基础化学第十章 分子结构习题答案

7．下列分子结构有无产生氢键的可能？如果有的话，是分子内氢键还是分子间氢键？
(1) NH3(2) C6H6(3) (4)
解(1) NH3中可以形成分子间氢键。(2) C6H6不能产生氢键。
(3)可以产生分子间氢键。(4)可以产生分子内氢键。
8．指出下列化合物中成键原子可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何形状。
解 在SiF4的形成过程中，Si的价电子组态为3s23p2，成键之前Si的一个3s电子跃迁到3p能级，然后发生sp3杂化。形成四个sp3杂化轨道，每个杂化轨道再与F的2pX轨道重叠形成一个σ键。分子为正四面体。杂化过程表示如下：
在H2S分子形成过程中，S的价电子组态为3s23p4，中心原子S发生不等性sp3杂化。四个杂化轨道成分和能量都不相同，其中有两个杂化轨道被孤对电子占据。另外的两杂化轨道与H的1S轨道重叠形成σ键。所以分子的空间构型为V型。中心原子的杂化过程表示如下：
(1)BeH2；(2) BI3；(3) SbI3；(4) CCl4
解(1)BeH2SP杂化，分子的空间构型是直线。
(2) BI3SP2杂化，分子的空间构型是平面正三角型。
(3) SbI3不等性SP3杂化，分子的空间构型为三角锥。
(4) CCl4SP3杂化，分子的空间构型为正四面体。
9.为什么氖不能形成双原子分子？试用分子轨道理论解释。
4．分子间作用力有几种类型？它们是怎样产生的？
解：分子间作用力的类型包括范德华力（取向力、诱导力、色散力）、氢键。极性分子有永久偶极，永久偶极间的相互作用力叫取向力，当极性分子与非极性分子相遇时，极性分子相当一个外电场，使非极性分子产生诱导偶极，极性分子的永久偶极与非极性分子的诱导偶极之间产生的作用力叫做诱导力。非极性分子，由于分子内电子的运动，原子核的振动，正负电荷重心发生相对位移，产生瞬时偶极，瞬时偶极之间的相互作用力叫做色散力，存在于所有分子之间。当H原子与一个半径很小，电负性很大的原子（N、O、F）形成共价键后，它几乎成为裸体质子，可以与另一个电负性大，半径小的原子（N、O、F）形成第二个键，这个键就叫做氢键。氢键有方向性和饱和性。
解：He Ne Ar Kr Xe是在同一个族中，在同一主族中，元素原子半径增大是矛盾的主要方面，起主导作用的，有效核电荷的增加，相对影响弱。所以，随着元素原子序数的增加，原子半径增大，色散力逐渐增大，导致了随元素原子序数增加沸点升高。
14、判断下列各组分子间存在着哪种分子间作用力。
（1）苯和四氯化碳（2）乙醇和水（3）苯和乙醇（4）液氨
键级=1.5
O2[KK（σ2s）2(σ*2s)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π*2py)1(π*2pz)1]顺磁性。
键级=2
最稳定的是CO+，最不稳定的是Be2。
11.预测下列分子的空间构型，指出电偶极矩是否为零并判断分子的极性。
SiF4、NF3、BCl3、H2S、CHCl3
解SiF4、正四面体，电偶极矩为零，非极性分子。
（6）HF和NF3HF的极性大，NF3的极性小，因为HF中键的极性大而且又是直线型分子。NF3分子是三角锥，键的极性小，因为键合原子的电负性差小，所以分子的极性小。
13、已知稀有气体的沸点如下，试说明沸点递变的规律和原因。
物质各称：He Ne Ar Kr Xe
沸点（K）4.26 27.26 87.46 120.26 166.06
（6） 极性分子固有的偶极叫做永久偶极，永久偶极间的相互作用力叫做取向力。对非极性分子而言，由于分子内电子的不断运动，原子核在不断的振动，使分子的正负电荷重心不断地发生瞬间相对位移，这种情况下出现的偶极叫做瞬间偶极。瞬间偶极之间的相互作用力叫做色散力。
2. 试预测SiF4和H2S分子的空间构型，说明中心原子的杂化过程。
解Li2[KK（σ2S）2]键级=1 是反磁性的，分子中没有单电子。
Be2[KK（σ2S）2（σ*2S）2]键级=0 分子不存在。
CO+，[KK（σ2S）2（σ*2S）2（π2py）2（π2pz）2（σ2px）1]顺磁性。
键级=2.5
O2-，[KK（σ2s）2(σ*2s)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π*2py)2(π*2pz)1]顺磁性。
解（1）HCl和HI HCl分子极性较强，氯的电负性比碘的电负性大。
（2）H2O和H2S H2O分子的极性较强，氧的电负性比硫的大。
（3）NH3和PH3氨分子极性较强，N电负性比P的电负性大。
（4）CH4和SiH4两者都是非极性分子，因为都是正四面体结构。
（5）CH4和CHCl3CHCl3是极性分子，甲烷是非极性分子。
第十章分子结构
习题答案
1.区别下列名词：
(1)σ键和π键
(2)极性键和极性分子
(3)氢键和范德华力
(4)等性杂化和不等性杂化
(5)成键轨道和反键轨道
(6)永久偶极和瞬间偶极
解：（1）σ键是s—s s—pXpX—pX原子轨道以头碰头方式重叠形成的共价键，成键电子云分布在两核之间，稳定性比较大。π键是由pY—pYpZ—pZ以肩并肩方式重叠形成的，成键电子云分布在X轴所在平面的上下两侧，π键不能单独存在，只能存在于共价双键或共价叁键中，比σ键的稳定性小，容易发生反应。
（4） 原子轨道杂化后所形成的杂化轨道的成分和能量完全等同，这样的杂化就叫做等性杂化。如果原子轨道杂化以后所形成的杂化轨道的能量和成分不相同的，这样的杂化叫做不等性杂化。如水分子、氨分子在形成时中心原子采用的就是不等性sp3杂化。
（5） 原子轨道线性组合形成分子轨道时，在形成的分子轨道中一半的分子轨道能量降低，叫做成键轨道。另一半的分子轨道能量升高叫做反键轨道。参加线性组合的原子轨道数和形成的分子轨道数相等。
NF3、三角锥，电偶极矩大于零，极性分子。
BCl3、平面正三角形，电偶极矩为零，非极性分子。
H2S、V字型，电偶极矩大于零，极性分子。
CHCl3、四面体，电偶极矩大于零，极性分子。
12、下列各对分子中，哪个分子的极性较强？试简单说明原因。
（1）HCl和HI（2）H2O和H2S（3）NH3和PH3
（4）CH4和SiH4（5）CH4和CHCl3（6）HF和NF3
解按分子轨道理论，氖的价电子组态为1S2，如果形成双原子分子，其分子轨道排布式为（σ1S）2（σ1S*）2键级=0 ，键级为零的分子不存在。
10.今有下列双原子分子或离子：
Li2，Be2，CO+，O2-，O2
(1)写出它们的分子轨道式。
(2)计算它们的键级，判断其中哪个最稳定？哪个最不稳定？
(3)判断哪些分子或离子是顺磁性的？哪些是反磁性的？
（2） 电负性不同的两元素原子间形成的共价键，正电荷重心与负电荷重心不能完全重合，一端带部分正电荷，另一端带部分负电荷，这样的共价键为极性键。以共价键形成的分子，如果分子的正、负电荷重心不能重合，分子的一端带部分正电荷，另一端带部分负电荷，这样的分子就是极性分子。分子的偶极矩大于零。
（3） 氢原子与电负性很大（如N、O、F）半径很小的原子结合以后，几乎成为裸体质子，正电荷密度很大，可以与另一个电负性很大半径很小的原子形成第二个键，这个键就叫做氢键。氢键有方向性和饱和性。分子间存在一种只有化学键键能的1/10—1/100的弱的作用力，最早由荷兰物理学家van der Waals提出，故称作范德华力。包括取向力、诱导力、色散力三种。
16、常温下F2和Cl2为气体，Br2为液体，I2为固体，原因是什么？
解：F2、Cl2、Br2、I2为卤素单质，都是非极性分子，分子间只存在色散力，它们都是主族元素，在同一主族中，随元素原子序数的增加，原子半径逐渐增大，分子的体积越来越大，色散力同样逐渐增大，这样就使得这些单质双原子分子的分子间的色散力逐渐增大，熔、沸点升高。所以，常温下F2和Cl2为气体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱBr2为液体，I2为固体。
解：（1）苯和四氯化碳分子间存在色散力。
（2）乙醇和水分子间存在取向力、诱导力、色散力、氢键。
（3）苯和乙醇分子间存在诱导力、色散力。
（4）液氨分子间存在取向力、诱导力、色散力、氢键。
15、将下列每组分子间存在的氢键按由强到弱的顺序排列。
（1）HF和HF（2）H2O和H2O（3）NH3和NH3
解：（1）HF和HF>（2）H2O和H2O>（3）NH3和NH3
5．下列物质哪些是极性分子？哪些是非极性分子？
HBr,，SiO2，CHCl3,PCl3,CCl4
解：SiO2和CCl4是非极性分子；HBr、CHCl3、PCl3是极性分子。
6．为什么水的沸点比氧的同族元素(S、Se等)氢化物的沸点高得多？
解：水分子间除了存在分子间力以外还存在分子间氢键。而H2S、H2Se中不存在分子间氢键，所以水的沸点高得多。
3.结合Cl2分子的形成，说明共价键形成的条件并解释为什么共价键具有方向性和饱和性。
解Cl的价电子组态为3s23p5，有一个单电子的3PX轨道，在形成氯分子时，两个氯原子的3PX单电子轨道相互重叠，形成一个σ键。当这两个原子轨道相互重叠时，必须按一定的空间取向，沿X轴的方向才能实现最大重叠成键，在其它方向上不能有效重叠成键，所以说共价键有方向性。形成一个共价键后，电子全部配对，没有了单电子轨道，就不能再形成其它的共价键。这就是共价键的饱和性。