第3章 雙原子分子的結(jié)構(gòu)與分子光譜

1、 第3章 雙原子分子的結(jié)構(gòu)與分子光譜習(xí)題答案1. CO是一個極性較小的分子還是極性較大的分子？其偶極距的方向如何？為什么？解： CO是一個異核雙原子分子。其中氧原子比碳原子多提供2個電子形成配位鍵： 氧原子的電負(fù)性比碳原子的高，但是在CO分子中，由于氧原子單方面向碳原子提供電子，抵消了部分碳氧之間的電負(fù)性差別引起的極性，所以說CO是一個極性較小的分子。偶極矩是個矢量，其方向是由正電中心指向負(fù)電中心，CO 的偶極距m = 0.37×10-30 C·m，氧原子端顯正電，碳原子端顯負(fù)電，所以CO分子的偶極距的方向是由氧原子指向碳原子。2. 在N2，NO，O2，C2，F(xiàn)2，CN，C

2、O，XeF中，哪幾個得電子變?yōu)锳B-后比原來中性分子鍵能大，哪幾個失電子變?yōu)锳B+后比原來中性分子鍵能大？解： 就得電子而言，若得到的電子填充到成鍵電子軌道上，則AB-比AB鍵能大,若得到得電子填充到反鍵分子軌道上，則AB-比AB鍵能小。就失電子而言，若從反鍵分子軌道上失去電子，則AB+比AB鍵能大，若從成鍵軌道上失去電子，則AB+比AB鍵能小。(1) 鍵級為3 鍵級為2.5 鍵級為2.5N2的鍵能大于N2+ 和N2-的鍵能(2) 鍵級為2.5 鍵級為3 鍵級為2所以NO的鍵能小于 NO+的鍵能，大于NO-的鍵能(3) 鍵級為2.5， 鍵級為2， 鍵級為1.5，所以O(shè)2的鍵能小于O2+的鍵能，

3、大于O2-的鍵能(4) 鍵級為2 鍵級為1.5 鍵級為2.5所以C2的鍵能大于C2+的鍵能，小于C2(5) 鍵級為1 鍵級為1.5 鍵級為0.5所以F2 的鍵能小于F2+ 的鍵能，大于F2-的鍵能(6) 鍵級為2.5 鍵級為3 鍵級為2所以CN的鍵能大于CN+的鍵能，小于CN-的鍵能(7) 鍵級為3 鍵級為2.5 鍵級為2.5所以CO的鍵能大于CO+和CO-的鍵能(8) 鍵級為0.5 鍵級為1 鍵級為0所以XeF的鍵能小于XeF+的鍵能，大于XeF-的鍵能，XeF-不能穩(wěn)定存在。3. 按分子軌道理論說明Cl2的鍵比Cl2+的鍵強還是弱？為什么？解：Cl2的鍵比Cl2+的鍵弱，因為Cl2的基態(tài)價

4、電子組態(tài)為：，鍵級為1，而Cl2+比Cl2少1個反鍵電子，鍵級為1.5，所以Cl2+的鍵較強些。4. 下列分子的鍵能，比其正離子的鍵能小的是哪些？比其負(fù)離子的鍵能小的是哪些？O2，NO，CN，C2，F(xiàn)2解：(1) 鍵級為2， 鍵級為2.5， 鍵級為1.5，所以O(shè)2的鍵能小于O2+的鍵能，大于O2-的鍵能(2) 鍵級為2.5 鍵級為3 鍵級為2所以NO的鍵能小于 NO+的鍵能，大于NO-的鍵能(3) 鍵級為2.5 鍵級為3 鍵級為2所以CN的鍵能大于CN+的鍵能，小于CN-的鍵能(4) 鍵級為2 鍵級為1.5 鍵級為2.5所以C2的鍵能大于C2+的鍵能，小于C2-的鍵能(5) 鍵級為1 鍵級為1

5、.5 鍵級為0.5所以F2 的鍵能小于F2+ 的鍵能，大于F2-的鍵能5. 比較下列各對分子和離子的鍵能大小N2，N2+；O2，O2+；OF，OF-；CF，CF+；Cl2，Cl2+解：(1) 鍵級為3 鍵級為2.5所以N2的鍵能大于N2+的鍵能(2) 鍵級為2， 鍵級為2.5，所以O(shè)2的鍵能小于O2+的鍵能(3) 鍵級為1.5 鍵級為1所以O(shè)F的鍵能大于OF-的鍵能 (4) 鍵級為2.5 鍵級為3所以CF的鍵能小于CF+的鍵能(5) 鍵級為1 鍵級為1.5所以Cl2的鍵能小于Cl2+的鍵能6. 寫出下列的鍵級、鍵長次序及磁性解： 鍵級為2.5，順磁性； 鍵級為2， 順磁性； 鍵級為1.5，順磁

6、性； 鍵級為1， 逆磁性；7. 按分子軌道理論寫出NF，NF+和NF-基態(tài)時的電子組態(tài)，說明它們的鍵級、不成對電子數(shù)和磁性。解： 鍵級為2.5， 不成對電子數(shù)：1，順磁性； 鍵級為3， 不成對電子數(shù)：0，逆磁性； 鍵級為2，不成對電子數(shù)：2，順磁性。8. 判斷NO和CO哪一個的第一電離能小，原因是什么？解：基態(tài)CO分子的價層電子組態(tài)為，而NO分子的基態(tài)價層電子組態(tài)為，CO分子的第一電離能是將電子激發(fā)所需的最小能量，而NO分子的第一電離能是將2p電子激發(fā)所需的最小能量，由于電子是成鍵電子，能量比較低，激發(fā)能低，而2p電子是反鍵電子，能量較高，所以激發(fā)能高，即基態(tài)CO的第一電離能比NO分子的第一電

7、離能高。9. HF分子以何種鍵結(jié)合，寫出這個鍵的完全波函數(shù)。解： HF分子以s鍵結(jié)合10. 試用分子軌道理論討論SO分子的電子結(jié)構(gòu)，說明基態(tài)時有幾個不成對電子。解： SO分子的價電子結(jié)構(gòu)與O2和S2的價電子結(jié)構(gòu)比較相似，SO的價電子組態(tài)可表示為：，其中，1s，3s和1p軌道是成鍵軌道，2s和2p軌道是反鍵軌道。這些價層分子軌道是由氧原子的2s，2p軌道和S原子的3s，3p軌道疊加成的。根據(jù)價層分子軌道的性質(zhì)和電子數(shù)，可算出SO分子的鍵級為2，在簡并的2p軌道上各有一個電子。因此，SO分子的不成對電子數(shù)為2。11. OH分子于1964年在星際空間被發(fā)現(xiàn)。(1) 試按分子軌道理論只用O原子的2p軌

8、道和H原子的1s軌道疊加，寫出其電子組態(tài)。(2) 在哪個分子軌道中有不成對電子？(3) 此軌道是由O和H的原子軌道疊加形成的，還是基本上定域于某個原子上？(4) 已知OH的第一電離能為13.2 eV，HF的第一電離能為16.05 eV，它們的差值幾乎與O原子和F原子的第一電離能（15.8 eV和18.6 eV）的差值相同，為什么？(5) 寫出它的光譜項解：(1) H原子的1s軌道和O原子的2p軌道滿足對稱性匹配、能級相近等條件，可疊加形成s軌道。其電子組態(tài)為，OH有兩對半非鍵電子，鍵級為1。(2) 在1p軌道中有一個不成對電子。(3) 此軌道不是由O和H的原子軌道疊加形成的，是基本上定域于O原

9、子上的。(4) OH和HF的第一電離能分別是電離它們的1p電子所需要的最小能量，而1p軌道是非鍵軌道，即電離的電子是由O和F提供的非鍵電子，因此OH和HF的第一電離能的差值幾乎與O原子和F原子的第一電離能的差值相同。(5) OH的HOMO組態(tài)為，電子排布 ，M =1，L=1，S=1/2所以，光譜項為2 Õ。12. 試寫出在價鍵理論中描述H2運動狀態(tài)的符合Pauli原理的波函數(shù)，并區(qū)分其單態(tài)和三重態(tài)。解：體系的波函數(shù)可以寫成原子軌道的波函數(shù)的乘積形式：1軌道中心對稱，即空間波函數(shù)是對稱的，要求自旋波函數(shù)必須是反對稱的，所以需將自旋態(tài)及組成反對稱函數(shù)。描述H2中的兩個電子自旋運動的反對稱波函數(shù)為：對稱波函數(shù)為：；所以H2基態(tài)完全波函數(shù)：H2排斥態(tài)波函數(shù)： 可見，只有一個波函數(shù)，而則有三個波函數(shù)。結(jié)論：當(dāng)兩個氫原子自遠(yuǎn)處接近時，它們的相互作用逐漸增大，在較近距離處原子間的相互作用與它們的自旋密比相