道，彼此间夹角为 120。每个 C 原子的 2 个 sp2杂化轨道 各与 1 个 H 原子的 1s 轨道重叠形成 2 个 CH 键； 2 个 C 原子间各以 1 个 sp2杂化轨道互相重叠，形成 1 个 键。 由于 2 个 C原子的这 6 个 sp2杂化轨道处于同一平面，未参与杂化的 2pz轨道则垂直于该平面， “肩并肩 ” 重叠形成1 个 键，构成 C C 双键。 乙烯分子中 6 个原

3、子在一个平面上，分子呈平面构型。 例 10-2 利用价层电子对互斥理论预测 I3- 的空间构型。 析 先确定中心原子的价电子对数，中心原子提供 7 个电子，配位提供 1 个电子，加上 负离子的电荷数，得价层电子数的总和再除以 2。然后根据价层电子对构型和孤对电子决定 I3- 的空间构型。 解 I3-中有 3 个 I 原子，我们可将其中 1 个 I 作为中心原子，其余 2 个作为配位体。中心原子 I 有 7个价电子， 2 个配位 I 原子各提供 1 个电子， I3-离子的负电荷数为 1，所以中心原子的价电子对数为（ 7 + 2 + 1） 2 5 。价层电子对构型为三角双锥，因配位原子数为 2，说

4、明价层电子对中有 2 对成键电子对和 3 对孤对电子，以 3 对孤对电子处在三角双锥的三角形平面上排斥能最小，所以 I3-为直线型。 例 10-3 画出 NO 的分子轨道，并用分子轨道法写出它的电子排布，并说明： 它的键级是多少？ 它的键长应比 NO-更长或更短？ 有几个单电子？ 并从键级推测 NO+化合物存在的可能性。 讨论NO、 NO-、 NO+的磁性和稳定性。 析 异核双原子分子的原子序数和 14时，则符合分子轨道能级图 10-13（ b）的能级顺序； 14时，则符合分子轨道能级图 10-13(a)的能级顺序。写出 NO+、 NO、 NO-分子轨道式，判断键级、键长、键能。2 根据是否存

5、在单电子，判断磁性。 解 NO 的分子轨道为 它们的分子轨道式为 : NO+ (1s)2(1s*)2 (2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2 NO (1s)2(1s*)2 (2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2(2py*)1 NO- (1s)2(1s*)2 (2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2(2py*)1(2pz*)1 NO 的键级 5.22 510 ； NO-的键级 22610 ； NO+的键级 32410 。 由于 NO-的键级比 NO 的键级小，故 NO-的键长比 NO 的键长长。 NO 分子有一个单电子。 从键级 3

6、 推测， NO+可能存在。 NO 有 1 个单电子，顺磁性； NO-有 2 个单电子，顺磁性； NO+没有单电子，反磁性。一般而言，键级愈大， 键 愈牢固，故它们的稳定性顺序为 NO+ NO NO- 例 10-4 下列说法是否正确？说明理由。 (1) 非极性分子中不含极性键。 (2) 直线型分子一定是非极性分子。 (3) 非金属单质的分子间只存在色 散力。 2p 2s 2p 2px* 2px 2s* 2s 2p 2p* 2s N NO O 3 (4) 对羟基苯甲醛的熔点比邻羟基苯甲醛的熔点高。 解 (1) 说法不正确。有的分子含极性键，但空间构型完全对称，键的极性可以相互抵消，因而是非极性 分

7、子 。 (2) 说法不正确。双原子分子都是直线型，同核双原子分子化学键无极性，分子非极性；异核双原子分子化学键有极性，分子极性。多原子直线型分子中，若相同原子所形成的空间构型对称、键的极性可以相互抵消，分子非极性。如 CO2： O=C=O。而由不同原子所形成的及空间构型不对称，键的极性不能相互抵消，为极性分子。如 HCN。 (3) 说法不正确。非金属单质分子通常 是非极性分子，分子间的作用力通常为色散力。但臭氧 (O3) 分子的空间构型为 V 形， 0，为极性分子，故分子之间存在取向力、诱导力和色散力。 (4) 说法正确。对羟基苯甲醛存在着分子间氢键，而邻羟基苯甲醛存在着分子内氢键，对羟基苯甲

8、醛分子间的作用力远大于邻羟基苯甲醛分子间的作用力，熔化对羟基苯甲醛时必须消耗额外的能量去破坏分子间氢键，故对羟基苯甲醛的熔点高于邻羟基苯甲醛的熔点。 例 10-5 某一化合物的分子式为 AB2， A 属第六主族元素， B 属第七主族元素， A 和 B 在同一周期，它们的电负性值分别为 3.44 和 3.98 。试回答下列问题： (1) 已知 AB2分子的键角为 103.3，推测 AB2分子的中心原子 A 成键时采取的杂化类型及 AB2分子的空间构型。 (2) A-B 键的极性如何？ AB2分子的极性如何？ (3) AB2分子间存在哪些作用力？ (5) AB2 与 H2O 相比，何者的熔点、沸点

9、较高？ 解 (1) 根据 A、 B 的电负性值，可判断 A 元素为 O， B 元素为 F，该分子为 OF2 。根据键角 103.3，知道该分子中 O 原子以不等性 sp3杂化轨道与 F 原子成键，两个单电子 sp3杂化轨道 各与 1 个 F 原子的单电子 2px 轨道重叠形成 sp3-p 的 键，余下的 2 个 sp3杂化轨道 各被 1 对孤对电子占据，对成键电子对产生较大的排斥，致使键角压缩（ 10928），故 OF2分子的空间构型为 “V”形。 (2) OF 键为极性共价键。 OF2分子中键的极性不能抵消，为极性分子。 (3) OF2分子间存在取向力、诱导力及色散力，其中色散力是主要的。

10、(4) OF2分子中无 H 原子，分子间不能形成氢键，而 H2O 分子间能形成氢键，故 OF2的熔点、沸点比 H2O 的低。 学生自测题 TOP 判断题 选择题 填空题 问答题 一、判断题（对的打 ，错的打 ，共 13分） 4 1.原子形成的共价键数目不能超过该基态单原子的单电子数。 ( ) 2.一般来说，共价单键是 键，在共价双键或 叁键 中只有 1 个 键。 ( ) 3. 将 H 原子的电子从 1s 轨道激发到 3s 轨道所需的能量，要比激发到 3p 轨道所需的能量少 。 ( ) 4.AB2型共价化合物，其中心原子均采用 sp杂化轨道成键。 ( ) 5.凡中心原子采用 sp2 杂化轨道成键

11、的分子，其空间构型不一定是正三角形。 ( ) 6.CH4分子中， C 原子采取 sp3等性杂化，在 CH3Cl分子中， C原子采取 sp3不等性杂化。 ( ) 7.CCl4的沸点、熔点很低，所以分子很不稳定。 ( ) 8.因 Cl的电负性大于 H 的电负性，所以 C2Cl2的 大于 C2H2的 。 ( ) 9.只有原子之间的 s轨道与 s 轨道重叠才 能形成 键。 ( ) 10 同一种原子在不同的化合物中形成不同键时，可以是不同的杂化态。 ( ) 11.非极性分子之间只存在色散力，极性分子之间只存在取向力。 ( ) 12.氢键是有方向性和饱和性的一类化学键。 ( ) 13.溶质的分子内形成氢键

12、，其溶解度不一定增大。 ( ) 二、选择题 （将每题一个正确答案的标号选出，每题 2分，共 30分） TOP 1. 在 Br CHCH Br 分子中 ， C Br间 键合所 用的轨道是 ( ) A. s p B. sp p C. sp2 s D. sp2 p E. sp3 p 2. 下列分子中 ， C 原子与 H原键合所用轨道为 sp s 的是 ( ) A. C2H4 B. C2H2 C. C2H6 D. CH4 E. C3H8 3. 下列分子或离子中键角最小的是 ( ) A. SO42- B. HgBr2 C. NF3 D. BF3 E. CS2 4. AB3分子中， 中心原子 A有 3个价

13、电子，配位原子 B各提供 1 个价电子，其空间构型为 ( ) A. 平面正三角形 B. V 形 C. T 形 D. BAB = 90 O的三角锥体 E. BAB 90 O的三角锥体 5.根据价层电子对互斥理论， SF4的空间构型为 ( ) A. T 形 B. V形 C. 变形四面体 D. 三角锥 E. 正四面体 6.下列几组原子轨道 沿 x 轴靠近时，由于对称性不匹配，不能有效地形成分子轨道的 是 ( ) A. px-px B. py-py C. pz-pz D. px-py E. s-px 7.下列分子或离子的分子轨道式中，无单电子的是 （ ） 5 A. O2 B. F2 C. O2 D.

14、O2+ E. N22+ 8.下列分子或离子中，最稳定的是 （ ） A. N22+ B. N2+ C. N2 D. N22- E. N2- 9. 根据分子轨道理论， O2分子的最高占有轨道为 （ ） A. 2px B. 2px* C. pz D. 2py E. 2py* 10. 下列分子中，极性最小的是 （ ） A. HI B. HCl C. LiH D. HBr E. HF 11. 下列分子中，既是非极性分子同时又含有 键的是 （ ） A. CH4 B. Cl2 C. C2Cl4 D. CHCl3 E. CH2Cl2 12. 下列分子中， 0的是 （ ） A. PCl3 B. NF3 C. S

15、O2 D. HgCl2 E. H2O 13. 下列各组分子间，同时存在取向力、诱导力、色散力和氢键的是 （ ） A. C6H6和 CCl4 B. N2和 N2 C. CH3F 和 C2H6 D. O2和 N2 E. H2O 和 C2H5OH 14. 下列化合物 a.HBO3、 b. OHO2N 、 c. OHNO2.、 d.Na2CO3 中，那些存在氢键 （ ） A. b B. a,b,c,d C. b,c D. a,b,c E. a,d 15. 下列化合物各自分子之间能形成氢键者中，氢键最强的是 （ ） A. HF B. NH3 C. H2S D. HCl E. H2O 三、填空题 （每空

16、1分，共 35分） TOP 1. 氢原子的电子能级由量子数 决定，而锂原子的电子能级由量子 数 决定。 2. 成键原子的原子轨道 沿 键 轴 （ 两核 连线）以 的方式重叠而形成的共价键称为 键，轨道的重叠部分沿键轴呈 分布。 3. 根据价层电子对互斥理论， H3O+的空间构型为 。 4. ICl4- 价层电子对数为 6，其中孤对电子数为 2，中心 原子价 层电子对构型为八面体，则 ICl4-的空间构型为 ；其中 2 对孤对电子的排布位置是互为 。 5.COCl2( ClOCl=120, OCCl=120)，中心原子的杂化轨道的类型是 ，该分子中 键 有 6 个， 键 有 个； PCl3( C

17、lPCl=101)中 心原子的轨道类型是 ，该分子中有 个 键。 6. 分子轨道是原子轨道的线性组合，为了有效地组合成分子轨道，要求成键的各原子轨道必须遵循的三条原则是 。 7.分子轨 道 理论能解释 O2 分子的磁性，这是因为 O2 分子的 2 个 键 中各有 1 个 ，故 O2有 磁性。 8.根据 C2分子的分子轨道式， 2 个 C 原子是由 键结合， C2分子中没有 键。 9.化学上把含有单电子的分子、原子、离子或原子团称为 或 。 O2-的分子轨道式为 ，其键级为 。因为它是含有单电子的阴离子，所以它是超氧 。 10. 3O2在一定条件下与生物分子发生反应的过程中，可形成 O 2- 、

18、 H2O2 及 OH 等 氧，其中 O 2- 及 OH 是 。 11. CCl4 和 I2 的分子间存在的作用力为 ； He和 H2O的分子间存在的作用力为 。 12. 卤化氢的熔点和沸点 依 HCl、 HBr、 HI 的次序递增，其原因是它们各自分子之间存在的 随相对分子质量的增大而依次 。 13. 欲使液态氨沸腾，需要克服的分子间作用力有 、 和 。 14. 邻硝基苯酚的熔、沸点比对硝基苯酚的熔、沸点低，这是因为邻硝基苯酚存在 ，而对硝基苯酚存在 。这二者中 较易溶于水。 15. 共价键的本质是 ，但因这种结合力是两核间的电子云密集区对两核的吸引力，而不是正、负离子间的库仑引力，所以它不同

19、于一般的静电作用。 四、问答题 （ 37分） TOP 1. 判断 NO2分子的几何构型。 (8 分 ) 2. 氧元素与碳元素的电负性相差较大，但 CO分子的偶极矩极小， CO2分子的偶极矩为零。 (8 分 ) 3.是否氢原子和氯原子的 3s 轨道都比 3p 轨道能量低。 (8 分 ) 4.元素 X 和 Y 与地壳中含量最多的元 素位于周期表中的同一周期。 （ 1） X 的最高 正 氧化值与负氧化值相等，它与非金属元素 Y形成 XY4，它们分别位于周期表中哪一族，是什么元素，其最外层电子组态如何？ XY 形成什么分子？ (4 分 ) （ 2） XY4 分子中， X 原子采用什么杂化轨道？ X与

20、Y如何成键？ (4 分 ) （ 3）指出 XY4 分子的空间构型，分子极性及分子的熔、沸点高低。 (5分 )（ 慕慧 ） 7 学生自测答案 TOP 一、判断题 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 二、选择题 1.D 2.B 3.C 4.A 5.E 6.D 7.B 8.C 9.C 10.A 11.C 12.D 13.E 14.B 15.A 三、填空题 1. n， n、 l 2.“ 头碰头 ” ， 圆 柱形 3.三角锥体 4.平面正方形， 180o 5.sp2, 3， 1， sp3， 3 6.对称性匹配原则、能量近似原则、最大重叠原则 7.三电子，

21、单电子，顺 8.2 个 ， 9.自由基， 游离 基 ； O2-KK( 2s) 2( 2s*)2( 2px)2( 2py)2 ( 2pz)2( 2py*)2 ( 2pz*)1， 1.5，阴离子自由基 10.活性，活性氧自由基 11.色散力；诱导力、色散力 12.van der Waals 力 ， 增大 13.van der Waals 力，氢键 14.分子内氢键，分子间氢键，对硝基苯酚 15.电性的 四、问答题 1. NO2分子的结构为 “V” 字型 2.CO 的结构为 :C O: ，分子存在 1 个 1 个正常 键和 1个 配键。由于 配 键是由 O原子提供共用电子对形成的，抵消了 O 元素与

22、 C 元素电负性相差较大而产生的电偶极矩，因此 CO 分子的电偶极矩很小。 CO2是直线形分子，虽然 C O 键为极性键，但由于分子结构对称，正、负电荷中心重合，因此 CO2分子的电偶极矩为零。 8 3.不对。氢原子是单电子原子，只存在核对电子吸引作用，氢原子轨道的能量只取决于主量子数 n，所以主量子数相同的各轨道的能量相同。而氯原子是多电子原子，不仅存在核对电子的吸引，还存在着电子与电子之间的排斥，产生 了屏蔽效应，所以轨道的能量不仅取决于主量子数 n，而且还与角量子数l 有关，其 3s 轨道能量低于 3p轨道的能量。 4. （ 1）地壳中含量最多的元素是氧，它位于周期表的第二周期，故 X、

23、 Y 也位于第二周期。元素 X 的最高 正 氧化值与负氧化值相等，推断为 +4和 -4，则它位于周期表 A 族，是碳元素（ C），最外层电子组态为 2s22p2。 Y 元素是非金属，它与 X 形成 XY4 ，则表明该元素为 氟 （ F），最外层电子组态为 2s22p5。 C与 F形成 CF4 分子。 （ 2） CF4 分子中， C 原子采用等性 sp3 杂化， C原子用 4个单电子与 4 个 F原 子的 p单电子配对形成4 个 sp3 p 的 键。 （ 3） CF4 分子的空间构型为正四面体；由于分子有对称性， C F 键的极性相互抵消，故为非极性分子； CF4 分子为共价化合物，因而 熔 、

24、沸点较低。 章 后习题答案 TOP 1. （ 1） 键是指两个原子的原子轨道沿键轴方向以 “ 头碰头 ” 方式重叠所形成的共价键；而 键是指两个原子轨道垂直于键 轴 以 “ 肩并肩 ” 方式重叠所形成的 共价键 。 （ 2）共价键是指成键的两个原子各提供一个电子组成共用电子对所形成的化学键；而配位键是指成 键的一个原子单独提供共用电子对所形成的共价键。 （ 3） 等 性杂化是指所形成的杂化轨道的能量完全相等的杂化；而不等性杂化是指所形成的杂化轨道的能量不完全相等的杂化。 （ 4）成键轨道是指由正负符号相同的两个原子轨道叠加而成，其能量比原来的原子轨道低的分子轨道；而反键轨道是指由正负符号不同的

25、两个原子轨道叠加而成，其能量比原来的原子轨道高的分子轨道。 （ 5）永久偶极是指极性分子的正、负电荷的重心不重合，分子本身存在的偶极；瞬间偶极是指由于分子内部的电子在不断地运动和原子核在不断地振动，使分子的正、负电荷的重心不断发生 瞬间位移而产生的偶极。 （ 6） van der Waals 力是指分子之间存在的静电引力；而氢键是指氢原子与半径小，电负性大的原子以共价键结合的同时又与另一个半径小、电负性大的原子的孤对电子之间产生的静电吸引力。氢键的9 作用力比 van der Weaals力强。 2. 根据 Pauli 不相容原理，一个轨道中最多只能容纳两个自旋方式相反的电子。因此，一个原子中

26、有几个单电子，就可以与几个自旋方式相反的单电子配对成键。即一个原子形成的共价键的数目取决于其本身含有的单电子数目。因此，共价键具有饱和性。 共价键是由成键原子的 价 层 原子轨道相互重叠形成的。根据最大重叠原理，原子轨道只有沿着某一特定方向才能形成稳定的共价键（ s 轨道与 s 轨道重叠除外），因此，共价键具有方向性。 3. （ 1） P 原子的外层电子组态为 3s23p3，有 1 对孤对电子和 3 个单电子。当 P 原子与 H 原子化合时， P 原子采用 sp3不等性杂化，其中 P 原子的一对孤对电子占有一个 sp3杂化轨道，另 3 个 sp3杂化轨道分别与 3个 H 原子的 s轨道成键，故

27、 PH3分子的空间构型为三角锥形。 （ 2） Hg原子的外层电子组态为 6s2，当 Hg 原子与 Cl原子化合时， Hg 原子的 1 个 6s 电子激发到 6p轨道 ，进行 sp 杂化， 2 个 sp 杂化轨道分别与 2 个 Cl 原子的 3p 轨道成键，故 HgCl2分子的空间构型为直线。 （ 3） Sn原子的外层电子组态为 5s25p2，当 Sn 原子与 Cl 原子化合时， Sn原子的 1个 5s 电子被激发到 5p轨道，进行 sp3等性杂化， 4 个 sp3杂化轨道分别与 4个 Cl 原子的 3p 轨道成键，故 SnCl4分子的空间构型为正四面体。 （ 4） Se 原子的外层电子组态为

28、4s24p4， Se 有 2 对孤对电子和 2个单电子。当 Se原子与 Br原子化合时， Se 原子采用 sp3不等性杂化，其中 Se 原子的 2 对孤对电子占有 2 个 sp3杂化轨道，另 2 个 sp3杂化轨道分别与 2 个 Br的 4p 轨道成键，故 SeBr2分子的空间构型为 V形。 （ 5） O原子的外层电子组态为 2s22p4， O有 2 对孤对电子和 2个单电子。当 O 原子与 H 原子化合时，O 原子采用 sp3不等性杂化，其中 O 的 2 对弧对电子占有 2个 sp3杂化轨道，另 2 个 sp3杂化轨道分别与 2个 H的 s 轨道成键。此外， O原子用其中的一对弧对电子与 H

29、+形成 1 个 配 键。故 H3O+离子的空间构型为三角锥形。 4. B 原子的外层电子组态 2s2sp1，当 B 原子与 F原子化合时， 2s 轨道上的 1个电子被激发到 2p 轨道，进行 sp2杂化， 3个 sp2杂化轨道分别与 3 个 F原子的 2p轨道成键，故 BF3分子的空间构型为平面正三角形。 N原子的外层电子组态为 2s22p3。当 N 原子与 F原子化合时， N 原子采用 sp3不等性杂化，其中 N 的一对孤对电子占有一个 sp3杂化轨道，另 3个 sp3杂化轨道分别与 3个 F原子的 2p 轨道成键，故 NF3分子的空间构型为三角锥形。 5. （ 1）在 BF3分子中， B原

30、子采用 sp2等性杂化，分子的空间构型为平面正三角形；在 4BF 离子中，10 B 原子采用 sp3等性杂化，其中 1 个 sp3杂 化轨道与 F 离 子的一对孤对电子形成 1 个 配键，离子的空间构型为正四面体。故 B原子的杂化类型 由 sp2等性杂化转变为 sp3等性杂化，空间构型由平面正三角形转变为正四面体。 （ 2）在 H2O 分子中， O 原子采用 sp3不等性杂化，分子的空间构型为 V形；在 H3O+离子中， O原子采用 sp3不等性杂化， O 原子用其中的一对孤对电子与 H+形成 1 个 配键 ，离子的空间构型为三角锥形。故 O原子的杂化类型不变，空间构型 由 V 形转变为三角锥

31、形。 （ 3）在 NH3分子中， N 原子采用 sp3不等性杂化，分子的空间构型为三角锥形；在 NH4+离子中， N 原子采用 sp3等性杂化， N原子用其中的一对孤对电子与 H+形成 1 个 配键 ， 4个 N H键的能量完全相同。故 N原子的杂化类型 由 sp3不等性杂化转变为 sp3等性杂化，空间构型由三角锥形转变为正四面体。 6.（ 1）在 NH4+离子中， N 原子的价层电子对数为 4，价层电子对构型为正四面体，因价层电子对中无孤对电子，故 NH4+离子的空间构型为正四面体。 （ 2）在 CO32 离子中， C 原子价 层电子对数为 3（ O 原子不提供电子），价层电子对构型为平面正

32、三角形，因价层电子对中无孤对电子，故 CO32 离子的空间构型为平面正三角形。 （ 3）在 PCl5分 子中， P 原子的价层电子对数为 5，价层电子对构型为三角双锥，因价层电子对中无孤对电子，故 PCl5分子的空间构型为三角双锥。 （ 4）在 SF6分子中， S 原子的价层电子对数为 6，价层电子对构型为正八面体，因价层电子对中无孤对电子，故 SF6分子的空间构型为正八面体。 7.（ 1） B2分子的分子轨道式为 12p12p22s22s21s21s )()()*()()*()( zy B2分子中有 2个单电子 键；键级为224=1；有 2个单电子，具有顺磁性。 （ 2） F2分子的分子轨道式为： 22p22p22p22p22p22s22s21s21s )*()*()()()()*()()*()( zyzyx F2分子中有 1个 键；键级为268=1；没有单电子，具有反磁性。 （ 3） F2+离子的分子轨道式为 12p22p22p22p22p22s22s21s21s )*()*()()()()*()()*()( zyzyx F2+离子中有 1 个 键和 1 个 3电子 键；键级为258=1.5；有 1个单电子，具有 顺磁性。