10章共價(jià)鍵與分子結(jié)構(gòu)習(xí)習(xí)題全解答

1、第10章 共價(jià)鍵與分子結(jié)構(gòu)習(xí)題解答1. 寫出下列物質(zhì)的Lewis結(jié)構(gòu)式并說明每個(gè)原子如何達(dá)到八電子結(jié)構(gòu)：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，其他原子通過所形成的共價(jià)鍵共有電子和價(jià)電子層孤對(duì)電子共同構(gòu)成8電子結(jié)構(gòu)。2、用雜化軌道理論說明下列化合物由基態(tài)原子形成分子的過程（圖示法）并判斷分子的空間構(gòu)型和分子極性：HgCl2，BF3，SiCl4，CO2，COCl2，NCl3，H2S，PCl5。解：HgCl2 HgCl2分子的中心原子為Hg原子?；鶓B(tài)時(shí)Hg原子的價(jià)電子構(gòu)型為6s2。當(dāng)Hg原子與

2、Cl原子相遇形成HgCl2時(shí)，Hg的6s軌道中的1個(gè)電子激發(fā)到1個(gè)6p軌道，然后6s軌道和該6p軌道采用sp雜化形成2個(gè)等同的sp雜化軌道：并分別與兩個(gè)Cl原子的3p單電子軌道重疊形成2個(gè)Hg-Cl 鍵。HgCl2分子構(gòu)型是直線形，為非極性分子。BF3BF3分子的中心原子是B原子?；鶓B(tài)時(shí)B原子的價(jià)電子構(gòu)型為2s22p1。當(dāng)B原子與F原子相遇形成BF3分子時(shí)，B原子2s軌道中的1個(gè)電子激發(fā)到1個(gè)空的2p軌道，然后采用sp2雜化形成3個(gè)等同的sp2雜化軌道：并分別與3個(gè)F原子2p單電子軌道重疊形成3個(gè)B-F 鍵。BF3 分子構(gòu)型是平面三角形，為非極性分子。SiCl4Si原子為SiCl4的中心原子，

3、基態(tài)時(shí)價(jià)電子構(gòu)型為3s23p2，當(dāng)Si原子與Cl原子相遇形成SiCl4分子時(shí)，Si原子3s軌道的1個(gè)電子激發(fā)到一個(gè)空的3p軌道，然后采用sp3雜化形成4個(gè)等同的sp3雜化軌道：并分別與4個(gè)Cl原子3p單電子軌道重疊形成4個(gè)Si-Cl 鍵。SiCl4分子構(gòu)型是正四面體，為非極性分子。CO2C原子為CO2的中心原子。基態(tài)時(shí)C原子價(jià)電子構(gòu)型為2s22p2，當(dāng)C原子與O 原子相遇形成CO2分子時(shí)，C原子2s軌道的1個(gè)電子激發(fā)到一個(gè)空的2p軌道，然后采用sp雜化形成2個(gè)等同的sp雜化軌道：并分別與2個(gè)O原子的2p單電子軌道重疊形成2個(gè)鍵，兩個(gè)O原子的一個(gè)2p單電子軌道與C原子未參與雜化的2p軌道肩并肩重

4、疊形成鍵。CO2分子構(gòu)型是直線形，為非極性分子。COCl2C原子為COCl2的中心原子。基態(tài)時(shí)C原子價(jià)電子構(gòu)型為2s22p2，當(dāng)C原子與O 原子、Cl原子相遇形成COCl2分子時(shí)，C原子2s軌道的1個(gè)電子激發(fā)到一個(gè)空的2p軌道，然后采用sp2雜化形成3個(gè)sp2雜化軌道：其中2個(gè)sp2雜化軌道分別與2個(gè)Cl原子的3p單電子軌道重疊形成2個(gè)C-Cl鍵，另一個(gè)sp2雜化軌道和O原子的2p單電子軌道形成C-O鍵，O原子另一個(gè)2p單電子軌道與C原子未參加雜化的2p軌道肩并肩重疊形成鍵。COCl2分子構(gòu)型是三角形，為極性分子。NCl3N原子為NCl3的中心原子?；鶓B(tài)時(shí)N原子價(jià)電子構(gòu)型為2s22p3, 當(dāng)N

5、原子與Cl 原子相遇形成NCl3分子時(shí)，N原子采取sp3雜化形成4個(gè)sp3雜化軌道：其中3個(gè)sp3雜化軌道分別與3個(gè)Cl原子的3p單電子軌道重疊形成3個(gè)C-Cl鍵，另一個(gè)sp3軌道被孤對(duì)電子占據(jù)。NCl3分子構(gòu)型是三角錐，為極性分子。H2SS原子為H2S的中心原子。基態(tài)時(shí)S原子價(jià)電子構(gòu)型為3s23p4, 當(dāng)S原子與H 原子相遇形成H2S分子時(shí)，S原子采取sp3雜化形成4個(gè)sp3雜化軌道：其中2個(gè)sp3雜化軌道分別與2個(gè)H原子的1s單電子軌道重疊形成2個(gè)H-S鍵，另外2個(gè)sp3雜化軌道被孤對(duì)電子占據(jù)。H2S分子構(gòu)型是V形，為極性分子。PCl5P原子為PCl5的中心原子?；鶓B(tài)時(shí)P原子價(jià)電子構(gòu)型為3

6、s23p3 d0, 當(dāng)P原子與Cl 原子相遇形成PCl5分子時(shí)，P原子采取sp3d雜化形成5個(gè)sp3d雜化軌道： 并分別與5個(gè)Cl的3p單電子軌道重疊，形成5個(gè)P-Cl鍵，PCl5分子構(gòu)型是三角雙錐，為非極性分子。3、用雜化軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥理論分別說明下列分子或離子的幾何構(gòu)型：（1）；（2）HCN；（3）H2Te；（4）解：（1） 根據(jù)雜化軌道理論，PCl4+離子中的中心原子P其成鍵方式可以理解為P+離子的價(jià)軌道采用sp3雜化與4個(gè)Cl原子分別形成4個(gè)鍵，其分子的幾何構(gòu)型為正四面體。根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，PCl4+離子中的P原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)= ；孤對(duì)電子數(shù)=4-4=0所以PCl4+

7、離子的幾何構(gòu)型為正四面體。（2） 根據(jù)雜化軌道理論，HCN分子中的中心原子C其成鍵方式可以理解為C原子的價(jià)軌道采用sp雜化與1個(gè)H原子和1個(gè)N原子分別形成2個(gè)鍵，C原子未參與雜化的2個(gè)2p軌道與N原子的2p軌道肩并肩重疊形成2個(gè)鍵。其分子的幾何構(gòu)型為直線形。 根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，HCN中的C原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=；孤對(duì)電子數(shù)=2-2=0 所以HCN分子的幾何構(gòu)型為直線形。（3） 根據(jù)雜化軌道理論，H2Te分子中的中心原子Te其成鍵方式可理解為C原子的價(jià)軌道采用sp3雜化與2個(gè)H原子分別形成2個(gè)鍵，另外2個(gè)sp3雜化軌道被孤對(duì)電子占據(jù)，其分子的幾何構(gòu)型為V形。 根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，H2Te

8、中的Te原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=；孤對(duì)電子數(shù)=4-2=2 所以H2Te分子構(gòu)型為V形。 （4） 根據(jù)雜化軌道理論，Br3-離子中的中心原子Br其成鍵方式可以理解為Br原子的價(jià)軌道采用sp3d雜化與2個(gè)Br原子形成2個(gè)鍵，另外3個(gè)sp3d雜化軌道被孤對(duì)電子占據(jù)，其分子的幾何構(gòu)型為直線形。 根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，Br3-離子中的Br原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=；孤對(duì)電子數(shù)=5-2=3 所以分子構(gòu)型為直線形。4、SiF4，SF4，XeF4都具有AF4的分子組成，但它們的分子幾何構(gòu)型都不同，試用雜化軌道理論和價(jià)層電子對(duì)互斥理論說明每種分子構(gòu)型并解釋其原因。解：（1） 根據(jù)雜化軌道理論，SiF4分子中Si采用sp

9、3雜化，Si的4個(gè)sp3雜化軌道分別與4個(gè)F原子的2p單電子軌道重疊，形成正四面體。 根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，SiF4分子中原子Si的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=；孤對(duì)電子數(shù)為0。分子是正四面體構(gòu)型。（2） 根據(jù)雜化軌道理論，SF4分子中S采用sp3d雜化，S的4個(gè)sp3d雜化軌道與4個(gè)F原子的2p單電子軌道重疊，1個(gè)sp3d雜化軌道被孤對(duì)電子占據(jù)，分子幾何構(gòu)型為變形四面體。 根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，SF4分子中原子S的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=；孤對(duì)電子數(shù)為1。分子構(gòu)型為變形四面體。（3） 根據(jù)雜化軌道理論，XeF4中Xe采取sp3d2雜化，其中4個(gè)sp3d2雜化軌道與4個(gè)F原子的2p單電子軌道重疊， 2個(gè)sp3d2

10、雜化軌道被孤對(duì)電子占據(jù)，分子幾何構(gòu)型為平面正方形。 根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，XeF4中原子Xe的價(jià)層電子對(duì)數(shù)= ；孤對(duì)電子數(shù)為2。分子構(gòu)型為平面正方形。5、根據(jù)下列物質(zhì)的Lewis結(jié)構(gòu)判斷其鍵和鍵的數(shù)目。（1）CO2；（2）NCS；（3）H2CO；（4）HCO(OH)，其中碳原子連接了一個(gè)氫原子和兩個(gè)氧原子。解：（1），分子中有2個(gè)鍵，2個(gè)鍵 （2），分子中有2個(gè)鍵，2個(gè)鍵 （3），分子中有3個(gè)鍵，1個(gè)鍵 （4），分子中有4個(gè)鍵，1個(gè)鍵6、按鍵的極性從大到小的順序排列下列每組鍵：（1）C-F，O-F，Be-F；（2）N-Br，P-Br，O-Br（3）C-S，B-F，N-O解：可根據(jù)電負(fù)性差值判

11、斷題中各組化合物化學(xué)鍵的極性，電負(fù)性差值越大，則化學(xué)鍵極性越大。所以有：（1）C-F ：= O-F： = Be-F：=鍵的極性大小為Be-FC-FO-F（2）N-Br：= P-Br：= O-Br：=鍵的極性大小為P-BrO-BrN-Br（3）C-S：= B-F：=：=鍵的極性大小為B-FN-OC-S7、H2O分子，OH鍵長(zhǎng) Å，HOH鍵角，偶極矩。（1）OH鍵矩指向哪個(gè)方向水分子偶極矩的矢量和指向哪個(gè)方向（2）計(jì)算OH鍵的鍵矩的大小。解：（1）OH鍵矩指向O，水分子偶極矩的矢量和的方向沿HOH鍵角的角平分線指向O。 （2）根據(jù)余弦定律，OH鍵矩=deb 。8、預(yù)測(cè)CO、CO2、和中C

12、-O鍵長(zhǎng)度的順序。解：CO分子中的C-O鍵是叁鍵，CO2分子中的C-O鍵是雙鍵，中C-O鍵包含1個(gè)鍵并與另外兩個(gè)O原子共用1個(gè)三中心四電子大鍵，所以其鍵長(zhǎng)大小順序?yàn)镃OCO2。9、查附表中相關(guān)鍵能數(shù)據(jù)，計(jì)算下列各氣相反應(yīng)的焓變H。（1）（2）解：(1) H=D(C-H)+D(Cl-Cl)-D(C-Cl)-D(H-Cl) =411+242-397-431 = -175kJ/mol (2) H=2D(O-H)- D(C=O)- D(H-H) =2×467-749-436 =-248 kJ/mol10、考慮離子和離子。（1）畫出其分子軌道能級(jí)圖。（2）用分子軌道寫出它們的分子軌道電子結(jié)構(gòu)式

13、。（3）它們的鍵級(jí)各是多少（4）假設(shè)離子被光激發(fā)，使得其電子由低能級(jí)軌道躍遷到高能級(jí)軌道，猜測(cè)激發(fā)態(tài)的離子是否將消失，并解釋。解：（1）H2+： H2-： (2) ()1; ()2()1 (3) 鍵級(jí)=1/2=鍵級(jí)=(2-1)/2= (4) 離子將分解。因?yàn)楫?dāng)離子中的()1電子被光激發(fā)到反鍵軌道()中時(shí)，體系的能量比鍵合前基態(tài)H原子的能量還高，因此不能穩(wěn)定存在。11、（1）如何理解順磁性（2）如何通過實(shí)驗(yàn)判斷某物質(zhì)是否是順磁性物質(zhì)（3）下面哪些離子具有順磁性：解：（1）分子或離子中存在未成對(duì)電子，且順時(shí)針方向自旋的未成對(duì)電子數(shù)與逆時(shí)針方向自旋的未成對(duì)電子數(shù)不能完全抵消，分子表現(xiàn)為順磁性。 （2

14、）最簡(jiǎn)單的方法是通過磁天平測(cè)量其磁矩，磁矩不為零的物質(zhì)為順磁性物質(zhì)。 （3）O2+()2()2()2()2 O22-()2()2()2()2N22-()2()2()2()2 ()2()2()1因此具有順磁性的是。12、寫出下面陽離子的分子軌道的電子結(jié)構(gòu)式：（1），（2）,（3），（4）。解：（1） ()2()2()2()21 （2） ()2()2()1（3） ()2()2()2()2（4） ()2()2()213、偶氮染料是一種有許多用途的有機(jī)染料，比如染布。許多偶氮染料是由偶氮苯（C12H10N2）衍生的，其中一個(gè)與偶氮苯分子很相近的物質(zhì)是氫化偶氮苯（C12H12N2）， 這兩種物質(zhì)的Lew

15、is結(jié)構(gòu)如下： 偶氮苯 氫化偶氮苯（1）在每種物質(zhì)中，N原子的雜化方式是什么（2）在每一種物質(zhì)中，N和C原子還有多少價(jià)軌道未被雜化。（3）預(yù)測(cè)每一種物質(zhì)中NNC的鍵角（4）據(jù)說C12H10N2的電子比C12H12N2有更大程度的重疊，討論這種觀點(diǎn)，并說出你的答案是C12H10N2還是C12H12N2。（5）C12H10N2的所有原子在同一個(gè)平面，而C12H12N2不是。這種現(xiàn)象是否與（4）中的觀點(diǎn)一致。（6）C12H10N2是一種深橘紅色，而C12H12N2幾乎無色，試討論這種現(xiàn)象并參考有關(guān)書籍加以證明。解：（1）在偶氮苯中，氮的雜化方式是sp2；氫化偶氮苯氮的雜化方式是sp3。 （2）偶氮苯中，2個(gè)N原子的價(jià)軌道中各有1個(gè)p軌道未參與雜化，12個(gè)C原子各有1個(gè)p軌道未參與雜化；氫化偶氮苯中，N原子所有的價(jià)軌道都參與了雜化， 12個(gè)C原子各有1個(gè)p軌道未參與雜化。 （3）偶氮苯中，NNC的鍵角稍小于120°；氫化偶氮苯中NNC的鍵角稍小于109°28。 （4）C12H10N2中的所有原子在同一個(gè)平面，所以比C12H12N2的電子有更大程度的重疊。 （5）這種現(xiàn)象與（4）中觀點(diǎn)一致。 （6）C12H10N2中同一平面的14個(gè)原子形成大鍵，體系能量降低，吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波移動(dòng)，所以出現(xiàn)深橘紅色。14、討論有關(guān)H2CO3分子中碳原子雜化軌道的問題：（1）從C原子中的電子