第三章 共價(jià)鍵和雙原子分子的結(jié)構(gòu)化學(xué)

1、第三章 雙原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 一、概念及問答題1、寫出以原子單位表示的氫分子離子的Schrodinger方程。 解：2、分子軌道：分子中每個(gè)電子是在由各個(gè)原子核和其余電子組成的平均勢場中運(yùn)動，第i個(gè)電子的運(yùn)動狀態(tài)用波函數(shù)描述，稱為分子中的單電子波函數(shù)，又稱分子軌道。3、成健軌道、非鍵軌道和反鍵軌道：兩個(gè)能級相近的原子軌道組合成分子軌道時(shí)，能級低于原子軌道的分子軌道稱為成鍵軌道，高于原子軌道的分子軌道稱為反鍵軌道，等于原子軌道的稱為非鍵軌道。4、分子中的電子是根據(jù)哪幾個(gè)定理在分子軌道上填充的？Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund規(guī)則5、軌道和鍵轉(zhuǎn)動鍵軸而不改變軌道符號和大小的分子軌道稱

2、為軌道，在軌道上由于電子的穩(wěn)定性而形成的共價(jià)鍵稱為鍵6、軌道和鍵凡是通過鍵軸有一個(gè)為0的節(jié)面的軌道都稱為軌道，由成鍵電子構(gòu)成的共價(jià)鍵叫做鍵。7、鍵級：共價(jià)鍵的強(qiáng)弱可以用鍵級來表示，鍵級(成鍵電子數(shù)反鍵電子數(shù))8、寫出下列同核雙原子分子F2、O2、N2、C2、B2的價(jià)電子組態(tài)。 9、寫出下列異核雙原子分子CO、NO的價(jià)電子組態(tài) 10、寫出下列的軌道式、鍵型、鍵長、鍵級等，并比較鍵長、鍵級次序，并分析其磁性。如果有三個(gè)振動吸收帶分別為：109700, 158000, 和186500cm-1，指出它是由產(chǎn)生的？， 鍵級為2，順磁性；， 鍵級為1，反磁性；， 鍵級為1.5，順磁性；， 鍵級為2.5，順

3、磁性；由于的鍵級是最大的，所以力常數(shù)較大，其吸收帶的值較大，應(yīng)該是186500cm-111、按分子軌道理論說明的鍵比的鍵強(qiáng)還是弱？為什么？的鍵比的鍵弱，因?yàn)榈幕鶓B(tài)價(jià)電子組態(tài)為，鍵級為1，而比少1個(gè)反鍵電子，鍵級為1.5，所以的鍵較強(qiáng)些。12、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(shí)有幾個(gè)不成對電子。研究結(jié)果表明，SO分子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)與O2和S2的價(jià)電子結(jié)構(gòu)比較相似，SO的價(jià)電子組態(tài)可表示為：，不成對電子數(shù)為2。13、為什么CF的鍵能小于CF+的鍵能？CF的基態(tài)電子組態(tài)為，其鍵級為2.5，而CF+比CF少一個(gè)反鍵電子，所以其鍵級為3，所以CF的鍵能小于CF+的鍵能。14、NO分子的第一

4、電離能為9.26eV，比CO分子的第一電離能(14.01eV)小很多，試從分子的電子組態(tài)解釋其原因。基態(tài)CO分子的價(jià)層電子組態(tài)為，而NO分子的基態(tài)價(jià)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分子的第一電離能高。15、 分子軌道理論認(rèn)為，兩個(gè)原子軌道要有效地組合成分子軌道必須滿足什么條件？ 答：兩個(gè)原子軌道要有效地組合成分子軌道必須滿足對稱性匹配，能級相近和軌道最大重疊三個(gè)條件。其中對稱性匹配是先決條件，其它影響成鍵

5、效率。 16、共價(jià)鍵的特點(diǎn)是什么？ 答：兩個(gè)原子軌道相互重疊，靠共用電子對形成的化學(xué)鍵稱共價(jià)鍵。共價(jià)鍵的特點(diǎn)是具有飽和性與方向性。由于每個(gè)原子的價(jià)電子數(shù)是一定的，所以形成共價(jià)鍵有飽和性，方向性是指一個(gè)原子與周圍原子形成共價(jià)鍵有一定的角度。二、選擇題1、的Schrodinger方程是，式中已采用了下列哪種近似？a. 單電子近似 b. 原子單位 c. 定核近似 d. 中心力場近似2、下列對分子軌道概念敘述正確的是：a. 描述單個(gè)電子在空間運(yùn)動的狀態(tài)函數(shù)b. 分子中單個(gè)電子在空間運(yùn)動的狀態(tài)函數(shù)c. 由同種原子軌道線性組合而成的新軌道d. 分子中電子在空間運(yùn)動的狀態(tài)函數(shù)3、下列分子可能具有單電子鍵的是

6、：a. b. c. d. 4、氫分子的基態(tài)波函數(shù)是：a. 單重態(tài) b. 三重態(tài) c. 二重態(tài) d. 多重態(tài)5、下列分子可能具有單電子鍵的是 (A) N2+(B) C2(C) B2+(D) O26、下列分子中磁矩最大的是 (A) Li2(B) C2(C) C2+(D) B27、Br2分子的最低空軌道（LUMO）是 (A) (B) (C) (D) 答案1、c. 2、b. 3、c. 4、a. 三、計(jì)算題1、的遠(yuǎn)紅外光譜線21.18, 42.38, 63.54, 84.72, 105.91cm-1，試求其轉(zhuǎn)動慣量及核間距。解：由于相鄰譜線之間間隔為21.18 cm-1，可得： 2、的核間距為112.8

7、3pm，計(jì)算其純轉(zhuǎn)動光譜前4條譜線所應(yīng)具有的波數(shù)。解：的折合質(zhì)量為： 因而其轉(zhuǎn)動常數(shù)為： 第一條譜線的波數(shù)以及相鄰兩條譜線的波數(shù)差都是2B，所以前4條譜線的波數(shù)分別為：3、的轉(zhuǎn)動慣量為 (a) 計(jì)算分子中C=O鍵的鍵長(b) 假定同位素置換不影響C=O鍵的鍵長，試計(jì)算組成的分子的轉(zhuǎn)動慣量。解：由于的質(zhì)心和對稱中心重合，C原子對分子轉(zhuǎn)動慣量無貢獻(xiàn)，所以； 由于假定同位素置換不改變CO鍵的鍵長，因而有： 4、用分子軌道表示式寫出下列分子、分子離子、并指出它們的鍵級。(1)H2 ；(2)He2+；(3)O2（4）N2（5）F2解：（1） 成鍵電子數(shù)為2，反鍵電子數(shù)為0，所以鍵級為1（2） 成鍵電子數(shù)為2，反鍵電子數(shù)為1，所以鍵級為 （3） 由此可見，成鍵電子數(shù)為8，反鍵電子數(shù)為5。鍵級為3/2（4） 成鍵電子數(shù)為8，反鍵電子數(shù)為2。鍵級為3（5） 成鍵電子數(shù)為8，反鍵電子數(shù)為6，鍵級為1。5、試寫出同核與異核雙原子分子電子組態(tài)的分子軌道表示。答：同核雙原子分子電子組態(tài)的分子軌道表示法有3種。例如N2，可寫為： (1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2p)4(2pz)2 (1g)2(1u)2(2g)2(2u)2(1u)4(3g)2 (1)2(2)2(3)