10章共價鍵與分子結構習習題全解答

1、第10章 共價鍵與分子結構習題解答1. 寫出下列物質的Lewis結構式并說明每個原子如何達到八電子結構：HF，H2Se，H2C2O4(草酸)，CH3OCH3(甲醚)，H2CO3，HClO，H2SO4，H3PO4。解：，。 上述分子中的原子除H原子外，其他原子通過所形成的共價鍵共有電子和價電子層孤對電子共同構成8電子結構。2、用雜化軌道理論說明下列化合物由基態(tài)原子形成分子的過程（圖示法）并判斷分子的空間構型和分子極性：HgCl2，BF3，SiCl4，CO2，COCl2，NCl3，H2S，PCl5。解：HgCl2 HgCl2分子的中心原子為Hg原子?；鶓B(tài)時Hg原子的價電子構型為6s2。當Hg原子與

2、Cl原子相遇形成HgCl2時，Hg的6s軌道中的1個電子激發(fā)到1個6p軌道，然后6s軌道和該6p軌道采用sp雜化形成2個等同的sp雜化軌道：并分別與兩個Cl原子的3p單電子軌道重疊形成2個Hg-Cl 鍵。HgCl2分子構型是直線形，為非極性分子。BF3BF3分子的中心原子是B原子?；鶓B(tài)時B原子的價電子構型為2s22p1。當B原子與F原子相遇形成BF3分子時，B原子2s軌道中的1個電子激發(fā)到1個空的2p軌道，然后采用sp2雜化形成3個等同的sp2雜化軌道：并分別與3個F原子2p單電子軌道重疊形成3個B-F 鍵。BF3 分子構型是平面三角形，為非極性分子。SiCl4Si原子為SiCl4的中心原子，

3、基態(tài)時價電子構型為3s23p2，當Si原子與Cl原子相遇形成SiCl4分子時，Si原子3s軌道的1個電子激發(fā)到一個空的3p軌道，然后采用sp3雜化形成4個等同的sp3雜化軌道：并分別與4個Cl原子3p單電子軌道重疊形成4個Si-Cl 鍵。SiCl4分子構型是正四面體，為非極性分子。CO2C原子為CO2的中心原子?；鶓B(tài)時C原子價電子構型為2s22p2，當C原子與O 原子相遇形成CO2分子時，C原子2s軌道的1個電子激發(fā)到一個空的2p軌道，然后采用sp雜化形成2個等同的sp雜化軌道：并分別與2個O原子的2p單電子軌道重疊形成2個鍵，兩個O原子的一個2p單電子軌道與C原子未參與雜化的2p軌道肩并肩重

4、疊形成鍵。CO2分子構型是直線形，為非極性分子。COCl2C原子為COCl2的中心原子?；鶓B(tài)時C原子價電子構型為2s22p2，當C原子與O 原子、Cl原子相遇形成COCl2分子時，C原子2s軌道的1個電子激發(fā)到一個空的2p軌道，然后采用sp2雜化形成3個sp2雜化軌道：其中2個sp2雜化軌道分別與2個Cl原子的3p單電子軌道重疊形成2個C-Cl鍵，另一個sp2雜化軌道和O原子的2p單電子軌道形成C-O鍵，O原子另一個2p單電子軌道與C原子未參加雜化的2p軌道肩并肩重疊形成鍵。COCl2分子構型是三角形，為極性分子。NCl3N原子為NCl3的中心原子?；鶓B(tài)時N原子價電子構型為2s22p3, 當N

5、原子與Cl 原子相遇形成NCl3分子時，N原子采取sp3雜化形成4個sp3雜化軌道：其中3個sp3雜化軌道分別與3個Cl原子的3p單電子軌道重疊形成3個C-Cl鍵，另一個sp3軌道被孤對電子占據(jù)。NCl3分子構型是三角錐，為極性分子。H2SS原子為H2S的中心原子。基態(tài)時S原子價電子構型為3s23p4, 當S原子與H 原子相遇形成H2S分子時，S原子采取sp3雜化形成4個sp3雜化軌道：其中2個sp3雜化軌道分別與2個H原子的1s單電子軌道重疊形成2個H-S鍵，另外2個sp3雜化軌道被孤對電子占據(jù)。H2S分子構型是V形，為極性分子。PCl5P原子為PCl5的中心原子?；鶓B(tài)時P原子價電子構型為3

6、s23p3 d0, 當P原子與Cl 原子相遇形成PCl5分子時，P原子采取sp3d雜化形成5個sp3d雜化軌道： 并分別與5個Cl的3p單電子軌道重疊，形成5個P-Cl鍵，PCl5分子構型是三角雙錐，為非極性分子。3、用雜化軌道理論和價層電子對互斥理論分別說明下列分子或離子的幾何構型：（1）；（2）HCN；（3）H2Te；（4）解：（1） 根據(jù)雜化軌道理論，PCl4+離子中的中心原子P其成鍵方式可以理解為P+離子的價軌道采用sp3雜化與4個Cl原子分別形成4個鍵，其分子的幾何構型為正四面體。根據(jù)價層電子對互斥理論，PCl4+離子中的P原子的價層電子對數(shù)= ；孤對電子數(shù)=4-4=0所以PCl4+

7、離子的幾何構型為正四面體。（2） 根據(jù)雜化軌道理論，HCN分子中的中心原子C其成鍵方式可以理解為C原子的價軌道采用sp雜化與1個H原子和1個N原子分別形成2個鍵，C原子未參與雜化的2個2p軌道與N原子的2p軌道肩并肩重疊形成2個鍵。其分子的幾何構型為直線形。 根據(jù)價層電子對互斥理論，HCN中的C原子的價層電子對數(shù)=；孤對電子數(shù)=2-2=0 所以HCN分子的幾何構型為直線形。（3） 根據(jù)雜化軌道理論，H2Te分子中的中心原子Te其成鍵方式可理解為C原子的價軌道采用sp3雜化與2個H原子分別形成2個鍵，另外2個sp3雜化軌道被孤對電子占據(jù)，其分子的幾何構型為V形。 根據(jù)價層電子對互斥理論，H2Te

8、中的Te原子的價層電子對數(shù)=；孤對電子數(shù)=4-2=2 所以H2Te分子構型為V形。 （4） 根據(jù)雜化軌道理論，Br3-離子中的中心原子Br其成鍵方式可以理解為Br原子的價軌道采用sp3d雜化與2個Br原子形成2個鍵，另外3個sp3d雜化軌道被孤對電子占據(jù)，其分子的幾何構型為直線形。 根據(jù)價層電子對互斥理論，Br3-離子中的Br原子的價層電子對數(shù)=；孤對電子數(shù)=5-2=3 所以分子構型為直線形。4、SiF4，SF4，XeF4都具有AF4的分子組成，但它們的分子幾何構型都不同，試用雜化軌道理論和價層電子對互斥理論說明每種分子構型并解釋其原因。解：（1） 根據(jù)雜化軌道理論，SiF4分子中Si采用sp

9、3雜化，Si的4個sp3雜化軌道分別與4個F原子的2p單電子軌道重疊，形成正四面體。 根據(jù)價層電子對互斥理論，SiF4分子中原子Si的價層電子對數(shù)=；孤對電子數(shù)為0。分子是正四面體構型。（2） 根據(jù)雜化軌道理論，SF4分子中S采用sp3d雜化，S的4個sp3d雜化軌道與4個F原子的2p單電子軌道重疊，1個sp3d雜化軌道被孤對電子占據(jù)，分子幾何構型為變形四面體。 根據(jù)價層電子對互斥理論，SF4分子中原子S的價層電子對數(shù)=；孤對電子數(shù)為1。分子構型為變形四面體。（3） 根據(jù)雜化軌道理論，XeF4中Xe采取sp3d2雜化，其中4個sp3d2雜化軌道與4個F原子的2p單電子軌道重疊， 2個sp3d2

10、雜化軌道被孤對電子占據(jù)，分子幾何構型為平面正方形。 根據(jù)價層電子對互斥理論，XeF4中原子Xe的價層電子對數(shù)= ；孤對電子數(shù)為2。分子構型為平面正方形。5、根據(jù)下列物質的Lewis結構判斷其鍵和鍵的數(shù)目。（1）CO2；（2）NCS；（3）H2CO；（4）HCO(OH)，其中碳原子連接了一個氫原子和兩個氧原子。解：（1），分子中有2個鍵，2個鍵 （2），分子中有2個鍵，2個鍵 （3），分子中有3個鍵，1個鍵 （4），分子中有4個鍵，1個鍵6、按鍵的極性從大到小的順序排列下列每組鍵：（1）C-F，O-F，Be-F；（2）N-Br，P-Br，O-Br（3）C-S，B-F，N-O解：可根據(jù)電負性差值判

11、斷題中各組化合物化學鍵的極性，電負性差值越大，則化學鍵極性越大。所以有：（1）C-F ：= O-F： = Be-F：=鍵的極性大小為Be-FC-FO-F（2）N-Br：= P-Br：= O-Br：=鍵的極性大小為P-BrO-BrN-Br（3）C-S：= B-F：=：=鍵的極性大小為B-FN-OC-S7、H2O分子，OH鍵長 Å，HOH鍵角，偶極矩。（1）OH鍵矩指向哪個方向水分子偶極矩的矢量和指向哪個方向（2）計算OH鍵的鍵矩的大小。解：（1）OH鍵矩指向O，水分子偶極矩的矢量和的方向沿HOH鍵角的角平分線指向O。 （2）根據(jù)余弦定律，OH鍵矩=deb 。8、預測CO、CO2、和中C

12、-O鍵長度的順序。解：CO分子中的C-O鍵是叁鍵，CO2分子中的C-O鍵是雙鍵，中C-O鍵包含1個鍵并與另外兩個O原子共用1個三中心四電子大鍵，所以其鍵長大小順序為COCO2。9、查附表中相關鍵能數(shù)據(jù)，計算下列各氣相反應的焓變H。（1）（2）解：(1) H=D(C-H)+D(Cl-Cl)-D(C-Cl)-D(H-Cl) =411+242-397-431 = -175kJ/mol (2) H=2D(O-H)- D(C=O)- D(H-H) =2×467-749-436 =-248 kJ/mol10、考慮離子和離子。（1）畫出其分子軌道能級圖。（2）用分子軌道寫出它們的分子軌道電子結構式

13、。（3）它們的鍵級各是多少（4）假設離子被光激發(fā)，使得其電子由低能級軌道躍遷到高能級軌道，猜測激發(fā)態(tài)的離子是否將消失，并解釋。解：（1）H2+： H2-： (2) ()1; ()2()1 (3) 鍵級=1/2=鍵級=(2-1)/2= (4) 離子將分解。因為當離子中的()1電子被光激發(fā)到反鍵軌道()中時，體系的能量比鍵合前基態(tài)H原子的能量還高，因此不能穩(wěn)定存在。11、（1）如何理解順磁性（2）如何通過實驗判斷某物質是否是順磁性物質（3）下面哪些離子具有順磁性：解：（1）分子或離子中存在未成對電子，且順時針方向自旋的未成對電子數(shù)與逆時針方向自旋的未成對電子數(shù)不能完全抵消，分子表現(xiàn)為順磁性。 （2

14、）最簡單的方法是通過磁天平測量其磁矩，磁矩不為零的物質為順磁性物質。 （3）O2+()2()2()2()2 O22-()2()2()2()2N22-()2()2()2()2 ()2()2()1因此具有順磁性的是。12、寫出下面陽離子的分子軌道的電子結構式：（1），（2）,（3），（4）。解：（1） ()2()2()2()21 （2） ()2()2()1（3） ()2()2()2()2（4） ()2()2()213、偶氮染料是一種有許多用途的有機染料，比如染布。許多偶氮染料是由偶氮苯（C12H10N2）衍生的，其中一個與偶氮苯分子很相近的物質是氫化偶氮苯（C12H12N2）， 這兩種物質的Lew

15、is結構如下： 偶氮苯 氫化偶氮苯（1）在每種物質中，N原子的雜化方式是什么（2）在每一種物質中，N和C原子還有多少價軌道未被雜化。（3）預測每一種物質中NNC的鍵角（4）據(jù)說C12H10N2的電子比C12H12N2有更大程度的重疊，討論這種觀點，并說出你的答案是C12H10N2還是C12H12N2。（5）C12H10N2的所有原子在同一個平面，而C12H12N2不是。這種現(xiàn)象是否與（4）中的觀點一致。（6）C12H10N2是一種深橘紅色，而C12H12N2幾乎無色，試討論這種現(xiàn)象并參考有關書籍加以證明。解：（1）在偶氮苯中，氮的雜化方式是sp2；氫化偶氮苯氮的雜化方式是sp3。 （2）偶氮苯中，2個N原子的價軌道中各有1個p軌道未參與雜化，12個C原子各有1個p軌道未參與雜化；氫化偶氮苯中，N原子所有的價軌道都參與了雜化， 12個C原子各有1個p軌道未參與雜化。 （3）偶氮苯中，NNC的鍵角稍小于120°；氫化偶氮苯中NNC的鍵角稍小于109°28。 （4）C12H10N2中的所有原子在同一個平面，所以比C12H12N2的電子有更大程度的重疊。 （5）這種現(xiàn)象與（4）中觀點一致。 （6）C12H10N2中同一平面的14個原子形成大鍵，體系能量降低，吸收波長向長波移動，所以出現(xiàn)深橘紅色。14、討論有關H2CO3分子中碳原子雜化軌道的問題：（1）從C原子中的電子