化學(xué)教育《結(jié)構(gòu)化學(xué)》期末考試試卷A答案

2008~2009學(xué)年度結(jié)構(gòu)化學(xué)考試試題(A)化學(xué)教育專業(yè),評分標(biāo)準(zhǔn):一、單項(xiàng)選擇題(每小題2分，共20分)1.(A). 2.(C) 3.(A) 4.(A) 5.(A)6.(A). 7.(A) 8.(D) 9.(A) 10.(D)二、填空題(每空2分，共20分).結(jié)構(gòu)化學(xué)是在原子、分子的水平上深入到電子層次研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及其宏觀性能關(guān)系的科學(xué)。hh.測不準(zhǔn)原理是指M?ΔP≥上,AE?At≥土χ4兀 4兀.態(tài)疊加原理是指ψ=:∑cψii^1.微觀體系總能量算符的直角坐標(biāo)表達(dá)式是H=-―也V2+V8兀2m.用分離變數(shù)法求解氫原子的薛定諤方程時(shí)，ψ&,θ,φ)=R(r)?Θ(θ)?Φ(φ)。分離變數(shù)法是指將一個(gè)含有多個(gè)變數(shù)的函數(shù)表達(dá)為分別只含有一個(gè)變數(shù)的多個(gè)函數(shù)的積的形式.Li2+原子的Schr6dinger(薛定諤)方程為：-)、V2--eψ=Eψ8兀2m 4πεr0」 _Jψ*Hψdτ.變分原理的基本內(nèi)容是：E= ≥EJψ*ψdτ 0.用變分原理和線性變分法求解H2+的Schr6dinger(薛定諤)方程時(shí)所得的成鍵軌道表達(dá)式為ψ= 1 (φ+￠)，其對應(yīng)的能級1 ,2+2Sab■ abH+HE=-aa ab≈tt+D；1+Sab.對于等性sp3雜化軌道，可用數(shù)學(xué)函數(shù)式①=Cφ+Cφ表示，其中2s2s 2p2pC1∣2和C2|2分別表示與該系數(shù)相對應(yīng)的原子軌道在Φ中所點(diǎn)的百分率.根據(jù)休克爾分子軌道(HMO)理論，乙烯分子的兩個(gè)π分子軌道能級分別是:E1=α+β,E2=α-β;苯分子的六個(gè)π分子軌道能級分別是:E1=α+2β,E2=E3=α+β,E4=E5=α-β,E6=α-2β。由此可知，苯分子中六個(gè)π電子總能量為:6α+8β,苯分子π電子離域能是：20三、判斷題(正確的打√,錯(cuò)誤的打X。每小題1分，共10分).(×) 22. (√) 23.(√) 24.(√) 25. (√).(√) 27. (√) 28.(√) 29.(√) 20. (√)四、名詞解釋(每小題2分，共10分)［原子軌道］:描述原子中電子運(yùn)動狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。［屏蔽效應(yīng)］:多電子原子中的某個(gè)電子受到其它電子的排斥作用相當(dāng)于其它電子產(chǎn)生部分抵消原子核對選定電子吸引力的作用。［庫侖積分］:U=H=JφHφdτaaaa［成對能］:在晶體場理論中，配位中心—一金屬原子的2個(gè)d電子成對占據(jù)一個(gè)軌道時(shí)相互之間的排斥能。John-Teller(姜泰勒)效應(yīng)］:在晶體場理論中，由于正八面體場使金屬原子d軌道分裂后d電子重新分占5個(gè)d軌道后電子個(gè)數(shù)在軌道中分部不均而導(dǎo)致配合物偏離正八面體結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。五、計(jì)算分析說明題(共40分)對共軛體系HHHHH3cFNAγAγAYA^LCH3CH3HHH CH3將π電子簡化為一維勢箱模型，勢箱長度約為1.3x10-9米，計(jì)算π電子躍遷時(shí)所吸收光的最大波長。解：分子中共有10個(gè)∏電子，電子排布為：ψ2ψ2ψ2ψ2ψ2。電子從能量最高的12345占據(jù)軌道ψ5躍遷到能量最低的軌道ψ6上所需要的能量：AE=(62-52))h2=(62-52)x(6?626X10-34)2=3.925X10”(焦)n 8ml2 8X9.1X10-31X(1.3X10-9)2、hc (5.626X10-34)xQ.998X108),λ=一= =5.064X10-11(米)AE 3.925X10-1937.用Slater(斯萊脫)方法計(jì)算可知，對電子組態(tài)為(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)ι的4s電子，其屏蔽常數(shù)σ =16.8;對電子組態(tài)為(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)ι的4s3d軌道上的電子，其屏蔽常數(shù)為18.0。試通過計(jì)算證明：鉀原子基態(tài)的電子組態(tài)應(yīng)該是(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)i。解:K原子有19個(gè)電子，對電子組態(tài)l(1s)2∣(2s)2,(2p)6∣(3s)2,(3p)6∣(4s)ι∣:σ4s=0.85×8+1.00×10=16.8Z4s*=19-16.8=2.2(Z—0)2 (19-16.8)2E=-13.6 =-13.6 =-4.114(e.V)S n2 42對電子組態(tài)|(1s)2|(2s)2(2p)6|(3s)2(3p)6|(3d)1|:σ3d=1.00×18=18.0Z3d*=19-18=1(Z-0)2 (19-18)2E=-13.6 =-13.6 =-1.511(e.V)d n2 32表明E3d>E4s，因此電子優(yōu)先填充在4s軌道上，故基態(tài)K原子的電子組態(tài)應(yīng)該是:(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)1.對s-P型雜化軌道有如下表達(dá)式①=Cφ+Cφ。φ和。分別表示S軌道k1S2pSp和P軌道。雜化指數(shù)n=E。其中，α=(c)2,P=(C)。我國化學(xué)家唐敖慶ka 1 2教授等推知，等性雜化軌道間最大夾角θ滿足如下關(guān)系：α+βCoSθ=0。實(shí)驗(yàn)測定NH3分子中等性雜化軌道間最大夾角為107.2。，試計(jì)算確定NH3分子中成鍵雜化軌道表達(dá)式，并確定其雜化指數(shù)。nkPɑ解得:(1)n=--=-—1—=3.42,故成鍵雜化軌道是sp3.42雜化。kCoSe cos107.2成鍵雜化軌道表達(dá)式:Φ=cφ+cφk1s2p=：?xφ+.■工xφ1++3.42SU+3.42P=√0226xφ+√0T74xφS P=0.475φ+0.880φSP.休克爾分子軌道(HMO)理論認(rèn)為，可將鏈狀共軛烯烴中的σ-∏體系進(jìn)行分離處理。應(yīng)用HMO法求解含n個(gè)碳原子的鏈狀共軛多烯烴，π分子軌道的能級和MO系數(shù)的通解公式可由下式求得：E=α+2PCoSl正］；C=J二?sin［空］。其中，j為∏-MO的序數(shù)，j In+1)jrn++1 In+1)r為碳原子的序數(shù)。(1)畫出丁二烯π-MO軌道示意圖;(2)求出以2)的自由價(jià)；解:(1):135146135PnI C3^=X4由c=I1G—?sinjj?]得:jrnn+1In+1)12342cosj?]In+1)1A0.3717^^~~060B^^^^0.6015^^^^0.37171.61820.60150.3717-0.3717-0.60150.61830.6015-0.3717-0.37170.6015-0.61840.3717-0.60150.6015-0.3717-1.618ψ1=0.3717φ1+0.6015φ2+0.6015φ3+0.3717φ4,E1=α+1.618βψ2=0.6015φ1+0.3717φ2-0.3717φ3-0.6015φ4,,E2=α+0.618βψ3=0.6015φ1-0.3717φ2-0.3717φ3+0.6015φ4,E3=α-0.618βψ4=0.3717φ1-0.6015φ2+0.6015φ3-0.3717φ4,E4=α-1.618β一ψ2pψψ(2):C⑴-C(2)之間的π鍵級為：P=∑np(j)=∑ncc=2X(0.3717X0.6015)+2X(0.6015X0.3717)=0.8943rs jrs jjrjsjjC(2)-C(3)之間的π鍵級為：p=∑np(