第十一章-共價(jià)鍵和分子間作用力習(xí)題解析

第十一章共價(jià)鍵和分子間作用力習(xí)題解析1.現(xiàn)代價(jià)鍵理論的要點(diǎn)是什么？答：（1）兩個(gè)原子接近時(shí)，只有自旋方向相反的單電子可以相互配對(duì)（兩原子軌道重疊），使電子云密集于兩核之間，系統(tǒng)能量降低，形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。（2）自旋方向相反的單電子配對(duì)形成共價(jià)鍵后，就不能再和其他原子中的單電子配對(duì)。所以，每個(gè)原子所能形成共價(jià)鍵的數(shù)目，取決于該原子中的單電子數(shù)目。這就是共價(jià)鍵的飽和性。（3）成鍵時(shí)，兩原子軌道重疊越多，兩核間電子云越密集，形成的共價(jià)鍵越牢固，這稱為原子軌道最大重疊原理。原子軌道中，除s軌道呈球形對(duì)稱外，p、d等軌道都有一定的空間取向，它們?cè)诔涉I時(shí)，只有沿著一定的方向靠近才能達(dá)到最大程度的重疊，形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵，這就是共價(jià)鍵的方向性。2.列表表示σ、π鍵的區(qū)別。答：σ鍵π鍵軌道s-s，s-px，px-pxpy-py，pz-pz分子舉例H2，HCl，Cl2，N2形成方式兩原子軌道“頭碰頭”的重疊兩原子軌道“肩并肩”重疊對(duì)稱性重疊部分沿鍵軸呈圓柱型對(duì)稱垂直于鍵軸呈鏡面反對(duì)稱分布存在可單獨(dú)存在不能單獨(dú)存在，與σ鍵共存于共價(jià)雙鍵、叁鍵中穩(wěn)定性穩(wěn)定活潑3.根據(jù)共用電子對(duì)是否偏移，共價(jià)鍵可以分為哪兩類？答：根據(jù)共用電子對(duì)是否偏移共價(jià)鍵可分為極性共價(jià)鍵和非極性鍵共價(jià)鍵。極性共價(jià)鍵是由于成鍵原子的電負(fù)性不同，共用的電子對(duì)偏向電負(fù)性較大的原子，使鍵的一端帶部分負(fù)電荷δ-，而另一端帶部分正電荷δ+，鍵的正、負(fù)電荷中心不重合形成的共價(jià)鍵。非極性共價(jià)鍵是因?yàn)槌涉I原子的電負(fù)性相同，成鍵電子對(duì)等量共享，鍵的正、負(fù)電荷中心重合的共價(jià)鍵。4.共價(jià)鍵的極性及極性大小用什么來判斷？共價(jià)分子的極性及極性大小用什么來量度？答：共價(jià)鍵的極性大小根據(jù)成鍵原子的電負(fù)性來判斷，因?yàn)楣灿玫碾娮訉?duì)偏向電負(fù)性較大的原子，使鍵的一端帶部分負(fù)電荷δ-，而另一端帶部分正電荷δ+，故成鍵原子的電負(fù)性差別越大，共價(jià)鍵的極性越強(qiáng)。雙原子分子的極性與鍵的極性一致。多原子分子的極性不僅與鍵的極性有關(guān)，也與分子構(gòu)型有關(guān)，雖然是極性鍵，只要鍵型相同，分子構(gòu)型對(duì)稱，其分子中各個(gè)鍵的極性就能相互抵消，正、負(fù)電荷重心重合。分子的極性可用電偶極矩(electricdipolemoment)μ來衡量。它是分子中正、負(fù)電荷中心的距離d與正或負(fù)電荷中心上的電量q的乘積，即μ=q·d，單位為10-30C·m。μ≠0的分子為極性分子，μ5.雜化軌道理論的基本要點(diǎn)是什么？答：雜化軌道理論的基本要點(diǎn)是：①形成分子時(shí)，因原子之間的相互影響，同一原子內(nèi)能量相近的不同類型的原子軌道混合，重新分配能量和確定空間方向，形成的新原子軌道稱為雜化軌道(hybridorbital)，這一過程稱為雜化(hybridization)。②雜化軌道形狀不同于原軌道形狀，雜化軌道的角度分布變得一頭大一頭小，更有利于最大重疊，成鍵能力增強(qiáng)。而且原子軌道雜化過程中所需要的能量可由雜化軌道形成共價(jià)鍵時(shí)所釋放的能量來補(bǔ)償且有余，形成的分子更加穩(wěn)定。③雜化軌道之間盡可能取最大夾角分布，形成相互排斥能最小的雜化軌道構(gòu)型。雜化類型不同，雜化軌道構(gòu)型也不相同，由此即可解釋分子構(gòu)型。④雜化有等性雜化和不等性雜化。6.試用雜化軌道理論解釋HOCl分子如何成鍵及健角是103°而不是109°28′？答：HOCl分子的鍵間夾角為103°，是因?yàn)槌涉I時(shí)中心原子氧采取不等性sp3雜化方式分別與一個(gè)氫原子和一個(gè)氯原子結(jié)合，由于氧原子上有兩對(duì)孤對(duì)電子不參加成鍵，它們對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用大，使HOCl分子中鍵角壓縮為103°，致使HOCl分子結(jié)構(gòu)呈V字形。7.試用雜化軌道理論解釋H3O+離子的中心原子O的雜化類型，成鍵過程以及離子的構(gòu)型。答：H3O+離子的中心原子O采取不等性sp3雜化軌道和三個(gè)氫原子結(jié)合。四個(gè)不等性sp3雜化軌道中，兩個(gè)含有單電子，兩個(gè)含有孤對(duì)電子。兩個(gè)含有單電子的sp3軌道分別和氫原子的1s軌道形成σ鍵，一個(gè)含有孤對(duì)電子sp3雜化軌道和氫離子的1s軌道形成一個(gè)σ配鍵，剩下的孤對(duì)電子不參加成鍵。孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)有排斥作用，使H3O+離子中鍵角壓縮，致使H3O+離子結(jié)構(gòu)呈成三角堆形。8.用雜化軌道理論說明在H3C-CH=CH2、CH3-CH2-OH、CH3COOH分子中，各C原子的答：C原子所連接的鍵都是單鍵的是sp3雜化，雙鍵兩端的C原子和羧基中C原子是sp2雜化。H3C-CH=CH2sp3、sp2、sp2，CH3-CH2-OHsp3、sp3，CH3COOHsp3、sp9.價(jià)層電子對(duì)互斥理論的基本要點(diǎn)是什么？答：①一個(gè)共價(jià)分子或離子的構(gòu)型主要決定于中心原子價(jià)層電子對(duì)（成鍵電子對(duì)和孤對(duì)電子）互斥力最小時(shí)所形成的幾何結(jié)構(gòu)。②若中心原子價(jià)層都是共享電子對(duì)即成鍵電子對(duì)，則成鍵電子對(duì)之間互斥力最小時(shí)的分布即為分子的特定構(gòu)型。③若中心原子價(jià)層除成鍵電子對(duì)外還有孤對(duì)電子，由于孤對(duì)電子占有一定位置，且對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用大，對(duì)分子的構(gòu)型影響極大。10.用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷分子構(gòu)型的步驟是什么？答：①確定中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)等于中心原子的價(jià)電子數(shù)（等于主族族數(shù)）與配原子提供的共用電子數(shù)的總和除以2。規(guī)定H和鹵素原子作配位原子時(shí)均提供1個(gè)電子；O、S作為中心原子有6個(gè)電子，作為配位原子不提供電子。對(duì)于多原子離子，計(jì)算其中心原子的價(jià)層電子總數(shù)時(shí)，還應(yīng)減去正離子的電荷數(shù)或加上負(fù)離子的電荷數(shù)。若計(jì)算了價(jià)電子對(duì)數(shù)后剩余1個(gè)電子，這個(gè)電子看作是1對(duì)電子；分子或離子中雙、叁鍵也分別看作是1對(duì)電子。②判斷分子構(gòu)型及中心原子雜化類型根據(jù)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)，從中心原子的價(jià)電子對(duì)構(gòu)型和分子構(gòu)型表即可確定中心原子價(jià)電子對(duì)構(gòu)型和分子構(gòu)型。11.根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，判斷BF3、NF3、AsF5、PbCl2分子構(gòu)型如何？答：BF3分子中有3個(gè)成鍵電子對(duì)數(shù)，沒有孤對(duì)電子，故BF3分子為平面正三角形；NF3分子中有3個(gè)成鍵電子對(duì)數(shù)，孤對(duì)電子一對(duì)，故NF3分子為三角錐形；AsF5分子中有5個(gè)成鍵電子對(duì)數(shù)，沒有孤對(duì)電子，故AsF5分子為三角雙錐形；PbCl2分子中有2個(gè)成鍵電子對(duì)數(shù)，孤對(duì)電子一對(duì)，故PbCl2分子為V形；12.分子軌道理論的基本要點(diǎn)是什么？答：（1）分子中的電子不再?gòu)膶儆谀硞€(gè)原子，而是在整個(gè)分子的空間范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。分子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可用分子軌道波函數(shù)ψ（稱為分子軌道）來描述。（2）分子軌道可以由分子中原子軌道波函數(shù)的線性組合而得到。也就是說，幾個(gè)原子軌道可組合成數(shù)目相等的幾個(gè)分子軌道。其中，有一半分子軌道分別由符號(hào)相同的兩個(gè)原子軌道疊加而成，兩核間電子的概率密度增大，其能量較原來的原子軌道能量低，有利于成鍵，稱為成鍵分子軌道，用符號(hào)σ、π表示；另一半分子軌道分別由符號(hào)不相同的兩個(gè)原子軌道疊加而成，兩核間電子的概率密度很小，其能量較原來的原子軌道能量高，不利于成鍵，稱為反鍵分子軌道，用符號(hào)σ*、π*表示；（3）分子軌道能量有一定的順序第二周期同核雙原子分子分子軌道有兩種順序：組成原子的2s和2p軌道的能量相差較大，在組合成分子軌道時(shí)，不會(huì)發(fā)生2s和2p軌道的相互作用，只是兩原子軌道的s-s和p-p軌道的線性組合，因此，這些原子組成的同核雙原子分子的分子軌道能級(jí)順序?yàn)椋害?s<σ1s*<σ2s<σ2s*<σ2px<π2py=π2pz<π2py*=π2pz*<σ2px*組成原子的2s和2p軌道的能量相差較小，在組合成分子軌道時(shí)，一個(gè)原子的2s軌道除能和另一個(gè)原子的2s軌道發(fā)生重疊外，還可以與其2p軌道重疊，其結(jié)果是使σ2px超過π2py和π2pz。這些原子組成的同核雙原子分子的分子軌道能級(jí)順序?yàn)椋害?s<σ1s*<σ2s<σ2s*<π2py=π2pz<σ2px<π2py*=π2pz*<σ2px*電子遵照原子核外電子排布的三原則填入分子軌道。（4）在分子軌道理論中，用鍵級(jí)表示鍵的牢固程度分子軌道中存在單電子，該分子是順磁性的，無單電子是反磁性的。13.用分子軌道理論說明N2分子為什么特別穩(wěn)定？答：N2分子的電子組態(tài)是N2[(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(π2Py)2(π2Pz)2(σ2Px)2]鍵級(jí)=（10-4）/2=3因?yàn)镹2分子鍵級(jí)為3，即N2分子中是叁鍵，說明N2分子特別穩(wěn)定。14.寫出CO分子的電子組態(tài)，并指出鍵級(jí)和磁性。答：CO分子的電子組態(tài)是CO[(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(σ2Px)2(π2Py)2(π2Pz)2]鍵級(jí)=（10-4）/2=3因?yàn)镃O分子鍵級(jí)為3，CO分子中沒有單電子，反磁性。15.按分子軌道理論，寫出CN-的電子組態(tài)，說明磁性。答：CN-分子的電子組態(tài)是CN-[(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(π2Py)2(π2Pz)2(σ2Px)2]因?yàn)镃N-分子中沒有單電子，反磁性。16.指出下列說法的錯(cuò)誤（1）色散力僅存在于非極性分子之間。（2）凡是含有氫的化合物分子之間都能產(chǎn)生氫鍵。答：（1）色散力不僅存在于非極性分子之間，也存在于極性分子之間、極性分子和非極性分子之間。（2）H原子只有與電負(fù)性大、半徑小的F、O、N等原子以極性共價(jià)鍵結(jié)合后，由于F、O、N等原子吸引電子能力大，使H原子與另一個(gè)F、O或N等原子接觸時(shí)，才能產(chǎn)生氫鍵。17.常溫下為什么F2、Cl2為氣態(tài)，Br2為液態(tài)，而I2為固態(tài)？答：隨著氟、氯、溴、碘雙原子分子的相對(duì)分子質(zhì)量的增大，分子的變形性增大，分子間的色散力增大，所以在常溫下，鹵素單質(zhì)中氟、氯是氣態(tài)，溴是液態(tài)，碘是固態(tài)。18.判斷下列各組分子之間存在何種分子間作用力？(1)苯和四氯化碳(2)苯和乙醇(3)甲醇和水(4)氦和水答：（1）色散力。(2)、(4)誘導(dǎo)力和色散力。(3)取向力、誘導(dǎo)力和色散力。19.非極性物質(zhì)的熔點(diǎn)大小主要是何種分子間力決定？比較SiH4、CH4熔點(diǎn)的高低。答：非極性物質(zhì)的熔點(diǎn)大小主要是由色散力決定。因?yàn)镾iH4分子比CH4分子的相對(duì)分子質(zhì)量大，SiH4分子比CH4分子的變形性大，SiH4分子比CH4分子的色散力大，所以SiH4的熔點(diǎn)比CH4熔點(diǎn)高。20.下列各化合物有無氫鍵？如果存在氫鍵，是分子間氫鍵還是分子內(nèi)氫鍵？NH3、C6H6、C2H6、HNO3、鄰羥基苯甲酸答：NH3、HNO3、鄰羥基苯甲酸存在氫鍵。NH3是分子間氫鍵，HNO3、鄰羥基苯甲酸是分子內(nèi)氫鍵。21.下列表述錯(cuò)誤的是A.2個(gè)成鍵原子軌道沿軸向“頭碰頭”重疊形成σ鍵B.2個(gè)成鍵原子軌道垂直軸向平行“肩并肩”重疊形成π鍵C.2個(gè)成鍵原子共用2對(duì)電子形成2個(gè)單鍵D.一般情況下原子核對(duì)π電子的吸引力小于對(duì)σ電子的吸引力。答：C22.下列分子的中心原子以sp3不等性雜化成鍵且無σ配鍵的是A.BeCl2B.NH4+C.SiCl4D.H2S答：C23.根據(jù)分子軌道理論，下列分子或離子中，穩(wěn)定性最差的是A.O2+B.O2C.O2-答：D24.下列分子或離子中鍵級(jí)為2.5的是A.N2B.NOC.He2＋D.O2答：B25.下列說法正確的是A.不同原子的能量相近的2個(gè)原子軌道可雜化成2個(gè)雜化軌道。B.原子中能量相近的2個(gè)原子軌道可近似線性組合成2個(gè)分子軌道。C.范德華力中取向力貢獻(xiàn)最大。D.配位鍵與一般共價(jià)鍵只是在形成過程時(shí)有區(qū)別。形成后鍵的性質(zhì)完全相同答：D26.化合物①和②的熔點(diǎn)是1、①＞②，2、①＜②，在水中溶解度是3、①＞②，4、①＜②，下列全對(duì)的是A.1，3B.2，3C.1，4D.2，4答：D27.下列說法錯(cuò)誤的是A.CO32-離子的構(gòu)型是錐形B.PCl5分子中P原子無孤對(duì)電子C.原子軌道雜化后，其形狀和最大值伸展方向與原來的軌道不同。D.分子軌道與原子軌道不同之處還在于分子軌道是多中心的即多核的系統(tǒng)。答：A28.下列說法中錯(cuò)誤的是A.共價(jià)鍵的飽和性是成鍵原子的單電子數(shù)所決定的B.氫鍵的方向性即形成分子間氫鍵的三個(gè)原子在一條直線上C.