化学键理论概述(作业)

化学键理论概述（作业）7-1从电负性数据判断下列化合物中哪些是离子化合物？哪些是共价化合物？ NaF ； AgBr ； RbF ； HI ； CuI ； HBr ； CsCl ； 答：题设元素的鲍林电负性为：根据化学键理论，如果要生成离子键，成键原子的元素电负性差异必须大于1.7（即：离子百分数大于50%），反之只能形成共价键。

而离子化合物是由离子键形成的化合物，共价化合物是由共价键形成的化合物，故可以通过判断化合物中化学键的类型判断化合物是离子护额合物还是共价化合物。

其判断结果如下：物质类型判断表7-2.试证明立方晶系AB 型离子晶体配位数为4和配位数为8的介稳定状态中r +/r -分别为0.225和0.732。

证明：如果晶体处于介稳定状态，则离子间全接触（同号和异号之间皆接触）；（1）在配位数为4的立方晶体中, ∠ACB= cos109.5°5.109cos ))((2)()()2(5.109cos )()(2)()()(2;222222-+-+-+-+---+++++++=⨯++=⨯=+==r r r r r r r r r BC AC AC BC AB r AB r r AC BC 根据余弦定律：225.015.109cos 11=-+=-+r r7-4.根据已知的下列数据，由伯恩－哈伯循环计算BaCl 2的Δf H m 0；氯分子的解离能：242kJ·mol-1；钡的升华热：193kJ·mol-1；钡的第一电离能：503kJ·mol-1；钡的第二电离能：965kJ·mol-1；氯的电子亲和能：349kJ·mol-1；氯化钡的晶格能：2027kJ·mol-1；解：根据化学热力学理论，物质的生成焓是指：在标准态下，由稳定单质生成1mol纯化合物的热效应。

对于BaCl2的ΔfHm0对于的反应为：Ba（s）＋ Cl2（g）＝BaCl2（s）根据离子键理论，晶格能的定义为：在标准状态下，将1mol离子晶体拆散为气态阳离子和气态阳离子所需要的能量.对于BaCl2为：BaCl2（s）＝Ba2＋（g）＋ 2Cl－（g）根据化学热力学由原理设计如下伯恩－哈伯循环。

f H0 = -U + (S + D + I + 2E) = -2027 +[193+242+503+965+2×(-)349]= -822.00 kJ· mol-1；答：由伯恩－哈伯循环计算BaCl2的ΔfHm0为-822.00 kJ·mol-1；7-8.简述价层电子对互斥理论的主要内容,试用价层电子对互斥理论判断下列分子或离子的空间构型。

BeCl2；BCl3；NH4+；H2O；ClF3；PCl5；I3-；ICl4－；ClO2－；PO43-；CO2；SO2；NOCl；POCl3；解：价层电子对互斥理论的主要内容有：对于ABm型分子，分子的几何构型与中心原子A 的价层电子对构型有关。

其中，中心原子的价层电子对数、电子对的性质（成键电子、孤对电子）、电子对之间的夹角等决定其几何构型。

分子的稳定构型是价层电子对构型中斥力最小的构型。

根据价层电子对互斥理论，题设分子或离子的空间构型为：(1)对于BeCl2分子；中心Be的价层电子对数＝（2＋2×1）/2＝2，其中成键电子对数＝2；故孤对电子对数＝2－2＝0所以分子的空间构型为直线型。

（2）对于BCl3分子；中心B的价层电子对数＝（3＋3×1）/2＝3，其中成键电子对数＝3；故孤对电＝0所以分子的空间构型为平面正三角形；（3）对于NH4+分子；其中成键电子对数＝4；故孤对电子对数＝4－4＝0所以离子的空间构型为正四面体。

（4）对于H2O分子；中心O的价层电子对数＝（6＋2×1－1）/2＝4，其中成键电子对数＝2；故孤对电子对数＝4－2＝2所以水分子的空间构型为“V”形。

（5）对于ClF3分子；中心Cl的价层电子对数＝（7＋3×1－0）/2＝5，其中成键电子对数＝3；故孤对电子对数＝5－3＝2所以ClF3分子的空间构型为“T”形。

（6）对于PCl5分子；中心P的价层电子对数＝（5＋5×1－0）/2＝5，其中成键电子对数＝5；故孤对电子对数＝5－5＝0所以PCl5分子的空间构型为三角双锥。

（7）对于I3-离子；中心I的价层电子对数＝[7＋2×1-(－1)]/2＝5，其中成键电子对数＝2；故孤对电子对数＝5－2＝3所以I3-离子的空间构型为直线形。

（8）对于ICl4－离子；中心I的价层电子对数＝{7＋4×1－（－1）}/2＝6，其中成键电子对数＝4；故孤对电子对数＝6－2＝2所以ICl4－离子的空间构型为平面正方形。

（9）对于ClO2分子；中心Cl的价层电子对数＝{7＋2×0－0}/2＝3.5，其中成键电子对数＝2；故孤对电子对数＝3.5－2＝1.4 所以ClO2分子的空间构型为“V”形。

（9）对于PO43离子；中心P的价层电子对数＝{5＋4×0－(-3)}/2＝4，其中成键电子对数＝4；故孤对电子对数＝4－4＝0所以离子的空间构型为四面体。

（10）对于CO2分子；中心C的价层电子对数＝{4＋2×0－0}/2＝2，其中成键电子对数＝2；故孤对电子对数＝2－2＝2所以CO2分子的空间构型为直线形。

（11）对于SO2分子；中心S的价层电子对数＝（6＋2×0}/2＝3.0，其中成键电子对数＝2；故孤对电子对数＝3.－2＝1 ；所以SO2分子的空间构型为“V”形。

（12）对于NOCl分子；中心O的价层电子对数＝(6＋2×1)/2＝4，其中成键电子对数＝2；故孤对电子对数＝2－2＝2所以NOCl分子的空间构型为直线形。

（13）对于POCl3分子；其中成键电子对数＝4；故孤对电子对数＝4－4＝0所以POCl3分子的空间构型为四面体形。

7-10.简述杂化轨道理论的主要内容。

试用杂化轨道理论解释为什么BF3是平面三角形分子，而NF3却是三角锥形分子。

答：(1)主要轨道理论的主要内容有：a.原子成键时原子轨道要重新组合，形成能量相同的一组新轨道即杂化轨道，轨道组合的过程称为杂化。

b.杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相同，电子在杂化轨道上的分布规则与原子中电子的分布规则相同。

c.杂化轨道的类型、数目与分子的几何构型有关。

如果杂化轨道中占有孤对电子，则不等性杂化，如果杂化轨道全为成键电子占据则为等性杂化。

d.采用等性杂化的分子几何构型与杂化轨道的几何构型一致，采用不等性杂化的分子几何构型等于杂化轨道几何构型中减去孤对电子占据顶点后的几何构型。

(2)对BF3和NF3分子几何构型的解释。

在BF3分子中，成键时B采用等性sp2杂化，故分子的几何构型与杂化轨道的几何构型一致，即为平面三角形。

在NF3分子中，成键时N采用不等性sp3杂化，分子中具有一对孤对电子占据杂化轨道，分子的几何构型为杂化轨道的几何构型减去一个顶点后的构型。

即正四面体减去一个顶点，由于N原子处于原正四面体的中心，减去顶点后N原子成为新的四面体顶点，但六条棱不再相等，几何构型由正四面体转变为三角锥（四面体）。

即NF3是三角锥形分子。

由此可见，BF3分子与NF3分子的化学式虽然相似，但由于成键时中心原子采用的杂化轨道类型不同，产生了分子几何构型上的巨大差异。

7-14.画出下列同核双原子分子的分子轨道能级图，写出分子轨道式，并计算键级。

指出其中哪个最稳定？哪个最不稳定？判断哪些具有顺磁性哪些具有反磁性。

H2；He2；Li2；Be2；B2；C2；N2；O2；F2;解：7-15.写出O22-、O2-、O2、O2+分子或离子的分子轨道式，并指出它们的稳定性顺序。

解：根据分子轨道理论，O2分子的分子轨道能级图为：故O2分子的分子轨道式为：O2：KK( σ2s ) 2 ( σ*2s ) 2 ( σ2p )2 (π2p ) 4 (π * 2p ) 2 ( σ*2p ) 0由于电子在分子轨道中的分布（填充）规律与电子在原子轨道中的规律相同，即电子填充时优先填充最低能量的空轨道，电子失去时先失去能量最高的电子；故O22-、O2-、O2+或离子的分子轨道式分别为：O22－：KK( σ2s ) 2 ( σ*2s ) 2 ( σ2p )2 (π2p ) 4 (π * 2p ) 4 ( σ*2p ) 0O2－：KK( σ2s ) 2 ( σ*2s ) 2 ( σ2p )2 (π2p ) 4 (π * 2p ) 3 ( σ*2p ) 0O2＋：KK( σ2s ) 2 ( σ*2s ) 2 ( σ2p )2 (π2p ) 4 (π * 2p ) 1 ( σ*2p ) 0由于2子总数成键电子总数－反键电分子键级＝给定分子或离子的键级为：O2：键级＝2；O22－键级＝1；O2－键级＝1.5；O2＋键级＝2.5；根据分子轨道理论，分子的键级越大，稳定性越好，故给定分子与离子的稳定性顺序为：O2＋> O2> O2－>O22－7-19.指出下列分子中哪些是极性分子，哪些是非极性分子？NO2；CHCl3；NCl3；SO3；COCl2；BCl3；解：分子的极性来源于分子中正、负电荷重心的不重合；由题设条件可以看出，给出的分子皆由极性化学键形成，所以，分子的极性由分子的几何构型决定。

根据价层电子对互斥理论可以知道：NO2分子为“V”分子，O原子与N原子分属于分子两端，不可能实现正、负重心重合，故为极性分子。

CHCl3分子为三角锥分子，N原子占据其中一个顶点，不可能实现正、负重心重合，故为极性分子。

NCl3分子为“T”分子，Cl原子占三个顶点，分子内还有两对孤电子占据其它两个顶点，不可能实现正、负重心重合，故为极性分子。

SO3分子为平面正三角形分子，S原子占据中心，O原子占据三个顶点，分子内正、负重心重合，故为非极性分子。

COCl2分子为三角形分子，C原子占据中心，O原子占据一个顶点，Cl占据另外两个顶点，分子内正、负重心不重合，故为极性分子。

BF3分子为平面正三角形分子，B原子占据中心，F原子占据三个顶点，分子内正、负重心重合，故为非极性分子。

7-22.判断下列各组分子间存在什么形式的分子间作用力。

（1）苯和CCl4；(2)氦和水；（3）CO2气体；（4）HBr气体；（5）甲醇和水；解：（1）苯和CCl4皆为非极性分子，故只存在色散力；（2）氦为非极性分子而水为极性分子，故氦和水之间存在色散力和诱导力；（3）CO2为非极性分子，故分子间只存在色散力；（4）HBr分子为极性分子，故分子间存在色散力、取向力和诱导力；（5）甲醇和水分子皆为极性分子，且具有氢键生成的条件，故分子间存在色散力、取向力、诱导力和氢键；7-24.用离子极化理论解释AgF易溶解于水，而AgCl、AgBr、AgI难溶于水，且由AgF到AgBr在到AgI依次减小。