7 分子结构

第七章 分子结构 p297 2．以O2 和N2分子结构为列，说明两种共价键理论的主要论点。 解：VB法 Ｏ２中 Ｏ 1s22s22p4 2Px12Pz12Py2 两个 O各以一个 2Px电子（自旋反向）配对形成σ键（头碰头重叠）,然后各以 一个垂直于σ键轴的 2Pz电子“肩并肩”地重叠形成一个π键 MO法 O2[kk(σ 2s)2(σ *2s)2(σ 2p)2(π 2py)2(π 2pz)2(π *2py)1(π *2pz)1 故有一个σ键(σ 2p)2和两个三电子π键［ (π 2py)2(π *2py)1与(π 2pz)2(π *2pz)1分别形成］ N2: N1s22s22p1x2py12pz1 VB法:N2中两个N2各以一个 2Px电子（头碰头重叠,自旋反向）形成一个σ键，然后分 别各以一个 2Py和各以一个 2Pz电子形成两个π 键 MO法 N2[kk(σ 2s)2(σ *2s)2 (π 2py)2(π 2pz)2(σ 2p) 故有一个2 σ 键(σ 2p) 和两个2 π 键 ［ (π 2py) (2 π 2pz) 其2 π 键能量高于σ键能量 ３．什么叫原子轨道的杂化？为什么要杂化？用杂化轨道理论说明H2O分子为什么是 极性分子？ 解：同一原子中能量相近的某些原子轨道在成键过程中组合成一组能量相等的新轨 道的过程叫轨道的杂化 杂化是为了获得分子的空间结构和稳定性，杂化后能形成比原有原子轨道更稳定的 化学键 4．某化合物的分子由原子序数为 6的一个原子和原子序数为 8的两个原子组成。这 两种元素应在周期表的哪一周期哪一族他们形成的化学键是共价型还是离子 型？键是否有极性？分子（为直线型）是否有极性？ 解： ６C 8O CO2 Py Pz Px Py Pz Px Py Pz 2p 2s C基态 激发态 杂化态 Oa Ob 中心C以两个有成单 形成两个σ键o c 再以与的重叠，电子 5．用下述数据，计 Al(s)=Al(g Al(s)=Al3+(g 2Al(s)+3F2 F2(g)=2F(g F(g)+e_=F- 解：波恩哈伯循 2Al(s)+3F2(g) 2Al(g)+6F(g) 2Al3+(g)+6F(g) θ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↑ ↑ ↓↑ ↑ ↑ ↑ ↑ SP ↑ ↑ ↓↑ ↓↑ 6△rH5 2△rH1 θ 3△rH θ2△rH2 电子的sp杂化轨道与有自旋反向的成单电子以O的 2px轨道重叠 o然后C以py与oa的py重叠电子的自旋反向配对，形一个π键， 自旋反向配对，形成一个π键。分子构形为：O ＝C=O 算由气态Al3+和F-能量变化： ) rH∆ 1ϑ =326kJ.mol-1 ) +3e_ ∆ rH2ϑ =5138kJ.mol-1 (g)=2AlF3(s) ∆ rH3ϑ =-2620kJ.mol-1 ) ∆ rH3ϑ =160kJ.mol-1 (g) rH∆ 3ϑ =-350kJ.mol-1 环： 2AlF3(s) △rH θ 3 θ 4 θ 2U 2U=△rH θ 3-(2△rH1 θ +2△rH2 θ +3△rH4 θ +6△rH5 θ ) =-2620-[2×326+2×5138+3×160+6×（-350）] U=-5964 kJ.mol-1 7．钙的升华焓为 5 mol-1，氯化钙固体的生成热为-796kJ.mol-1. 计算氯化钙的晶 格能，并与氯化钠进行比较，解释两者的差别。 解： Ca(s)+Cl2(g) CaCl2(s) △fH θ S D=247 I1=589.8kJ.mol-1 U Ca(g)+2Cl(g) I2=1145.4kJ.mol-1 I1+I2 -2Ea Ca2+(g)+2Cl-(g) Ea=348.8 kJ.mol-1 U=△fH -(S+D+Iθ 1+I2-2Ea)= -796-(519+247+589.8+1145.4-2×348.8) =-2601 kJ.mol-1 8．什么叫“键能”？已知甲烷气的生成热为-74.9kJmol-1,原子氢的生成热为 218kJ.mol-1, 碳的升华热为 718k -1 能的 1/4)。 解： C (s)+2H2(g) S 2DH2 C(g)+4H(g) 19kJ. J.mol 试求C-H键能(提示：CH4分子中C-H的键能为CH4分子离解 CH4(g) △fH θ -4DC-H -4DC-H=△fH -(S+2Dθ H2)= -74.9-(718+4*218) DC-H=416 kJ.mol-1 11.下列分子哪些是非极性的，哪些是极性的？根据偶极矩的数据，指出分子的极性 和空间构形的关系。 BeCl2 BCl3 H2S HCl CCl4 CHCl3 解：空间结构: Cl Be Cl 直线形 Cl Cl O S H Cl B H H H H 平面三角形 角形 Cl Cl H C C Cl Cl Cl Cl Cl Cl BCl2 BCl3 H2S HCl CCl4 CHCl3 U 0 0 3.67 3.57 0 3.50 极性 无 无 有 有 无 有 12．画出下令物质的结构图。指出化学键的类型。哪些分子中有键？键是否有极性？ 分子是否有极性？ H2 HCl H2O CS2 NH3 NaF C2H4 Cu 解.属共价键: H H , H Cl , O S＝C＝S N H H H H π 键 H H H C＝C H π 键 H 离子键:NaF 金属键:Cu SP 分子有极性的有:HCl,H2O,NH3 13. 用VB法和MO法分别说明为什么H2能稳定存在，而He不能稳定存在？ 解： H2 H 1s VB法:两个 H各以一个 1s电子自旋反向配对形成σ键 MO法:H2[(σ 1s)2] 键级= 2 2 =1 He2 He 1s2 VB法:He的 1s电子配对故不能成键 MO法:He[(σ 1s)2] (σ *1s)2]净成键贡献为 0 键级= 2 22 − =0故不能稳定存在. 14. 说明下列每组分子之间存在着什么形式的分子间作用力（取向力，诱导力，色散 力，氢键）？ (1)苯和CCl4 (2)甲醇和水 (3)HBr气体 (4)He和水 (5)NaCl和水 解： (1)苯C6H6与CCl4 非极性分子之间:色散力 (2)甲醇CH3OH与水 取向力,诱导力,色散力,氢键. (3)HBr气体: 记性分子、极性分子之间:取向,诱导,色散力. (4)He和水 极性分子和非极性分子之间:诱导力,色散力. (5)NaCl和水 取向,诱导,色散. 15．今有AC2,B2C,DC2,A,B,C,D三种物质的原子序数分别为 6、1、8、14。这四种元 素分别位于周期表中哪一周期？哪一族？是金属元素还是非金属元素？形成的三种 化合物的化学键是共价型还是离子型？键是否有极性？凡为有限分子的，指出其分 子是否有极性？ 解： A B C D 6C 1H 8O 14S AC2 CO2 共价 极性键,非极性分子 B2C H2O 共价 极性分子 DC2 SiO2 共价 巨分子 16. 已知三个X、Y、Z元素，他们所属的周期跟地壳含量最多的元素处在同一周期。 元素X的最高正价与他的负价相等。元素Y是非金属。他与X元素化合时形成XY4。元 素Z与Y能发生强烈反应，形成ZY。试问： (1)X、Y、Z是什么元素？写出它们最外层电子构型。 (2)比较 X、Y与 Z形成化合物的键型和熔、沸点。 解： X,Y,Z 分别为 C,F,Li XY4:CF4 ZY:LiF 17. 某化合物的分子组成是XY4,已知X、Y原子序数为 32,17。 （1） X、Y两元素电负性为 2.02,2.83,判断 X与 Y之间的化学键的极性。 （2） 该化合物得空间结构、杂化类型和分子的极性。 （3） 该化合物在常温下为液体，问该化合物分子间作用力是什么？ （4） 若该化合物与SiCl4比较，其容沸点何者高。 解： 32 Ge 17 Cl XY4 GeCl4 Ge取Sp3杂化,分子构形正四面体,无极性,分子之间只存在色 散力 GeCl 较SiCl4分子量大,分子间作用力大,故熔沸点高 18. 用分子轨道表示式写出下列分子、分子离子、并指出它门的键级. (1)H2 (2)He-2 (3)O2- (4)N2 (5)F2 解：H2[(σ 1s)2] He+[(σ 1s)2 (σ *1s)1] O2- [kk(σ 2s)2 (σ *2s)2(σ 2p)2 (π 2p)4(π *2p)3] N2 [kk(σ 2s)2 (σ *2s)2 (π 2p)4(σ 2p)2] F2 [kk(σ 2s)2 (σ *2s)2(σ 2p)2 (π 2p)4(π *2p)4] 19. O2-的键长为 12.1pm，O2+的键长为 11.2pm；N2的键长为 10.9pm，N2+的键长为 11.2pm（用分子轨道理论）解释为何O2+键长比O2-短，而N2+比N2却较长。 解： O2 [kk(σ 2s)2 (σ *2s)2(σ 2p)2 (π 2p)4(π *2p)2] O2- [kk(σ 2s)2 (σ *2s)2(σ 2p)2 (π 2p)4(π *2p)1] O2+ 较O2 π *2p轨道上少一个电子故(键能更大)核间距缩短,体系能量降低 N2 [kk(σ 2s)2 (σ *2s)2 (π 2p)4(σ 2p)2] N2 +[kk(σ 2s)2 (σ *2s)2 (π 2p)3(σ 2p)2] N2+ 较N2少一个电π 2p子故体系能量升高 核间距增长 20．下列化合物中是否存在氢键？若存在氢键，属何种类型？①NH3 ② OH COOH ③ ④H3BO3 COOH OH ⑤ CF3H ⑥ C6H6 ⑦C2H6 解： ①NH3分子间氢键 ② 分子间氢键 OH COOH ③ 分子内氢键 ④H0BO3分子间氢键 COOH OH 21.选择 （1） 在下列化合物中，哪个不具有孤对电子队？ ①H2O ②NH3 ③NH4+ ④H2S ⑤OH- （2） 以下分子中，哪个有偶极矩？ ① BeCl2 ②SO2 ③CO2 ④I2 ⑤C2H6 (3)指出下列化合物中，哪一个化合物的化学键极性最小？哪一个化学键极性最大？ ①NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl5 SCl6 ②LiF NaF KF RbF CsF ③AgF AgCl AgBr AgI 解：⑴NH3不具有孤电子对 ⑵ SO2 u≠0 ⑶ NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl5 SCl6 △x 减小 键的极性减弱 Lif NaF KF RbF CsF △x 增大 键的极性增强 AgF AgCl AgBr AgI △x 减小 键的极性减弱 22．试由下列各物质的沸点，推断它们分子间力的大小，排出顺序，这一顺序与分 子量的大小有何关系？ Cl2:239K O2:90.1K N2:75.1K H2:20.3K I2:454.3K Br2:331.9K 解：分子间均为色散力，因是非极性分子，其大小顺序 I2 Br2 Cl2 O2 N2 H2