结构化学习题
(完整word版)结构化学 考卷及答案(word文档良心出品)
考试A卷课程名称结构化学一、选择题(每小题2分, 共30分)得分评卷人1. 在长l = 2 nm的一维势箱中运动的He原子,其de Broglie波长的最大值是:------------ ( )(A) 1 nm (B) 2 nm (C) 4 nm (D) 8 nm (E) 20 nm2. 立方势箱中的粒子,具有E= 的状态的量子数。
则n x、n y、n z 可以是------------ ( )(A) 2 1 1 (B) 2 3 1 (C) 2 2 2 (D) 2 1 33. 下列哪几点是属于量子力学的基本假设:----------- ( ) (A) 描写微观粒子运动的波函数必须是正交归一化的9. 通过变分法计算得到的微观体系的能量总是:----------------- ( )(A) 大于真实基态能量(B) 不小于真实基态能量(C) 等于真实基态能量(D) 小于真实基态能量10. 对于"分子轨道"的定义,下列叙述中正确的是:----------------- ( )(A) 原子轨道线性组合成的新轨道(B) 分子中所有电子在空间运动的波函数(C) 分子中单个电子空间运动的波函数(D) 分子中单电子完全波函数(包括空间运动和自旋运动)11. 下面说法正确的是:----------------- ( )(A) 如构成分子的各类原子均是成双出现的,则此分子必有对称中心(B) 分子中若有C4,又有i,则必有σ(C) 凡是平面型分子必然属于C s群(D) 在任何情况下,=12. B2H6所属点群是:----------------- ( )(A) C2v(B) D2h(C) C3v(D) D3h(E) D3d13. 已知配位化合物MA4B2的中心原子M是d2sp3杂化,该配位化合物的异构体数目及相应的分子点群为:----------------- ( ) (A) 2,C2v,D4h(B) 2,C3v,D4h(C) 3,C3v,D4h,D2h(D) 4,C2v,C3v,D4h,D2h14.某基态分子含有离域π66键,其能量最低的三个离域分子轨道为:= 0.25 φ1 + 0.52 φ2 + 0.43 ( φ3 + φ6) + 0.39 ( φ4 +φ5)1= 0.5 ( φ1 + φ2 ) - 0.5 ( φ4 +φ5 )2= 0.60 ( φ3 -φ6 ) + 0.37 ( φ4 -φ5 )3若用亲核试剂与其反应,则反应发生在(原子编号):------------ ( )(A) 1 (B) 2 (C) 1,2 (D) 3,6 (E) 4,515. 已知C2N2分子偶极矩为0,下列说法何者是错误的?------------- ( )共轭体系(A) 是个线型分子(B) 存在一个44(C) 反磁性(D) C—C键比乙烷中的C—C键短二、填空题(24分)得分评卷人1. 在电子衍射实验中,││2对一个电子来说,代表_____________________。
结构化学复习题及答案
结构化学复习题及答案一、选择题1. 原子轨道的波函数是关于原子核对称的,下列哪个轨道是关于z轴对称的?A. s轨道B. p轨道C. d轨道D. f轨道答案:A2. 根据分子轨道理论,下列哪个分子具有顺磁性?A. O2B. N2C. COD. NO答案:A3. 氢键通常影响分子的哪种性质?A. 熔点B. 沸点C. 密度D. 折射率答案:B二、填空题4. 原子轨道的电子云图是按照______概率密度绘制的。
答案:最高5. 根据价层电子对互斥理论,水分子H2O的几何构型是______。
答案:弯曲6. 一个分子的偶极矩为零,则该分子可能是______分子。
答案:非极性三、简答题7. 简述杂化轨道理论中sp^3杂化的特点。
答案:sp^3杂化是指一个原子的1个s轨道和3个p轨道混合形成4个等价的杂化轨道,这些杂化轨道的电子云呈四面体分布,通常用于描述四面体构型的分子,如甲烷。
8. 什么是分子轨道理论?它与价键理论的主要区别是什么?答案:分子轨道理论是一种化学理论,它将分子中的原子轨道组合成分子轨道来描述分子的电子结构。
与价键理论不同,分子轨道理论不假设电子成对形成共价键,而是将电子视为分布在整个分子空间中的分子轨道上的粒子。
分子轨道理论可以解释分子的磁性和电子的离域性,而价键理论则不能。
四、计算题9. 假设一个氢原子的电子从n=3的能级跃迁到n=2的能级,计算该过程中释放的光子能量。
答案:根据氢原子能级公式E_n = -13.6 eV / n^2,电子从n=3跃迁到n=2时释放的光子能量为ΔE = E_3 - E_2 = -13.6 eV / 3^2 - (-13.6 eV / 2^2) = 1.89 eV。
10. 计算一个CO分子的键能,已知C和O的电负性分别为2.55和3.44,CO的键长为1.128 Å。
答案:根据键能公式E = (χ1 - χ2)^2 / (4 * χ1 * χ2) * (1 - r / r0)^2,其中χ1和χ2分别是C和O的电负性,r是CO的键长,r0是C和O单键的标准键长1.43 Å。
结构化学考试题库(含具体答案)
结构化学考试题库1第一部分量子力学基础与原子结构一、单项选择题(每小题1分)1.一维势箱解的量子化由来()①人为假定②求解微分方程的结果③由势能函数决定的④由微分方程的边界条件决定的。
答案:④2.下列算符哪个是线性算符()①exp ②▽2③sin④答案:②3.指出下列哪个是合格的波函数(粒子的运动空间为0+)()①sinx②e -x③1/(x-1)④f(x)=e x (0x 1);f(x)=1(x 1)答案:②4.基态氢原子径向分布函数D(r)~r 图表示()①几率随r 的变化②几率密度随r 的变化③单位厚度球壳内电子出现的几率随r 的变化④表示在给定方向角度上,波函数随r 的变化答案:③5.首先提出微观粒子的运动满足测不准原理的科学家是()①薛定谔②狄拉克③海森堡③波恩答案:③6.立方势箱中22810ma hE <时有多少种状态()①11②3③7④2答案:③7.立方势箱在22812ma h E ≤的能量范围内,能级数和状态数为()①5,20②6,6③5,11④6,17答案:③8.下列函数哪个是22dx d 的本征函数()①mxe②sin 2x ③x 2+y 2④(a-x)e -x答案:①9.立方势箱中2287ma h E <时有多少种状态()①11②3③4④2答案:③10.立方势箱中2289ma h E <时有多少种状态()①11②3③4④2答案:③11.已知xe 2是算符x P ˆ的本征函数,相应的本征值为()①ih2②i h 4③4ih ④ i h答案:④12.已知2e 2x 是算符x i ∂∂-的本征函数,相应的本征值为()①-2②-4i③-4ih④-ih/π答案:④13.下列条件不是品优函数必备条件的是()①连续②单值③归一④有限或平方可积答案:③14.下列函数中22dx d ,dx d的共同本征函数是()①coskx②xe-bx③e-ikx④2ikxe-答案:③215.对He +离子而言,实波函数||m nl ψ和复波函数nlm ψ,下列哪个结论不对()①函数表达式相同②E 相同③节面数相同④M 2相同答案:①16.氢原子基态电子几率密度最大的位置在r =()处①0②a 0③∞④2a 0答案:①17.类氢体系m43ψ的简并态有几个()①16②9③7④3答案:①18.对氢原子和类氢离子的量子数l ,下列叙述不正确的是()1l 的取值规定了m 的取值范围2它的取值与体系能量大小有关3它的最大取值由解R 方程决定4它的取值决定了轨道角动量M 的大小答案:②19.对He +离子实波函数py2ψ和复波函数121-ψ,下列结论哪个不对()①Mz 相同②E 相同③M 2相同④节面数相同答案:①20.对氢原子实波函数px2ψ和复波函数211ψ,下列哪个结论不对()①M 2相同②E 相同③节面数相同④Mz 相同答案:④21.He +体系321ψ的径向节面数为()①4②1③2④0答案:④22.Li 2+体系3p ψ的径向节面数为()①4②1③2④0答案:②23.类氢离子体系Ψ310的径向节面数为()①4②1③2④0答案:②24.若l =3,则物理量M z 有多少个取值()①2②3③5④7答案:④25.氢原子的第三激发态是几重简并的()①6②9③12④16答案:④26.由类氢离子薛定谔方程到R ,H ,Ф方程,未采用以下那种手段()①球极坐标变换②变量分离③核固定近似④线性变分法答案:④27.电子自旋是()①具有一种顺时针或逆时针的自转②具有一种类似地球自转的运动③具有一种非空间轨道运动的固有角动量④因实验无法测定,以上说法都不对。
高中结构化学试题及答案
高中结构化学试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 原子半径最大的元素是:A. 氢B. 氧B. 钠D. 氟2. 以下哪个元素的电子排布不是按照能量最低原理排列的?A. 氢B. 锂C. 氮D. 氧3. 化学键中,哪种键的性质是“头对头”的?A. 离子键B. 共价键C. 金属键D. 氢键4. 以下分子中,哪个是极性分子?A. CO2B. CH4C. H2OD. C2H45. 以下哪种化合物属于共价化合物?A. NaClC. H2OD. Fe6. 原子核外电子的排布遵循哪一条规则?A. 能量最低原理B. 泡利不相容原理C. 洪特规则D. 所有上述规则7. 以下哪种物质是离子晶体?A. 金刚石B. 石墨C. 食盐D. 干冰8. 以下哪种物质是金属晶体?A. 金刚石B. 石墨C. 铜D. 石英9. 以下哪种物质是分子晶体?A. 金刚石B. 石墨C. 铜D. 冰10. 以下哪种物质是原子晶体?A. 金刚石B. 石墨D. 冰答案:1. C 2. D 3. B 4. C 5. C 6. D 7. C 8. C 9. D 10. A二、填空题(每空1分,共10分)11. 原子中电子数等于________,质子数等于________。
12. 化学键的类型主要有________、________和金属键。
13. 根据分子的极性,分子可以分为________分子和极性分子。
14. 离子晶体是由________构成的,而金属晶体是由________构成的。
15. 原子晶体具有高硬度和高熔点的特性,这是因为它们具有________结构。
答案:11. 中子数,质子数 12. 离子键,共价键 13. 非极性 14. 离子,金属原子 15. 紧密排列的原子三、简答题(每题5分,共10分)16. 请简述什么是共价键,并给出一个例子。
17. 请解释什么是金属键,并说明金属晶体的一般特性。
答案:16. 共价键是由两个原子之间共享一对电子而形成的化学键。
结构化学试题(简答题与计算题)
因为:Δ<P
和
d7
构型,
T 25g
E
2 g
CFSE=8Dq
(2)[Co(NH3)6]3+
因为的Δ>P 和 d6 构型, T26g Eg0
CFSE=24Dq-2p
3 (1)
4 195 (392.3 1012 )3 6.02 1023
1000
2.145 104 kg
/ m3
(2)
r 2a 2 392.3 1012 138.7 pm
2.判断下列分子哪些是共轭分子?
若是共轭分子写出其大π键
m n
CS.2
SO3
PCl3
H C C C H
3.右图为金刚石晶胞在 a-b 平面上的投影图(图中的 数字为碳原子的 c 轴坐标),请用规定符号在图中标出 41,43 螺旋轴的位置,(逆时针旋转方向),并标出菱形 滑移面的位置。并指出其点阵形式。
总能量:
E 2 2 2,
离域能
DE 2 2 2 2( ) 2( 2 1) 0.828
把 x1 2 代入久期方程及 c12 c22 c32 1 ,得
1 2
1
2 2
2
1 2
3
5
k
4 2c2
4 3.142
9 1016
128
127 6.02 10
23
1000
312 Nm1
4.写出下图所示的共轭体系大键的 Huckle 行列式(按照图中标出的原子序号).
5.某一离子晶体经鉴定属于立方晶系。晶胞参数为 4.00 Å,晶胞中顶点位置由 Mg2+所占据, 体心位置为 K+占据,所有棱心为 F-占据。 1.指出 Mg2+和 K+离子的 F-配位数。
结构化学练习题带答案
结构化学复习题一、选择填空题第一章量子力学基础知识1.实物微粒和光一样,既有性,又有性,这种性质称为性。
2.光的微粒性由实验证实,电子波动性由实验证实。
3。
电子具有波动性,其波长与下列哪种电磁波同数量级?(A)X射线 (B)紫外线(C)可见光(D)红外线4.电子自旋的假设是被下列何人的实验证明的?(A)Zeeman (B)Gouy (C)Stark (D)Stern—Gerlach5.如果f和g是算符,则(f+g)(f-g)等于下列的哪一个?(A)f2-g2; (B)f2—g2-fg+gf; (C)f2+g2; (D)(f—g)(f+g)6.在能量的本征态下,下列哪种说法是正确的?(A)只有能量有确定值;(B)所有力学量都有确定值;(C)动量一定有确定值; (D)几个力学量可同时有确定值;7.试将指数函数e±ix表示成三角函数的形式—----—8.微观粒子的任何一个状态都可以用来描述; 表示粒子出现的概率密度.9。
Planck常数h的值为下列的哪一个?(A)1.38×10-30J/s (B)1。
38×10—16J/s (C)6。
02×10—27J·s (D)6。
62×10—34J·s 10。
一维势箱中粒子的零点能是答案: 1。
略。
2。
略. 3.A 4.D 5。
B 6。
D 7.略 8。
略 9。
D 10.略第二章原子的结构性质1.用来表示核外某电子的运动状态的下列各组量子数(n, 1, m, m s)中,哪一组是合理的?(A)2,1,-1,—1/2; (B)0,0,0,1/2;(C)3,1,2,1/2; (D)2,1,0,0。
2.若氢原子中的电子处于主量子数n=100的能级上,其能量是下列的哪一个:(A)13.6Ev; (B)13。
6/10000eV; (C)—13.6/100eV;(D)-13.6/10000eV; 3。
氢原子的p x状态,其磁量子数为下列的哪一个?(A)m=+1; (B)m=—1;(C)|m|=1; (D)m=0;4。
大三结构化学考试题及答案
大三结构化学考试题及答案一、单选题(每题2分,共20分)1. 以下哪种晶体结构中,原子的配位数为12?A. 立方体心立方晶格B. 面心立方晶格C. 六角密堆积D. 体心立方晶格答案:B2. 根据价层电子对互斥理论,水分子的空间构型是:A. 直线形B. V形C. 四面体形D. 三角锥形答案:B3. 在分子轨道理论中,下列哪个分子的键级为2.5?A. H2B. N2C. O2D. F2答案:B4. 下列哪种元素的电负性最高?A. 氟B. 氧C. 氮D. 碳答案:A5. 根据晶体场理论,八面体配位场中,d轨道分裂能Δo的大小与下列哪个因素无关?A. 配体的场强B. 金属离子的电荷C. 配体的几何构型D. 金属离子的电子排布答案:C6. 以下哪种化合物不属于离子化合物?A. NaClB. HClC. MgOD. CaF2答案:B7. 根据分子轨道理论,下列哪种分子的键级为3?A. COB. N2C. O2D. NO答案:A8. 在周期表中,第VA族元素的原子最外层电子排布为:A. ns^2np^1B. ns^2np^2C. ns^2np^3D. ns^2np^4答案:C9. 根据价层电子对互斥理论,氨分子的空间构型是:A. 三角锥形B. 四面体形C. V形D. 直线形答案:B10. 在分子轨道理论中,下列哪个分子的键级为1.5?A. O2B. N2C. COD. NO答案:A二、填空题(每题2分,共20分)1. 根据晶体场理论,八面体配位场中,d轨道分裂能Δo的大小与配体的场强成正比。
2. 价层电子对互斥理论中,分子的几何构型是由中心原子周围的价层电子对数决定的。
3. 电负性是衡量原子吸引电子对的能力的物理量,通常用Pauling电负性标度来表示。
4. 离子化合物是由正负离子通过静电作用力结合而成的化合物。
5. 分子轨道理论认为,分子轨道是由原子轨道通过分子形成时的相互作用而形成的。
6. 根据价层电子对互斥理论,乙炔分子的空间构型是直线形。
大三结构化学考试题及答案
大三结构化学考试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 下列哪种元素的电子排布符合洪特规则?A. 碳(C)B. 氧(O)C. 氮(N)D. 磷(P)答案:C2. 根据原子轨道理论,s轨道的形状是:A. 球状B. 哑铃状C. 双叶状D. 四叶状答案:A3. 价层电子对互斥理论(VSEPR)认为,分子的几何构型是由以下哪个因素决定的?A. 原子核的电荷B. 电子云的排斥C. 原子半径的大小D. 电子的自旋方向答案:B4. 以下哪个化合物不是共价化合物?A. HClB. NaClC. H2OD. CO2答案:B5. 金属键的形成是由于:A. 共用电子对B. 电子的排斥C. 电子的离域D. 电子的局域答案:C6. 晶体场理论中,八面体配位的中心金属离子的d轨道分裂为:A. t2g和egB. a1g和t1uC. e和t2D. a1和t1答案:A7. 下列哪个分子具有顺磁性?A. O2B. N2C. H2D. He答案:A8. 根据分子轨道理论,H2分子的键级是:A. 0B. 1C. 2D. 3答案:B9. 下列哪种晶体属于离子晶体?A. 石墨B. 金刚石C. NaClD. SiO2答案:C10. 以下哪个元素的电负性最高?A. FB. OC. ND. C答案:A二、填空题(每空1分,共20分)1. 根据鲍林电负性标度,电负性最高的元素是________。
答案:氟(F)2. 原子轨道的量子数n可以取的最小值是________。
答案:13. 一个s轨道最多可以容纳________个电子。
答案:24. 根据路易斯酸碱理论,HCl是一个________酸,而NH3是一个________碱。
答案:布伦斯特(Brønsted);路易斯(Lewis)5. 晶体中,面心立方(FCC)结构的配位数是________。
答案:126. 根据分子轨道理论,N2分子的键级是________。
答案:37. 一个原子的电子亲和能是该原子获得一个电子时释放的能量,而电离能是该原子失去一个电子时吸收的能量,因此电离能总是________电子亲和能。
结构化学
练习题一、选择:1.下列条件不是品优函数的必备条件的是( )。
A .连续 B .单值 C .归一 D .有限或平方可积2. 下列算符中,哪些不是线性算符( ) a) ∇2b)d dxc)3d) xy3. 氢原子ψ321状态的角动量大小是( ) a) 3 b) 2 c) 1 d) 64. 考虑电子的自旋, 氢原子n=3的简并波函数有( )种a) 3 b) 9 c) 18 d) 1 5. 类氢原子体系ψ432的径向节面数为( ) a) 4 b) 1 c) 2 d) 06.已知一维势箱中的一个自由电子处在ψ(x )==(2/l )1/2.sin (nπx /l )态(0≤x≤l ),则该电子出现在l /2和3l /4间的概率为( )。
A .P=∣ψ(l/2)∣2+∣ψ(3l/4)∣2B .P=⎰2/4/3l l ∣ψ(x )∣2dxC .P=⎰2/4/3l l ψ(x )dxD .P=⎰4/32/l l ∣ψ(x )∣2dx7.已经ψ=R(r)Θ(ө)Φ(υ)=R(r)·Y(ө,υ),其中各函数皆已归一化,则下列式中,成立的是 ( )。
A 、∫|ψ|2dτ=∫R 2r 2dr B 、∫|ψ|2dτ=∫4πr 2ψ2dr C 、∫|ψ|2dτ=∫4πr 2R 2dr D 、∫|ψ|2dτ=⎰∞R 2r 2dr ⎰π⎰π20Y 2sin ө d ө dυ8.电子云图是下列哪一种函数的图形( )。
A .D (r )B ψ2(r ,ө,υ)C R 2(r )D ψ(r ,ө,υ)9.已知径向分布函数为D (r ),则电子出现在内径r 1=xnm ,厚度为1nm 的球壳内的概率P 为( )。
A. P=D(x+1) — D(x) B.P= D(x) C.P= D(x+1) D.P=⎰+1x xD (r )dr10. 某原子的电子组态为1s 22s 22p 64s 15d 1,其基谱项为( ) a) 3D b) 1D c) 3S d)1S11. 在多电子原子体系中, 采用中心力场近似的Hi ˆ可以写为:------------------------- ( ) ()iiir εZemH 0π-∇π-=481 A 222ˆ()∑≠00π+π-∇π-=ji ji iiirεer εZemH ,22224481 B ˆ ()()ii iir εeσZmH 0π--∇π-=481 C 222ˆ二、填空1.已知一维谐振子的势能表达式为V=kx 2/2,则该体系的定态薛定谔方程应当为( )。
结构化学 试题及答案
结构化学试题及答案A.等于真实体系基态能量B.大于真实体系基态能量《结构化学》答案 C.不小于真实体系基态能量 D.小于真实体系基态能量一、填空(共30分,每空2分 ) 4、求解氢原子薛定谔方程,我们常采用下列哪些近似( B )。
1)核固定 2)以电子质量代替折合质量 3)变数分离 4)球极坐标 ,6,1、氢原子的态函数为,轨道能量为 - 1.51 eV ,轨道角动量为,3,2,1)2)3)4) A.1)3)B.1)2)C.1)4)D.1学号,轨道角动量在磁场方向的分量为。
5、下列分子中磁矩最大的是( D )。
: +2、(312)晶面在a、b、c轴上的截距分别为 1/3 , 1 ,1/2 。
B.C C.C D.B A.Li22223、NaCl晶体中负离子的堆积型式为 A1(或面心立方) ,正离子填入八面体的6、由一维势箱的薛定谔方程求解结果所得量子数n,下面论述正确的是( C ) 装A. 可取任一整数B.与势箱宽度一起决定节点数空隙中,CaF晶体中负离子的堆积型式为简单立方,正离子填入立方体的22姓空隙中。
C. 能量与n成正比 D.对应于可能的简并态名3: D4、多电子原子的一个光谱支项为,在此光谱支项所表征的状态中,原了的总轨道2,,,,,7、氢原子处于下列各状态:1) 2) 3) 4) 5) ,问哪22px3p3dxz3223dzz订6,角动量等于,原子的总自旋角动量等于 2, ,原子的总角动量等于,,2M些状态既是算符的本征函数又是算符的本征函数( C )。
Mz6,,在磁场中,此光谱支项分裂出5个塞曼能级。
系A.1)3) B.2)4) C.3)4)5) D.1)2)5) 别: 11线 8、下列光谱项不属于pd组态的是( C )1/22,r/2a0(3/4,)cos,(3/4,)cos,,(r,,,,)5、= ,若以对作图,(,,,)N(r/a)e2PZ01131 A. B. C. D. PDFS则该图是电子云角度图,也即表示了电子云在方向上单位立体角内的几率(,,,)9、下列对分子轨道概念叙述正确的是( B )。
结构化学习题
结构化学习题19. 10 分(5033)用Huckel MO 法,求烯丙基的(1) π电子能级;(2)π分子轨道;(3) 电荷密度;(4) 键级。
20. 10 分(2258)2258 确定下列体系基态的多重性。
(1) a=2b,二维势箱中10个电子;(2) a=b=c,三维势箱中11个电子;(3) Cr(Z=24)原子的基谱项。
四、问答题( 共1题10分)21. 10 分(4106)以正方体各条棱的中点为顶点构成的多面体有多少个顶点、多少条棱、多少个面?这些面中有无正三边形、正方形、正五边形和正六边形?若有,有几个?给出该多面体所具有的全部对称元素和所属点群。
写出Li原子的哈密顿算符,并说明每一项的物理意义。
若氢原子处于310ψ状态,试计算它的能量E ,轨道角动量M ,轨道角动量和Z 轴的夹角,并指出该状态波函数的节面个数、位置和形状,以及概率密度最大值的位置。
氢原子波函数()都是归一化的和波函数φ?φφφ?1,1,331,1,220,1,21-++=c c c 所描述的状态的能量平均值是多少原子单位?能量为81-原子单位的状态出现概率是多少?角动量平均值是多少?角动量为2的状态出现概率是多少?角动量在Z 轴上分量为2的状态出现概率为多少?已知氦原子的第一电离能I 1 = 24.59eV ,试计算⑴ 第二电离能;⑵ 在1s 轨道上两个电子的互斥能;⑶ 有效核电荷;⑷ 屏蔽常数用斯莱特屏蔽模型方法计算Be 原子的第一电离能I ,并估计Be 原子的2s 轨道能量。
写出下列原子的光谱基项(即基态光谱支项):⑴ Mg ;⑵ Cr ;⑶ Ni ;⑷ Si ;⑸ Co 。
(8-26)2-38 推导出下列组态对应的光谱项:⑴11d p ;⑵11d d ;⑶11f p ;⑷ 111d p s ;⑸111p p p ;假如原子A 以轨道yz d ,原子B 以轨道p x 、p y 或p z 沿着z 轴(键轴)相重叠,试问B 原子中哪些p 轨道能与A 原子的yz d 有效组成分子轨道,哪些不能?为什么?若A 原子是以22y x xy d d -或参加成键呢?结果又如何?请写出、2Cl HCl CN O 2、、-+的分子轨道式,并说明是顺磁性还是逆磁性分别用分子轨道法和价键理论简要地讨论N2和CO的分子结构,并比较它们所得结论的异同。
结构化学习题
1.在八面体配位场中,3d 轨道分裂成几组( A)二组;(B)三组;( C)四组;( D)五组。
2.在弱八面体场中,拥有最大的配位场稳固化能的是以下的哪一个( A) d1( B) d2( C) d3( D) d43.配离子 [Mn(CN) 6]4-中 d 能级分裂状况可由以下哪一种实验测得( A)核磁共振( B)顺磁共振(C)红外光谱( D)电子能谱4.在正四周体配位场中, d 轨道将分裂成几组(A) 1(B)2(C)3(D)45.在八面体配合物中,拥有以下的哪一种电子组态的配合物可能是发生大的畸变( A) t2g5g2(B) t 2g4g2( C) t2g6g3(D) t2g4e e e[Fe( CN)6] 的磁性是以下的哪一种( A)反磁性(B)顺磁性(C)铁磁性(D)反铁磁性7.四周体配合物大多拥有以下那种性质( A)低自旋(B)高自旋(C)反旋(D)铁旋8.在正方形配合物中,若四个配位体分别位于X 轴 Y 轴上,则最高能级的 d 轨道是()。
(A) d xz( B) d z2( C) d xy( D) d x2-y29.关于配位体CN-和 F-各自形成的配位场的强弱比较结果,以下哪一种说法正确( A) CN-强于F-( B) F-强于CN-(C)同样( D)没法判断10.配位场理论是理论的发展,其本质是。
答案 :10.略第七章晶体学基础1.关于晶体的空间构造点阵型式的种类,以下哪一种说法是正确的(A)7种1. 在八面体配位场中, 3d 轨道分裂成几组? ( A )二组;( B )三组;( C )四组;( D )五组。
2. 在弱八面体场中,拥有最大的配位场稳固化能的是以下的哪一个? ( A ) d 1 ( B ) d 2 ( C ) d 3 ( D )d 43. 配离子 [Mn(CN) 6] 4- 中 d 能级分裂状况可由以下哪一种实验测得? ( A )核磁共振 (B )顺磁共振( C )红外光谱 ( D )电子能谱4. 在正四周体配位场中, d 轨道将分裂成几组?(A ) 1(B )2(C )3(D )45. 在八面体配合物中,拥有以下的哪一种电子组态的配合物可能是发生大的畸变? 5242634( A ) t 2g e g (B )t 2g e g (C ) t 2g e g ( D )t 2g6.K 4[Fe ( CN ) 6] 的磁性是以下的哪一种? ( A )反磁性( B )顺磁性( C )铁磁性( D )反铁磁性7. 四周体配合物大多拥有以下那种性质?( A )低自旋 ( B )高自旋 ( C )反旋 8. 在正方形配合物中,若四个配位体分别位于X 轴( D )铁旋Y 轴上,则最高能级的d 轨道是()。
结构化学试题库及答案
结构化学试题库及答案1. 请简述原子轨道的概念,并说明s、p、d轨道的形状。
答案:原子轨道是描述电子在原子核外的空间运动状态的数学函数。
s轨道呈球形,p轨道呈哑铃形,d轨道则有四个瓣状结构。
2. 什么是化学键?请列举三种常见的化学键类型。
答案:化学键是相邻原子之间强烈的相互作用,使得原子能够结合在一起形成分子或晶体。
常见的化学键类型包括离子键、共价键和金属键。
3. 描述分子轨道理论的基本原理。
答案:分子轨道理论是基于量子力学的化学键理论,认为分子中的电子不再属于单个原子,而是在整个分子范围内分布,形成分子轨道。
4. 什么是杂化轨道?请举例说明sp3杂化。
答案:杂化轨道是指原子轨道在形成化学键时,由于原子间的相互作用而重新组合成新的等价轨道。
sp3杂化是指一个s轨道和三个p轨道混合形成四个等价的sp3杂化轨道,常见于四面体构型的分子中。
5. 请解释价层电子对互斥理论(VSEPR)。
答案:价层电子对互斥理论是一种用来预测分子几何形状的理论,它基于中心原子周围的价层电子对(包括成键电子对和孤对电子)之间的排斥作用,从而推断出分子的空间几何结构。
6. 什么是超共轭效应?请给出一个例子。
答案:超共轭效应是指在有机分子中,非成键的σ电子与π电子之间的相互作用,这种效应可以增强分子的稳定性。
例如,在乙烷分子中,甲基上的σ电子可以与乙烯的π电子发生超共轭,从而稳定乙烯。
7. 描述共振结构的概念及其在化学中的重要性。
答案:共振结构是指分子中电子分布的两种或多种等效的描述方式,这些描述方式虽然不同,但都能合理地解释分子的性质。
共振结构在化学中的重要性在于它们提供了一种理解分子稳定性和反应活性的方法。
8. 什么是芳香性?请列举三个具有芳香性的化合物。
答案:芳香性是指某些环状有机化合物具有的特殊稳定性,这种稳定性来源于环上的π电子的离域化。
具有芳香性的化合物包括苯、吡啶和呋喃。
9. 请解释什么是分子的极性,并举例说明。
结构化学习题(含答案)
25.
立方势箱中的粒子,具有 E
12h 2 8ma 2
的状态量子数,nxnynz 是(
)
A.211 B.231 C.222 D.213
26. 一个在一维势箱中运动的粒子,其能量随着量子数 n 的增大( ),其能级差 En+1-En 随着势箱长度的增大( )
A.越来越小 B.越来越大 C.不变
27. 下列算符中不属于线性算符的是( )
6.
在边长为
a
的立方势箱中运动的粒子,其能级 E
3h 2 4ma 2
的简并度是______,
E 27h2 的简并度是_______。 8ma 2
7. 质 量 为 m 的 粒 子 被 局 限 在 边 长 为 a 的 立 方 箱 中 运 动 。 波 函 数 211(x,y,z)=
_________________________;当粒子处于状态211 时,概率密度最大处坐标是
第二章 原子的结构和性质
一. 填空题
1.
氢原子中电子的一个状态为:
1 81 2
Z a0
3
/
2
Zr a0
2
e
Zr 3a0
sin 2 sin 2 ,则
量子数 n 为____,l 为____,m 为____,轨道名称为____。
2. 氢原子的 3d z2 状态的能量为______eV。角动量为______,角动量在磁场方向的分
___________;若体系的能量为
7h2 4ma
2
,
其简并度是_______________。
二. 选择题
1. 若用电子束与中子束分别作衍射实验,得到大小相同的环纹,则说明二者( )
A. 动量相同
结构化学章节习题(含答案!)
第一章 量子力学基础一、单选题: 1、32/sinx l lπ为一维势箱的状态其能量是:( a ) 22229164:; :; :; :8888h h h hA B C D ml ml ml ml 2、Ψ321的节面有( b )个,其中( b )个球面。
A 、3 B 、2 C 、1 D 、03、立方箱中2246m lh E ≤的能量范围内,能级数和状态数为( b ). A.5,20 B.6,6 C.5,11 D.6,174、下列函数是算符d /dx的本征函数的是:( a );本征值为:( h )。
A 、e 2x B 、cosX C 、loge x D 、sinx 3 E 、3 F 、-1 G 、1 H 、2 5、下列算符为线性算符的是:( c )A 、sine xB 、C 、d 2/dx 2D 、cos2x6、已知一维谐振子的势能表达式为V = kx 2/2,则该体系的定态薛定谔方程应当为( c )。
A [-m 22 2∇+21kx 2]Ψ= E ΨB [m 22 2∇- 21kx 2]Ψ= E Ψ C [-m 22 22dx d +21kx 2]Ψ= E Ψ D [-m 22 -21kx 2]Ψ= E Ψ 7、下列函数中,22dx d ,dxd的共同本征函数是( bc )。
A cos kxB e –kxC e –ikxD e –kx2 8、粒子处于定态意味着:( c )A 、粒子处于概率最大的状态B 、粒子处于势能为0的状态C 、粒子的力学量平均值及概率密度分布都与时间无关系的状态.D 、粒子处于静止状态9、氢原子处于下列各状态 (1)ψ2px (2) ψ3dxz (3) ψ3pz (4) ψ3dz 2 (5)ψ322 ,问哪些状态既是M 2算符的本征函数,又是M z 算符的本征函数?( c )A. (1) (3)B. (2) (4)C. (3) (4) (5)D. (1) (2) (5) 10、+He 离子n=4的状态有( c )(A )4个 (B )8个 (C )16个 (D )20个 11、测不准关系的含义是指( d ) (A) 粒子太小,不能准确测定其坐标; (B)运动不快时,不能准确测定其动量(C) 粒子的坐标的动量都不能准确地测定; (D )不能同时准确地测定粒子的坐标与动量12、若用电子束与中子束分别作衍射实验,得到大小相同的环纹,则说明二者( b ) (A) 动量相同 (B) 动能相同 (C) 质量相同13、 为了写出一个经典力学量对应的量子力学算符,若坐标算符取作坐标本 身,动量算符应是(以一维运动为例) ( a )(A) mv (B) i x ∂∂ (C)222x ∂-∂14、若∫|ψ|2d τ=K ,利用下列哪个常数乘ψ可以使之归一化:( c )(A) K (B) K 2 (C) 1/K15、丁二烯等共轭分子中π电子的离域化可降低体系的能量,这与简单的一维势阱模型是一致的, 因为一维势阱中粒子的能量 ( b )(A) 反比于势阱长度平方 (B) 正比于势阱长度 (C) 正比于量子数16、对于厄米算符, 下面哪种说法是对的 ( b )(A) 厄米算符中必然不包含虚数 (B) 厄米算符的本征值必定是实数(C) 厄米算符的本征函数中必然不包含虚数17、对于算符Ĝ的非本征态Ψ ( c )(A) 不可能测量其本征值g . (B) 不可能测量其平均值<g >.(C) 本征值与平均值均可测量,且二者相等18、将几个非简并的本征函数进行线形组合,结果 ( b )(A) 再不是原算符的本征函数(B) 仍是原算符的本征函数,且本征值不变 (C) 仍是原算符的本征函数,但本征值改变19. 在光电效应实验中,光电子动能与入射光的哪种物理量呈线形关系:( B )A .波长B. 频率C. 振幅20. 在通常情况下,如果两个算符不可对易,意味着相应的两种物理量( A)A .不能同时精确测定B .可以同时精确测定C .只有量纲不同的两种物理量才不能同时精确测定 21. 电子德布罗意波长为(C )A .λ=E /h B. λ=c /ν C. λ=h /p 22. 将几个非简并的本征函数进行线形组合,结果( A ) A .再不是原算符的本征函数B .仍是原算符的本征函数,且本征值不变C .仍是原算符的本征函数,但本征值改变23. 根据能量-时间测不准关系式,粒子在某能级上存在的时间τ越短,该能级的不确定度程度ΔE (B )A .越小 B. 越大 C.与τ无关24. 实物微粒具有波粒二象性, 一个质量为m 速度为v 的粒子的德布罗意波长为:A .h/(mv)B. mv/hC. E/h25. 对于厄米算符, 下面哪种说法是对的 ( B )A .厄米算符中必然不包含虚数B .厄米算符的本征值必定是实数C .厄米算符的本征函数中必然不包含虚数 26. 对于算符Ĝ的非本征态Ψ (A ) A .不可能测得其本征值g. B .不可能测得其平均值<g>.C .本征值与平均值均可测得,且二者相等 27. 下列哪一组算符都是线性算符:( C )A . cos, sinB . x, logC . x d dx d dx,,22二 填空题1、能量为100eV 的自由电子的德布罗依波波长为( 122.5pm )2、函数:①xe ,②2x ,③x sin 中,是算符22dxd 的本征函数的是( 1,3 ),其本征值分别是( 1,—1;)3、Li 原子的哈密顿算符,在( 定核 )近似的基础上是:(()23213212232221223222123332ˆr e r e r e r e r e r e mH +++---∇+∇+∇-= )三 简答题1. 计算波长为600nm(红光),550nm(黄光),400nm(蓝光)和200nm(紫光)光子的 能量。
结构化学考试题库(含具体答案)
结构化学考试题库1第一部分量子力学基础与原子结构一、单项选择题(每小题1分)1.一维势箱解的量子化由来()①人为假定②求解微分方程的结果③由势能函数决定的④由微分方程的边界条件决定的。
答案:④2.下列算符哪个是线性算符()①exp ②▽2③sin④答案:②3.指出下列哪个是合格的波函数(粒子的运动空间为0+)()①sinx②e -x③1/(x-1)④f(x)=e x (0x 1);f(x)=1(x 1)答案:②4.基态氢原子径向分布函数D(r)~r 图表示()①几率随r 的变化②几率密度随r 的变化③单位厚度球壳内电子出现的几率随r 的变化④表示在给定方向角度上,波函数随r 的变化答案:③5.首先提出微观粒子的运动满足测不准原理的科学家是()①薛定谔②狄拉克③海森堡③波恩答案:③6.立方势箱中22810ma hE <时有多少种状态()①11②3③7④2答案:③7.立方势箱在22812ma h E ≤的能量范围内,能级数和状态数为()①5,20②6,6③5,11④6,17答案:③8.下列函数哪个是22dx d 的本征函数()①mxe②sin 2x ③x 2+y 2④(a-x)e -x答案:①9.立方势箱中2287ma h E <时有多少种状态()①11②3③4④2答案:③10.立方势箱中2289ma h E <时有多少种状态()①11②3③4④2答案:③11.已知xe 2是算符x P ˆ的本征函数,相应的本征值为()①ih2②i h 4③4ih ④ i h答案:④12.已知2e 2x 是算符x i ∂∂-的本征函数,相应的本征值为()①-2②-4i③-4ih④-ih/π答案:④13.下列条件不是品优函数必备条件的是()①连续②单值③归一④有限或平方可积答案:③14.下列函数中22dx d ,dx d的共同本征函数是()①coskx②xe-bx③e-ikx④2ikxe-答案:③215.对He +离子而言,实波函数||m nl ψ和复波函数nlm ψ,下列哪个结论不对()①函数表达式相同②E 相同③节面数相同④M 2相同答案:①16.氢原子基态电子几率密度最大的位置在r =()处①0②a 0③∞④2a 0答案:①17.类氢体系m43ψ的简并态有几个()①16②9③7④3答案:①18.对氢原子和类氢离子的量子数l ,下列叙述不正确的是()1l 的取值规定了m 的取值范围2它的取值与体系能量大小有关3它的最大取值由解R 方程决定4它的取值决定了轨道角动量M 的大小答案:②19.对He +离子实波函数py2ψ和复波函数121-ψ,下列结论哪个不对()①Mz 相同②E 相同③M 2相同④节面数相同答案:①20.对氢原子实波函数px2ψ和复波函数211ψ,下列哪个结论不对()①M 2相同②E 相同③节面数相同④Mz 相同答案:④21.He +体系321ψ的径向节面数为()①4②1③2④0答案:④22.Li 2+体系3p ψ的径向节面数为()①4②1③2④0答案:②23.类氢离子体系Ψ310的径向节面数为()①4②1③2④0答案:②24.若l =3,则物理量M z 有多少个取值()①2②3③5④7答案:④25.氢原子的第三激发态是几重简并的()①6②9③12④16答案:④26.由类氢离子薛定谔方程到R ,H ,Ф方程,未采用以下那种手段()①球极坐标变换②变量分离③核固定近似④线性变分法答案:④27.电子自旋是()①具有一种顺时针或逆时针的自转②具有一种类似地球自转的运动③具有一种非空间轨道运动的固有角动量④因实验无法测定,以上说法都不对。
结构化学习题集
结构化学习题集习题1:1.1 某同步加速器,可把质子加速至具有100×109eV的动能,试问此时质子速度多大?1.2 计算波长为600nm(红光),550nm(黄光),400nm(蓝光)和200nm(紫光)光子的能量。
1.3 在黑体辐射中,对一个电热容器加热到不同温度,从一个针孔辐射出不同波长的极大值,试从其推导Planck 常数的数值:T/℃1000 1500 2000 2500 3000 3500l max/nm 2181 1600 1240 1035 878 7631.4 计算下列粒子的德布洛意波长(1) 动能为100eV的电子;(2) 动能为10eV的中子;(3) 速度为1000m/s的氢原子.1.5 质量0.004kg子弹以500ms-1速度运动,原子中的电子以1000ms-1速度运动,试估计它们位置的不确定度, 证明子弹有确定的运动轨道, 可用经典力学处理, 而电子运动需量子力学处理。
1.6 用测不准原理说明普通光学光栅(间隙约10-6m)观察不到10000V电压加速的电子衍射。
1.7 小球的质量为2mg,重心位置可准确到2μm,在确定小球运动速度时,讨论测不准关系有否实际意义?1.8 判断下列算符是否是线性\厄米算符:(1)(2)(3)x1+x2(4)1.9 下列函数是否是的本征函数?若是,求其本征值:(1)exp(ikx)(2)coskx (3)k (4)kx1.10 氢原子1s态本征函数为(a0为玻尔半径),试求1s态归一化波函数。
1.11 已知一维谐振子的本征函数为其中a n和α都是常数,证明n=0与n=1时两个本征函数正交。
1.12 若是算符的本征函数(B为常数), 试求α值,并求其本征值。
1.13 计算Poisson 方括,1.14 证明Poisson 方括的下列性质:(1)(2)1.15 角动量算符定义为:, ,证明: (1) (2)1.16 在什么条件下?1.17 设体系处于状态中,角动量和M Z有无定值。
结构化学试题及答案
结构化学试题及答案化学是一门需要多加练习的学科,下面就是小编为您收集整理的结构化学试题及答案的相关文章,希望可以帮到您,如果你觉得不错的话可以分享给更多小伙伴哦!结构化学试题一、选择题(每小题只有一个最佳答案,共18小题,每题两分,共36分)1.下列性质属于化学性质的是A.沸点B.硬度C.稳定性D.溶解性2.下列变化过程中既有物理变化又有化学变化的是A. 活性炭吸附冰箱中的异味B.干冰汽化C.点燃蜡烛D.分离液态空气制取氧气3.下列物质的俗名与化学式一致的是A.水银Ag B碱石灰CaOH C.酒精CH4O D.烧碱NaOH4.吸烟有害健康,其原因是吸烟时会产生多种有害物质,污染环境,害人害己。
香烟燃烧产生的烟气中,最容易与人体血红蛋白结合的物质是A.一氧化碳B.尼古丁C.二氧化硫D.二氧化碳5.下列物质由离子构成的是A.铜B.氯化钠C.氧气D.金刚石6.下列混合物中不属于溶液的是A.食盐水B.泥水C.碘酒D.澄清石灰水7.右边结构示意图表示的微粒是A.原子B.分子C.阳离子D.阴离子8.人类只有一个地球,为了社会可持续发展,必须解决环境保护问题,化学在这方面可以发挥重要的作用。
下列处理不符合这一思想的是A.增加污水处理工厂B.向燃煤中加生石灰固硫C.大量使用含磷酸钠(Na3PO4)的洗衣粉D.垃圾的分类回收和处理9.下列实验操作中能达到实验目的的是A.检验氢气纯度时,没有听到任何响声,表明氢气已纯净B.用适量的水可以区分硝酸铵固体和氢氧化钠固体C.用100ml的量筒量取8.55ml的水D.用PH试纸测定溶液酸碱度时,先将PH试纸用水润湿,然后再测定10遵守实验室规则,学习基本的实验操作方法,是实验成功的重要保证。
下列实验操作不正确的是A.检查装置的气密性B.液体的量取C.液体的加热 D稀释浓硫酸11物质中的杂质(括号内物质为杂质),所选用试剂和操作方法都正确的是物质选用试剂(过量) 操作方法A CO2(CO) O2 点燃B Fe(Cu) 稀盐酸加入稀盐酸充分反应后过滤、洗涤C CuSO4溶液(H2SO4) 氧化铜加入氧化铜粉末充分反应后过滤D 盐酸(H2SO4) Fe 加入Fe粉充分反应后过滤12.家庭生活中一些常见物质的pH如下:物质食醋牛奶食盐水牙膏肥皂水pH 2~3 6~7 7 8~9 9~10当我们被蚊虫叮咬后,蚊虫能在人的皮肤内分泌蚁酸(具有酸的性质),从而使皮肤肿痛。
结构化学习题、详解、答案
第一章 量子力学基础题 解1.1. 给出黑体辐射频率分布函数),(T R ν的单位。
解: 黑体辐射的频率分布函数),(T R ν表示黑体辐射的频率分布,ννd ),(T R 表示在温度T 单位时间内由单位黑体表面积上所发射的频率在νννd ~+间的辐射能量。
121s m J s )(---⋅⋅=νR2m J )(-⋅=νRs m w s m sJm J 2-22⋅⋅=⋅⋅=⋅--式中w 是功率.1.2. 分别计算红光λ=600 nm 和X 射线λ=100 pm 的1个光子的能量、动量和质量。
解:λνc=,νh E =,λhp =,2ch m ν=(1) 波长1λ=600 nm 的红光,813419119310m s 6.62610J s 3.31310J 60010mE h ν----⨯⋅==⨯⋅⨯=⨯⨯ 12793411s m kg 10104.1m10600s J 10626.6----⋅⋅⨯=⨯⋅⨯==λhp 19361128123.31310J 3.68110kg (310m s )h m c ν---⨯===⨯⨯⋅ (2)X 射线2λ=100 pm8134152212310m s 6.62610J s 1.98810J 10010mE h ν----⨯⋅==⨯⋅⨯=⨯⨯ 124123422s m kg 10626.6m10100s J 10626.6----⋅⋅⨯=⨯⋅⨯==λhp 15322228121.98810J2.20910kg (310m s )h m c ν---⨯===⨯⨯⋅ 1.3. 计算波长λ=400nm 的光照射到金属铯上所产生的光电子的初速度。
已知铯的临阈波长为600nm解:根据W h T -=ν其中,201, 2e Tm W h υν== 2012e m h h υνν=-51 6.03010(m s )υ-====⨯⋅1.4. 氢原子光谱中巴尔麦系中波长最长的一条谱线的波数、波长和频率各是多少?波长最短的一条呢?解:氢原子光谱中巴尔麦系谱线的波数可表达为4, 3, )121(~~22=-=n n R ν 其中5-11.09710cm ,R=⨯ 称为Rydberg 常数。
结构化学试题及答案
结构化学试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 以下哪个元素的原子最外层电子数为6?A. 氢B. 碳C. 氧D. 硫答案:B2. 单质分子中,哪个分子的键角不是109.5°?A. 甲烷B. 乙烯C. 乙炔D. 二氧化碳答案:B3. 以下哪个是共价键?A. 离子键B. 金属键C. 范德华力D. 氢键答案:A4. 根据路易斯酸碱理论,以下哪个物质是酸?A. 氨气B. 氢气C. 氢氧化钠D. 二氧化碳5. 以下哪个元素的原子半径最大?A. 锂B. 钠C. 钾D. 铯答案:D6. 以下哪个化合物是离子化合物?A. 二氧化碳B. 氯化氢C. 水D. 氯化钠答案:D7. 以下哪个是分子间作用力?A. 离子键B. 共价键C. 金属键D. 氢键答案:D8. 以下哪个元素属于过渡金属?A. 氦B. 碳C. 铁D. 氖答案:C9. 以下哪个化合物具有平面三角形的分子结构?B. 乙烯C. 乙炔D. 二氧化碳答案:B10. 以下哪个元素的电子排布符合洪特规则?A. 氧B. 氮C. 碳D. 氦答案:B二、填空题(每题2分,共20分)1. 元素周期表中,第IA族的元素最外层电子数为______。
答案:12. 根据分子轨道理论,分子轨道可以分为______和______。
答案:成键轨道;反键轨道3. 金属晶体中,原子间的相互作用力主要是______。
答案:金属键4. 根据路易斯酸碱理论,酸是能够接受______的物质。
答案:电子对5. 元素的电负性越大,其原子半径越______。
答案:小6. 离子化合物中,正负离子之间的相互作用力是______。
答案:离子键7. 氢键是一种比范德华力稍强的______作用力。
答案:分子间8. 过渡金属通常具有______价电子。
答案:多个9. 二氧化碳分子的几何结构是______。
答案:线性10. 根据洪特规则,电子在原子轨道中填充时,优先单独占据______轨道。
答案:不同三、简答题(每题10分,共30分)1. 请简述什么是价层电子对互斥理论,并举例说明。
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1.结构化学研究的是原子、分子和晶体的微观结构,以及这些微观结构与宏观性能之间的关系。
前面几章,我们了解了关于原子、分子的微观结构,这一章,我们来学习晶体的微观结构,以及它的微观结构和宏观性能之间的关系。
2首先来看什么是晶体:……。
所以,在晶体中,原子或分子的排列是具有三维空间的周期性的,每隔一定的距离就会重复出现,这种周期性规律是晶体结构最基本的特征。
那么,我们就可以根据固体物质是不是具有这种周期性结构,把它们分为两类:晶体和非晶态物质。
晶体具有周期性结构,而另一类固体物质,它们内部的原子或分子的排列没有周期性规律,是杂乱无章的,称为非晶态物质,或称为无定形体,(板书)。
自然界中大多数固态物质都是晶体,比如自然界中的岩石,砂子,我们吃的食盐和糖,实验室所用的化学试剂,合成的药物,各种材料等等常常以晶体的形式存在,因此研究晶体结构十分重要。
3晶体的周期性结构使得我们可以把它抽象成“点阵”来研究. 那么,什么是点阵,它又是怎么抽象出来的呢?在晶体内部,原子和分子在三维空间按照周期性重复排列,就要有重复单位,每个重复单位的化学组成相同,空间结构相同,周围环境也相同,那么,最小的重复单位,即晶体中重复出现的最小单元, 作为结构基元. 各个结构基元相互之间不但化学内容完全相同, 而且它们所处的环境也必须完全相同. 每个结构基元(不管它的具体内容)可以用一个数学上的点来代表, 称为点阵点或结点. 于是,从晶体中(在微观上可以看做含有无数个重复单位)无数个重复单位抽象出来的无数个点,在三维空间按一定周期重复排列,就构成了一个点阵.(点阵是一组无限个全同点的集合,连接任意两点可得一矢量,按这矢量平行移动,能使各点复原。
尽管实际晶体的大小有限, 但从微观角度来看, 原子数目仍然极多, 而且处于内部的原子数目远远多于表面. 所以, 不妨将晶体看作无限重复的周期性结构, 相应地, 点阵也就包含无穷多的点阵点了)研究点阵的空间排列规律,就可以了解晶体的周期结构的重复方式。
4点阵(lattice):一组无限的点,连结其中任意两点可得一向量,将此向量平移能使它复原(即当向量的一端落在点阵点上时,另一端也必然落在点阵点上)。
点阵中每个点都具有完全相同的环境。
结构基元(structural motif):点阵结构中每个点阵点所代表的具体内容,包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构单元。
结构基元安置在点阵点的位置上,就得到晶体结构,把晶体中中结构基元变为几何点,就成为点阵。
5我们首先以几种简单的一维周期性结构为例, 说明如何从周期性结构中辨认结构基元(右图中用方框标出), 进而画出点阵. 应当说明, 将结构基元抽象为点阵点以后, 点阵点放在结构单元的何处是任意的, 但所有点阵点的放置必须采用同一标准:由图可见, 并非每个原子或化学单元都能被看作结构基元.1、红色球是一列等距离排列的原子,一个原子为一个结构基元2、2个原子为一个结构基元6再看两个更实际也稍微复杂的问题——硒的螺旋链和伸展聚乙烯链:在此基础上, 再将周期性结构扩展到二维和三维.7我们再来看二维周期性结构。
实例1:Cu晶体的一种密置层(111).每个原子是一个结构基元,对应一个点阵点(图中平行四边形是一个平面正当格子).9.左下图是石墨晶体的一层, 右下图中的小黑点是抽象出的平面点阵(为了比较二者的关系, 暂时将平面点阵放在了石墨层上)11假设石墨层上每个C原子都抽象成点阵点, 得到的是如下的一组无限多个点, 但这并不是点阵! 试选择一个矢量a , 将所有“点阵点”沿此方向平移,请看能够复原吗?如果这样做,你会发现……13下面是一些金属单质的晶体结构,依次叫做立方面心、立方体心和立方简单.其中, 属于立方面心的金属有Ni Pd Pt Cu Ag Au等; 属于立方体心的金属有Li Na K Cr Mo W等; 属于立方简单的金属很少.如何将这些金属的晶体结构抽象成点阵呢?14这里的每一个原子就是一个结构基元,从而都可以被抽象成一个点阵点. 所以,点阵看上去与晶体结构一样, 只是概念上有所不同.19如果说CsCl型和NaCl型晶体中都有A、B两种不同的原子, 因而不能都被抽象为点阵点的话,金刚石中的C原子都能被抽象为点阵点吗?假若可以这样做的话,得到的“点阵点”看上去与晶体中原子的分布相同. 现在, 请你根据点阵的数学定义来检验. 例如, 按图中箭头所示将所有点进行平移,这组点能复原吗?不能. 说明这组点违反了点阵的定义, 本身就不是点阵! 更别说是金刚石晶体的点阵了.金刚石的C原子在空间的成键取向不同,20正确的做法是按统一的取法把每一对原子C-C作为一个结构基元,抽象成为一个点阵点,就得到正确的点阵——立方面心.22正确的做法是按统一的取法把一对原子Mg-Mg作为一个结构基元,抽象成为一个点阵点,就得到正确的点阵——六方简单:23为了避免出错,当你把一种晶体抽象成一组点以后,应当问自己两个问题:24格子:反映了晶体结构的周期性33我们了解了空间点阵,及其点阵单位,我们再来介绍一个很重要的名词,晶胞。
显然,这些小晶块儿相互之间没有任何差别,所以,搞清楚一个小晶块儿的结构,也就搞清了整个晶体的结构。
我们把这种小晶块称为晶胞,它是代表晶体结构的最小单位。
按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面体单位称为晶胞。
36点阵单位=格子,晶格结构基元是周期性结构中重复排列的最小单位,对应的是点阵点而不是点阵单位。
!仅由点阵点当然不可能知道它们在点阵中的排列情形,也就不知道结构基元在晶体中的排列情形。
所以,结构基元必须再加上点阵才等于晶体。
这就是:晶体=结构基元+点阵。
41下面一些晶胞作为观察和练习晶胞两要素的材料(以下各图中A与B代表两种异号离子,而不必特指具体的元素)A:原点,上下心一个,左右心一个,前后心一个44我们在学习分子结构的对称性时,知道四种类型的宏观对称元素和对称操作。
由于晶体具有空间点阵结构,所以增加平移的对称操作。
此外,45我们从瓷砖铺地的二维问题谈起:二重对称的长方砖和平行四边形砖、三重对称的正三角形砖、四重对称的正方砖、六重对称的六角形砖都可以扑出无孔隙的地板。
正五边形、正七变形也能如此吗?直觉告诉我们,不行。
47这就证明了点阵结构中旋转轴的轴次n只有1,2,3,4,6,这五种52包含平移对称性的对称元素,其本身的数目也是无限的。
现实的晶体中原子数目虽然有限,但由于其数目很多,而且微观对称操作中的平移量是及其微小的,故可以忽略边界效应,用理想化的点阵结构来描述。
53现将晶体中可能存在的宏观和微观对称元素汇集于表中,包括书写符号和图形符号。
有些对称元素的含义比较复杂,目前不做解释。
在讨论晶体对称性的许多场合会用到这些符号85截数:平面点阵与坐标轴相交,在3个坐标轴上的截数,以abc为单位的截距的数目,即abc的份数吧截数之比即可反映出平面点阵的方向。
但直接由截数之比表示时,当平面点阵和某一坐标轴平行时,截数将会出现无穷。
为避免出现无穷,规定用截数的倒数之比作为平面点阵的指标。
98根据晶体结构具有点阵结构的特点,在描述和表达一个晶体的结构时,只要了解晶胞的大小、形状、晶体的对称性以及晶胞内部原子的坐标参数即可。
由于晶胞内部原子之间往往有对称元素将它们联系起来,当表达原子的坐标参数时,不需要将晶胞中每一个原子的坐标参数都标出来,只要标出不对称单位中的原子坐标参数即可。
109(1)弗仑克尔缺陷具有足够大能量的原子(离子)离开平衡位置后,挤入晶格间隙中,形成间隙原子离子,在原来位置上留下空位。
(2)肖特基缺陷表面层原子获得较大能量,离开原来格点位跑到表面外新的格点位,原来位置形成空位。
这样晶格深处的原子就依次填入,结果表面上的空位逐渐转移到内部去。
F:有些原子离开平衡位置,挤入间隙,形成空位和间隙原子S:一对正负离子同时离开平衡位置而迁移到晶体表面,原来的位置形成一对正负离子空位晶体热缺陷的存在对晶体性质及一系列物理化学过程,导电、扩散、固相反应、烧结等产生重要影响,适当提高温度,可提高缺陷浓度,有利于扩散,烧结作用,外加少量填加剂也可提高热缺陷浓度,有些过程需要最大限度避免缺陷产生, 如单晶生产,要非常快冷却。
离子晶体中由于正负离子的运动是晶体具有可观的导电性加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站111晶体的周期性结构能够对X射线产生衍射效应。
X射线衍射法于1912年问世,到40-50年代,许多有代表性的无机物和有机物的晶体结构已被测定,总结出一些列结构化学规律,阐明固体物理的许多效应。
近一个世纪来,晶体的X射线衍射取得了极为丰富的成果。
计算机技术的发展促进了衍射实验和数据处理的自动化,更使X射线衍射法如虎添翼,称为人类认识物质微观结构的重要途径和化学、物理学、材料学、矿物学、冶金学、生物学等科学技术的基础。
1997年,瑞士科学家利用X射线晶体成像法首次发现了DNA关键部位的原子结构。
科学史话:晶体点阵理论提出时是一种非常超前的理论, 当时没有实验手段能证明它. 1895年伦琴发现X射线,1899年哈加和温德观测到X射线通过几nm的缝隙后稍有扩展而估计它的波长数量极约为10-10m. 1912年劳厄(Laue)产生了一个极妙的想法: 假设晶体确实是点阵结构,就可作为天然光栅使X射线发生衍射. 但这种新颖的想法却受到包括伦琴本人在内的一些人嘲笑, 并与劳厄打赌, ,限期一月. 劳厄用ZnS屡试不成, 交给两个研究生. 就在他们感到山穷水尽,进行最后一次实验时,抱着试试看的心理将感光底片从晶体侧面移到后面,衍射图案出现了!这不仅证明了X射线是波长极短的光波,意义更为重大的是开创了一门新学科——X射线晶体学,晶体微观结构的玄妙之门从此逐渐向人类敞开了.“众里寻她千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处”,科学研究的成功往往就在“再坚持几步”!141磁性散射:中子磁矩和原子磁矩的相互作用①X射线是与电子相互作用,因而它在原子上的散射强度与原子序数Z成正比,而中子是与原子核相互作用,它在不同原子核上的散射强度不是随Z值单调变化的函数,这样,中子就特别适合于确定点阵中轻元素的位置(X射线灵敏度不足)和值邻近元素的位置(X 射线不易分辨);②对同一元素,中子能区别不同的同位素,这使得中子衍射在某些方面,特别在利用氢-氘的差别来标记、研究有机分子方面有其特殊的优越性;③中子具有磁矩,能与原子磁矩相互作用而产生中子特有的磁衍射,通过磁衍射的分析可以定出磁性材料点阵中磁性原子的磁矩大小和取向,因而中子衍射是研究磁结构的极为重要的手段;④一般说来中子比X 射线具有高得多的穿透性,因而也更适用于需用厚容器的高低温、高压等条件下的结构研究。