无机化学第10章共价键与分子结构习题全解答.doc--12-19

解： ①HgCl2
HgCl2分子的中心原子为Hg原子。基态时Hg原子的价电子构型为 6s2。当Hg原子与Cl原子相遇形成HgCl2时，Hg的6s轨道中的1个电子 激发到1个6p轨道，然后6s轨道和该6p轨道采用sp杂化形成2个等同的 sp杂化轨道：
并分别与两个Cl原子的3p单电子轨道重叠形成2个Hg-Cl σ键。HgCl2 分子构型是直线形，为非极性分子。
键的极性大小为P-Br＞O-Br＞N-Br （3）C-S：Δχ=2.58-2.55=0.03
B-F：Δχ=3.98-2.04=1.94 N-O：Δχ=3.44-3.04=0.40 键的极性大小为B-F＞N-O＞C-S
7、H2O分子，O－H键长0.96 Å，H－O－H键角104.5o，偶极矩1.85D。 （1）O－H键矩指向哪个方向？水分子偶极矩的矢量和指向哪个方
解：可根据电负性差值判断题中各组化合物化学键的极性，电负性差值越大，则化学键极性
越大。所以有：
（1）C-F ：Δχ=3.98-2.55=1.43
O-F： Δχ=3.98-3.44=0.54
Be-F：Δχ=3.98-1.57=2.41
键的极性大小为Be-F＞C-F＞O-F （2）N-Br：Δχ=3.04-2.96=0.08 P-Br：Δχ=2.96-2.19=0.77 O-Br：Δχ=3.44-2.96=0.48
现象并参考有关书籍加以证明。
解：（1）在偶氮苯中，氮的杂化方式是sp2；氢化偶氮苯氮的杂化方
式是sp3。
（2）偶氮苯中，2个N原子的价轨道中各有1个p轨道未参与杂化，12
个C原子各有1个p轨道未参与杂化；氢化偶氮苯中，N原子所有的价 轨道都参与了杂化， 12个C原子各有1个p轨道未参与杂化。 （3）偶氮苯中，N－N—C的键角稍小于120°；氢化偶氮苯中N－N —C的键角稍小于109°28’。 （4）C12H10N2中的所有原子在同一个平面，所以比C12H12N2的π 电子有更大程度的重叠。 （5）这种现象与（4）中观点一致。 （6）C12H10N2中同一平面的14个原子形成大π键，体系能量降低，吸 收波长向长波移动，所以出现深橘红色。
C原子为COCl2的中心原子。基态时C原子价电子构型为2s22p2， 当C原子与O 原子、Cl原子相遇形成COCl2分子时，C原子2s轨道的1 个电子激发到一个空的2p轨道，然后采用sp2杂化形成3个sp2杂化轨 道：
其中2个sp2杂化轨道分别与2个Cl原子的3p单电子轨道重叠形成2个CClσ键，另一个sp2杂化轨道和O原子的2p单电子轨道形成C-Oσ键，O 原子另一个2p单电子轨道与C原子未参加杂化的2p轨道肩并肩重叠形 成π键。COCl2分子构型是三角形，为极性分子。 ⑥NCl3
③SiCl4 Si原子为SiCl4的中心原子，基态时价电子构型为3s23p2，当Si原
子与Cl原子相遇形成SiCl4分子时，Si原子3s轨道的1个电子激发到一 个空的3p轨道，然后采用sp3杂化形成4个等同的sp3杂化轨道：
并分别与4个Cl原子3p单电子轨道重叠形成4个Si-Cl σ键。SiCl4分子 构型是正四面体，为非极性分子。 ④CO2
根据价层电子对互斥理论，Br3-离子中的Br原子的 价层电子对数=；孤对电子数=5-2=3 所以分子构型为直线形。
4、SiF4，SF4，XeF4都具有AF4的分子组成，但它们的分子几何构型都 不同，试用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论说明每种分子构型并解 释其原因。 解： （1） 根据杂化轨道理论，SiF4分子中Si采用sp3杂化，Si的4个sp3杂化
（3）O2+[()2()2()2()2] O22-[()2()2()2()2] N22-[()2()2()2()2]
()2()2()1 因此具有顺磁性的是。
12、写出下面阳离子的分子轨道的电子结构式：（1），（2）,（3）， （4）。 解：（1） ()2()2()2()21
（2） ()2()2()1 （3） ()2()2()2()2 （4） ()2()2()2
P原子为PCl5的中心原子。基态时P原子价电子构型为3s23p3 d0, 当P原子与Cl 原子相遇形成PCl5分子时，P原子采取sp3d杂化形 成5个sp3d杂化轨道：
并分别与5个Cl的3p单电子轨道重叠，形成5个P-Clσ键，PCl5分子构型 是三角双锥，为非极性分子。
3、用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论分别说明下列分子或离子的 几何构型：
②BF3 BF3分子的中心原子是B原子。基态时B原子的价电子构型为
2s22p1。当B原子与F原子相遇形成BF3分子时，B原子2s轨道中的1个 电子激发到1个空的2p轨道，然后采用sp2杂化形成3个等同的sp2杂化 轨道：
并分别与3个F原子2p单电子轨道重叠形成3个B-F σ键。BF3 分子构 型是平面三角形，为非极性分子。
（3） 根据杂化轨道理论，XeF4中Xe采取sp3d2杂化，其中4个sp3d2杂化 轨道与4个F原子的2p单电子轨道重叠， 2个sp3d2杂化轨道被孤对电子 占据，分子几何构型为平面正方形。 根据价层电子对互斥理论，XeF4中原子Xe的 价层电子对数= ；孤对电子数为2。分子构型为平面正方形。
5、根据下列物质的Lewis结构判断其σ键和π键的数目。 （1）CO2；（2）NCS－；（3）H2CO；（4）HCO(OH)，其中碳原子连
键级=(2-1)/2=0.5 (4) 离子将分解。因为当离子中的()1电子被光激发到反键轨道()中时，
体系的能量比键合前基态H原子的能量还高，因此不能稳定存 在。 11、（1）如何理解顺磁性？ （2）如何通过实验判断某物质是否是顺磁性物质？
（3）下面哪些离子具有顺磁性：？ 解：（1）分子或离子中存在未成对电子，且顺时针方向自旋的未成 对电子数与逆时针方向自旋的未成对电子数不能完全抵消，分子表 现为顺磁性。 （2）最简单的方法是通过磁天平测量其磁矩，磁矩不为零的物质为 顺磁性物质。
（3）预测每一种物质中N－N—C的键角？ （4）据说C12H10N2的π电子比C12H12N2有更大程度的重叠，讨论这
种观点，并说出你的答案是C12H10N2还是C12H12N2。
（5）C12H10N2的所有原子在同一个平面，而C12H12N2不是。这种现
象是否与（4）中的观点一致。
（6）C12H10N2是一种深橘红色wk.baidu.com而C12H12N2几乎无色，试讨论这种
13、偶氮染料是一种有许多用途的有机染料，比如染布。许多偶氮染料 是由偶氮苯（C12H10N2）衍生的，其中一个与偶氮苯分子很相近的物质 是氢化偶氮苯（C12H12N2）， 这两种物质的Lewis结构如下：
偶氮苯
氢化偶氮苯
（1）在每种物质中，N原子的杂化方式是什么？
（2）在每一种物质中，N和C原子还有多少价轨道未被杂化。
9、查附表5.5中相关键能数据，计算下列各气相反应的焓变ΔH。 （1）
（2）
解：(1) ΔH=D(C-H)+D(Cl-Cl)-D(C-Cl)-D(H-Cl) =411+242-397-431 = -175kJ/mol (2) ΔH=2D(O-H)- D(C=O)- D(H-H) =2×467-749-436 =-248 kJ/mol
第10章 共价键与分子结构
1. 写出下列物质的Lewis结构式并说明每个原子如何达到八电子结 构：HF，H2Se，H2C2O4(草酸)，CH3OCH3(甲醚)，H2CO3， HClO，H2SO4，H3PO4。
解：
，
，
，
，
，
，
。 上述分子中的原子除H原子外，其他原子通过所形成的共价键共有电
子和价电子层孤对电子共同构成8电子结构。 2、用杂化轨道理论说明下列化合物由基态原子形成分子的过程（图示 法）并判断分子的空间构型和分子极性：HgCl2，BF3，SiCl4，CO2， COCl2，NCl3，H2S，PCl5。
轨道分别与4个F原子的2p单电子轨道重叠，形成正四面体。 根据价层电子对互斥理论，SiF4分子中原子Si的 价层电子对数=；孤对电子数为0。分子是正四面体构型。
（2） 根据杂化轨道理论，SF4分子中S采用sp3d杂化，S的4个sp3d杂化 轨道与4个F原子的2p单电子轨道重叠，1个sp3d杂化轨道被孤对电子 占据，分子几何构型为变形四面体。 根据价层电子对互斥理论，SF4分子中原子S的 价层电子对数=；孤对电子数为1。分子构型为变形四面体。
S原子为H2S的中心原子。基态时S原子价电子构型为3s23p4, 当S 原子与H 原子相遇形成H2S分子时，S原子采取sp3杂化形成4个sp3杂 化轨道：
其中2个sp3杂化轨道分别与2个H原子的1s单电子轨道重叠形成2个HSσ键，另外2个sp3杂化轨道被孤对电子占据。H2S分子构型是V形， 为极性分子。 ⑧PCl5
C原子为CO2的中心原子。基态时C原子价电子构型为2s22p2，当 C原子与O 原子相遇形成CO2分子时，C原子2s轨道的1个电子激发到 一个空的2p轨道，然后采用sp杂化形成2个等同的sp杂化轨道：
并分别与2个O原子的2p单电子轨道重叠形成2个σ键，两个O原子的 一个2p单电子轨道与C原子未参与杂化的2p轨道肩并肩重叠形成π 键。CO2分子构型是直线形，为非极性分子。 ⑤COCl2
N原子为NCl3的中心原子。基态时N原子价电子构型为2s22p3, 当 N原子与Cl 原子相遇形成NCl3分子时，N原子采取sp3杂化形成4个sp3 杂化轨道：
其中3个sp3杂化轨道分别与3个Cl原子的3p单电子轨道重叠形成3个CClσ键，另一个sp3轨道被孤对电子占据。NCl3分子构型是三角锥， 为极性分子。 ⑦H2S
个sp3杂化轨道被孤对电子占据，其分子的几何构型为V形。 根据价层电子对互斥理论，H2Te中的Te原子的
价层电子对数=；孤对电子数=4-2=2 所以H2Te分子构型为V形。 （4） 根据杂化轨道理论，Br3-离子中的中心原子Br其成键方式可以理 解为Br原子的价轨道采用sp3d杂化与2个Br原子形成2个σ键，另外3个 sp3d杂化轨道被孤对电子占据，其分子的几何构型为直线形。
10、考虑离子和离子。 （1）画出其分子轨道能级图。 （2）用分子轨道写出它们的分子轨道电子结构式。 （3）它们的键级各是多少？ （4）假设离子被光激发，使得其电子由低能级轨道跃迁到高能级轨
道，猜测激发态的离子是否将消失，并解释。 解：（1）H2+：
H2-：
(2) ()1; ()2()1 (3) 键级=1/2=0.5
接了一个氢原子和两个氧原子。 解：（1）
，分子中有2个σ键，2个π键 （2）[
]—，分子中有2个σ键，2个π键 （3）
，分子中有3个σ键，1个π键 （4）
，分子中有4个σ键，1个π键
6、按键的极性从大到小的顺序排列下列每组键：
（1）C-F，O-F，Be-F；
（2）N-Br，P-Br，O-Br
（3）C-S，B-F，N-O
向？ （2）计算O－H键的键矩的大小。
解：（1）O－H键矩指向O，水分子偶极矩的矢量和的方向沿H－O－H 键角的角平分线指向O。
（2）根据余弦定律，O－H键矩=deb 。
8、预测CO、CO2、和中C-O键长度的顺序。 解：CO分子中的C-O键是叁键，CO2分子中的C-O键是双键，中C-O键包
含1个σ键并与另外两个O原子共用1个三中心四电子大π键，所以其 键长大小顺序为CO＜CO2＜。
（1）；（2）HCN；（3）H2Te；（4） 解：
（1） 根据杂化轨道理论，PCl4+离子中的中心原子P其成键方式可 以理解为P+离子的价轨道采用sp3杂化与4个Cl原子分别形成4个σ 键，其分子的几何构型为正四面体。
根据价层电子对互斥理论，PCl4+离子中的P原子的 价层电子对数= ；孤对电子数=4-4=0 所以PCl4+离子的几何构型为正四面体。 （2） 根据杂化轨道理论，HCN分子中的中心原子C其成键方式可 以理解为C原子的价轨道采用sp杂化与1个H原子和1个N原子分别 形成2个σ键，C原子未参与杂化的2个2p轨道与N原子的2p轨道肩 并肩重叠形成2个π键。其分子的几何构型为直线形。 根据价层电子对互斥理论，HCN中的C原子的 价层电子对数=；孤对电子数=2-2=0 所以HCN分子的几何构型为直线形。 （3） 根据杂化轨道理论，H2Te分子中的中心原子Te其成键方式可理解 为C原子的价轨道采用sp3杂化与2个H原子分别形成2个σ键，另外2