人民衛(wèi)生出版社第7版《基礎(chǔ)化學(xué)》習(xí)題第十章.doc

第十章 共價(jià)鍵與分子間力首 頁難題解析學(xué)生自測題學(xué)生自測答案章后習(xí)題解答難題解析 TOP 例10-1 試用雜化軌道理論說明乙烯分子的形成及其構(gòu)型。分析 根據(jù)雜化軌道理論，形成乙烯分子時，C原子的價(jià)層電子要雜化。共價(jià)鍵形成時，鍵在成鍵兩原子間能單獨(dú)存在，且只存在一個；p鍵在成鍵兩原子間不能單獨(dú)存在，但可存在多個。乙烯分子中C原子的4個價(jià)電子分別與其它原子形成三個鍵，C、C原子間的雙鍵中有一個是鍵。三個鍵決定分子構(gòu)型，因此C原子有三個原子軌道參與雜化，形成三個等性雜化軌道。解 乙烯分子C2H4中有2個C原子和4個H原子，每個基態(tài)C原子的價(jià)層電子組態(tài)為2s2 2p2，在形成乙烯分子的過程中，1個2s電子被激發(fā)到2p空軌道上，然后1個2s軌道和2個2p軌道雜化形成3個等同的sp2雜化軌道，彼此間夾角為120。每個C原子的2個sp2雜化軌道各與1個H原子的1s軌道重疊形成2個CH 鍵；2個C原子間各以1個sp2雜化軌道互相重疊，形成1個鍵。 由于2個C原子的這6個sp2雜化軌道處于同一平面，未參與雜化的2pz軌道則垂直于該平面， “肩并肩” 重疊形成1個鍵，構(gòu)成CC雙鍵。乙烯分子中6個原子在一個平面上，分子呈平面構(gòu)型。例10-2 利用價(jià)層電子對互斥理論預(yù)測的空間構(gòu)型。分析 先確定中心原子的價(jià)電子對數(shù)，中心原子提供7個電子，配位提供1個電子，加上負(fù)離子的電荷數(shù)，得價(jià)層電子數(shù)的總和再除以2。然后根據(jù)價(jià)層電子對構(gòu)型和孤對電子決定的空間構(gòu)型。解 中有3個I原子，我們可將其中1個I作為中心原子，其余2個作為配位體。中心原子I有7個價(jià)電子，2個配位I原子各提供1個電子，離子的負(fù)電荷數(shù)為1，所以中心原子的價(jià)電子對數(shù)為 (7+2+1)/25 。價(jià)層電子對構(gòu)型為三角雙錐，因配位原子數(shù)為2，說明價(jià)層電子對中有2對成鍵電子對和3對孤對電子，以3對孤對電子處在三角雙錐的三角形平面上排斥能最小，所以為直線型。例10-3 試用分子軌道理論比較CO和N2的成鍵類型和鍵級。分析 異核雙原子分子的原子序數(shù)和14時，則符合分子軌道能級圖10-13（b）的能級順序；14時，則符合分子軌道能級圖10-13 (a)的能級順序。解 CO分子中的電子總數(shù)為14，和N2分子中的一樣多，故CO和N2具有完全相同的分子軌道電子排布式、成鍵類型和鍵級。它們的分子軌道式為 鍵級 這樣的分子稱為等電子體，它們具有某些相近的性質(zhì)。如N2的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為63K和77K，CO的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為74K和81K。 例10-4 下列說法是否正確？說明理由。(1) 非極性分子中不含極性鍵。(2) 直線型分子一定是非極性分子。(3) 非金屬單質(zhì)的分子間只存在色散力。(4) 對羥基苯甲醛的熔點(diǎn)比鄰羥基苯甲醛的熔點(diǎn)高。解 (1) 說法不正確。有的分子含極性鍵，但空間構(gòu)型完全對稱，鍵的極性可以相互抵消，因而是非極性分子。(2) 說法不正確。雙原子分子都是直線型，同核雙原子分子化學(xué)鍵無極性，分子為非極性；異核雙原子分子化學(xué)鍵有極性，分子為極性。多原子直線型分子中，若配體由相同原子形成，其空間構(gòu)型對稱，偶極距為零，分子為非極性。如CO2：O=C=O。而配體由不同原子所形成，其空間構(gòu)型不對稱，偶極距不為零，為極性分子。如HCN。(3) 說法不正確。非金屬單質(zhì)分子通常是非極性分子，分子間的作用力通常為色散力。但臭氧(O3) 分子的空間構(gòu)型為V形，0，為極性分子，故分子之間存在取向力、誘導(dǎo)力和色散力。(4) 說法正確。對羥基苯甲醛存在著分子間氫鍵，而鄰羥基苯甲醛存在著分子內(nèi)氫鍵，對羥基苯甲醛分子間的作用力遠(yuǎn)大于鄰羥基苯甲醛分子間的作用力，熔化對羥基苯甲醛時必須消耗額外的能量去破壞分子間氫鍵，故對羥基苯甲醛的熔點(diǎn)高于鄰羥基苯甲醛的熔點(diǎn)。例10-5 某一化合物的分子式為AB2，A屬第六主族元素，B屬第七主族元素，A和B在同一周期，它們的電負(fù)性值分別為3.44和3.98 。試回答下列問題：(1) 已知AB2分子的鍵角為10318，推測AB2分子的中心原子A成鍵時采取的雜化類型及AB2分子的空間構(gòu)型。(2) A-B鍵的極性如何？AB2分子的極性如何？(3) AB2分子間存在哪些作用力？（4）AB2 與H2O相比，何者的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高？解 (1) 根據(jù)A、B的電負(fù)性值，可判斷A元素為O，B元素為F，該分子為OF2 。根據(jù)鍵角10318，知道該分子中O原子以不等性sp3雜化軌道與F原子成鍵，兩個單電子sp3雜化軌道各與1個F原子的單電子2p軌道重疊形成鍵，余下的2個sp3雜化軌道各被1對孤對電子占據(jù)，對成鍵電子對產(chǎn)生較大的排斥，致使鍵角壓縮（10928），故OF2分子的空間構(gòu)型為“V”形。(2) OF鍵為極性共價(jià)鍵。OF2分子中鍵的極性不能抵消，為極性分子。(3) OF2分子間存在取向力、誘導(dǎo)力及色散力，其中色散力是主要的。(4) OF2分子中無H原子，分子間不能形成氫鍵，而H2O分子間能形成氫鍵，故OF2的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比H2O的低。學(xué)生自測題 TOP 判斷題 選擇題 填空題 問答題一、判斷題（對的打，錯的打）1. 原子形成的共價(jià)鍵數(shù)目可以超過該基態(tài)原子的單電子數(shù)。 ( )2. 一般來說，共價(jià)單鍵是鍵，在共價(jià)雙鍵或叁鍵中只有1個鍵。 ( )3. 氫鍵是有方向性和飽和性的一類化學(xué)鍵。 ( )4. 超分子化合物的分子之間是以共價(jià)鍵結(jié)合的。 ( )5. BF3分子中，B原子的s軌道與F原子的p軌道進(jìn)行等性sp2雜化，分子的空間構(gòu)型為平面三角形。 ( )二、選擇題（將每題一個正確答案的標(biāo)號選出） TOP 1. 下列理論或概念：a. 原子軌道能級圖 b. 測不準(zhǔn)原理 c. 電負(fù)性 d. 雜化軌道理論，與美國化學(xué)家Pauling L無關(guān)的是 ( )A. a B. b C. c D.d E. a b2. 下述說法錯誤的是 ( )A. 原子形成的共價(jià)鍵數(shù)目等于該基態(tài)原子的未成對電子數(shù)B.鍵是構(gòu)成分子的骨架，鍵不能單獨(dú)存在C. 共價(jià)鍵具有飽和性和方向性 D. 按原子軌道重疊方式，共價(jià)鍵可分為鍵和鍵E. 鍵比鍵牢固3. 關(guān)于PF5分子的極性和鍵的極性，下列說法正確的是 ( )A. 鍵和分子都是極性的 B. 鍵和分子都是非極性的C. 鍵是極性的，分子是非極性的 D. 鍵是非極性的，分子是極性的E. 以上說法都不對4. H2S分子的空間構(gòu)型和中心原子S的雜化類型分別為 ( )A. 直線形，sp雜化 B. 平面三角形，sp2雜化C. 四面體形，sp3雜化 D. V字形， sp2雜化EV字形，不等性sp3雜化5. 下列分子或離子有順磁性的是 ( ) A. N2 B. C. NO D. F2 E. CO三、填空題 TOP1. 共價(jià)鍵的本質(zhì)是 (1) ，但因這種結(jié)合力是兩核間的電子云密集區(qū)對兩核的吸引力，而不是正、負(fù)離子間的庫侖引力，所以它不同于一般的靜電作用。2. 根據(jù)成鍵電子來源，共價(jià)鍵可分為正常共價(jià)鍵和 (2) 。3. 關(guān)于共價(jià)鍵的兩大理論為 (3) 和 (4) 。四、問答題 TOP1. 實(shí)驗(yàn)證明，臭氧離子的鍵角為100，試用VSEPR理論解釋之，并推測其中心原子的雜化軌道類型。(4分)2. 氧元素與碳元素的電負(fù)性相差較大，但CO分子的偶極矩很小，CO2分子的偶極矩為零。為什么？(4分)學(xué)生自測答案 TOP一、判斷題1. 2. 3. 4. 5. 二、選擇題1. B 2. A 3. C 4. E 5. C三、填空題1. (1)電性的2. (2)配位鍵3. (3)現(xiàn)代價(jià)鍵理論，(4)分子軌道理論四、問答題1. 根據(jù)VSEPR理論，的中心原子O的價(jià)層電子對為3. 5(按4對處理)，價(jià)層電子對構(gòu)型為四面體。成鍵電子對 (等于配位原子數(shù))為2，孤對電子對為2，2對孤對電子間相互排斥，使得O-O-O = 100 109o28。不等性sp3雜化。2. CO的結(jié)構(gòu)為 ，分子中存在1個s鍵，1個正常鍵和1個配位鍵。由于配位鍵是由O原子提供共用電子對形成的，抵消了O元素與C元素電負(fù)性相差較大而產(chǎn)生的電偶極矩，因此CO分子的電偶極矩很小。若單從O和C的電負(fù)性考慮，CO分子的負(fù)電重心應(yīng)偏向O原子一側(cè)，但實(shí)驗(yàn)事實(shí)是CO分子的負(fù)電重心偏向C原子一側(cè)，合理的解釋也是形成配位鍵的緣故，C原子的1個2p空軌道接受O原子的1對電子，從而使得分子的負(fù)電重心偏向C原子。CO2是直線形分子，雖然鍵為極性鍵，但由于分子結(jié)構(gòu)對稱，正、負(fù)電荷中心重合，因此CO2分子的電偶極矩為零。章后習(xí)題解答 TOP習(xí)題 1. 區(qū)別下列名詞：（1）鍵和鍵 （2）正常共價(jià)鍵和配位共價(jià)鍵（3）極性鍵和非極性鍵 （4）定域鍵和離域鍵（5）等性雜化和不等性雜化 （6）成鍵軌道和反鍵軌道(7) 永久偶極和瞬間偶極 （8）van der Waals力和氫鍵解 （1）鍵是指兩個原子的原子軌道沿鍵軸方向以“頭碰頭”方式重疊所形成的共價(jià)鍵；而鍵是指兩個原子軌道垂直于鍵軸以“肩并肩”方式重疊所形成的共價(jià)鍵。（2）正常共價(jià)鍵是指成鍵的兩個原子各提供一個電子組成共用電子對所形成的化學(xué)鍵；而配位共價(jià)鍵是指成鍵的一個原子單獨(dú)提供共用電子對所形成的共價(jià)鍵。（3）極性鍵是指由電負(fù)性不同的兩個原子形成的化學(xué)鍵；而非極性鍵則是由電負(fù)性相同的兩個原子所形成的化學(xué)鍵。（4）定域p鍵屬雙中心鍵，是成鍵兩原子各提供一個p軌道“肩并肩”重疊而成，成鍵電子僅在提供重疊軌道的兩個原子之間運(yùn)動；離域p鍵則為多中心鍵，是由多個原子提供的p軌道平行重疊而成，離域軌道上的電子在多個原子區(qū)域內(nèi)運(yùn)動。（5）等性雜化是指所形成的雜化軌道的能量完全相等的雜化；而不等性雜化是指所形成的雜化軌道的能量不完全相等的雜化。（6）成鍵軌道是指兩個原子軌道相加疊加而成的分子軌道，其能量比原來的原子軌道低；而反鍵軌道是指兩個原子軌道相減疊加而成的分子軌道，其能量比原來的原子軌道高。（7）永久偶極是指極性分子的正、負(fù)電荷重心不重合，分子本身存在的偶極；瞬間偶極是指由于分子內(nèi)部的電子在不斷地運(yùn)動和原子核在不斷地振動，使分子的正、負(fù)電荷重心不斷發(fā)生瞬間位移而產(chǎn)生的偶極。（8）van der Waals力是指分子之間存在的靜電引力；而氫鍵是指氫原子與半徑小，電負(fù)性大的原子以共價(jià)鍵結(jié)合的同時又與另一個半徑小、電負(fù)性大的原子的孤對電子之間產(chǎn)生的靜電吸引力。氫鍵的作用力比van der Waals力強(qiáng)。2. 共價(jià)鍵為什么具有飽和性和方向性?解 根據(jù)Pauli不相容原理，一個軌道中最多只能容納兩個自旋方式相反的電子。因此，一個原子中有幾個單電子，就可以與幾個自旋方式相反的單電子配對成鍵。即一個原子形成的共價(jià)鍵的數(shù)目取決于其本身含有的單電子數(shù)目。因此，共價(jià)鍵具有飽和性。共價(jià)鍵是由成鍵原子的價(jià)層原子軌道相互重疊形成的。根據(jù)最大重疊原理，原子軌道只有沿著某一特定方向才能形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵（s軌道與s軌道重疊除外），因此，共價(jià)鍵具有方向性。3. 試用雜化軌道理論說明下列分子或離子的中心原子可能采取的雜化類型及分子或離子的空間構(gòu)型。（1）PH3 （2）HgCl2 （3）SnCl4 （4）SeBr2 （5）H3O+解 （1）P原子的外層電子組態(tài)為3s23p3，有1對孤對電子和3個單電子。當(dāng)P原子與H原子化合時，P原子采用sp3不等性雜化，其中P原子的一對孤對電子占有一個sp3雜化軌道，另3個sp3雜化軌道分別與3個H原子的s軌道成鍵，故PH3分子的空間構(gòu)型為三角錐形。（2）Hg原子的外層電子組態(tài)為6s2，當(dāng)Hg原子與Cl原子化合時，Hg原子的1個6s電子激發(fā)到6p軌道，進(jìn)行sp雜化，2個sp雜化軌道分別與2個Cl原子的3p軌道成鍵，故HgCl2分子的空間構(gòu)型為直線。（3）Sn原子的外層電子組態(tài)為5s25p2，當(dāng)Sn原子與Cl原子化合時，Sn原子的1個5s電子被激發(fā)到5p軌道，進(jìn)行sp3等性雜化，4個sp3雜化軌道分別與4個Cl原子的3p軌道成鍵，故SnCl4分子的空間構(gòu)型為正四面體。（4）Se原子的外層電子組態(tài)為4s24p4，Se有2對孤對電子和2個單電子。當(dāng)Se原子與Br原子化合時，Se原子采取sp3不等性雜化，其中Se原子的2對孤對電子占有2個sp3雜化軌道，另2個sp3雜化軌道分別與2個Br的4p軌道成鍵，故SeBr2分子的空間構(gòu)型為V形。（5）O原子的外層電子組態(tài)為2s22p4，O有2對孤對電子和2個單電子。當(dāng)O原子與H原子化合時，O原子采用sp3不等性雜化，其中O的2對弧對電子占有2個sp3雜化軌道，另2個sp3雜化軌道分別與2個H的s軌道成鍵。此外，O原子用其中的一對弧對電子與H+形成1個配鍵。故H3O+離子的空間構(gòu)型為三角錐形。4. 用雜化軌道理論說明乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2分子的成鍵過程和各個鍵的類型。解 乙烷C2H6分子中每個C原子以4個sp3雜化軌道分別與3個H原子結(jié)合成3個鍵，第四個sp3雜化軌道則與另一個C原子結(jié)合成鍵。乙烯C2H4分子中，C原子含有3個sp2雜化軌道，每個C原子的2個sp2雜化軌道分別與2個H原子結(jié)合成2個鍵，第三個sp2雜化軌道與另一個C原子結(jié)合成鍵；2個C原子各有一個未雜化的2p軌道（與sp2雜化軌道平面垂直）相互“肩并肩”重疊而形成1個p 鍵。所以C2H4分子中的C、C為雙鍵。乙炔C2H2分子中每個C原子各有2個sp雜化軌道，其中一個與H原子結(jié)合形成鍵，第二個sp雜化軌道則與另一個C原子結(jié)合形成鍵；每個C原子中未雜化的2個2p軌道對應(yīng)重疊形成2個p 鍵。所以C2H2分子中的C、C為叁鍵。5. BF3的空間構(gòu)型為正三角形而NF3卻是三角錐形，試用雜化軌道理論予以說明。解 B原子的外層電子組態(tài)2s22p1，當(dāng)B原子與F原子化合時，2s軌道上的1個電子被激發(fā)到2p軌道，進(jìn)行sp2雜化，3個sp2雜化軌道分別與3個F原子的2p軌道成鍵，故BF3分子的空間構(gòu)型為平面正三角形。N原子的外層電子組態(tài)為2s22p3。當(dāng)N原子與F原子化合時，N原子采取sp3不等性雜化，其中N的一對孤對電子占有一個sp3雜化軌道，另3個sp3雜化軌道分別與3個F原子的2p軌道成鍵，故NF3分子的空間構(gòu)型為三角錐形。6. 下列各變化中，中心原子的雜化類型及空間構(gòu)型如何變化。（1）BF3 （2）H2O H3O+ （3）NH3 解 （1）在BF3分子中，B原子采取sp2等性雜化，分子的空間構(gòu)型為平面正三角形；在離子中，B原子采取sp3等性雜化，其中1個sp3雜化軌道與F-離子的一對孤對電子形成1個配鍵，離子的空間構(gòu)型為正四面體。故B原子的雜化類型由sp2等性雜化轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3等性雜化，空間構(gòu)型由平面正三角形轉(zhuǎn)變?yōu)檎拿骟w。（2）在H2O分子中，O原子采取sp3不等性雜化，分子的空間構(gòu)型為V形；在H3O+離子中，O原子采取sp3不等性雜化，O原子用其中的一對孤對電子與H+形成1個配鍵，離子的空間構(gòu)型為三角錐形。故O原子的雜化類型不變，空間構(gòu)型由V形轉(zhuǎn)變?yōu)槿清F形。（3）在NH3分子中，N原子采取sp3不等性雜化，分子的空間構(gòu)型為三角錐形；在離子中，N原子采取sp3等性雜化，N原子用其中的一對孤對電子與H+形成1個配鍵，4個NH鍵的能量完全相同。故N原子的雜化類型由sp3不等性雜化轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3等性雜化，空間構(gòu)型由三角錐形轉(zhuǎn)變?yōu)檎拿骟w。7. 中心原子的價(jià)層電子對構(gòu)型和分子的幾何空間構(gòu)型有什么區(qū)別？以NH3分子為例予以說明。解 分子的價(jià)層電子對包括中心原子的s成鍵電子對和孤電子對，它們在中心原子周圍應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離，以保持排斥力最小，據(jù)此形成的價(jià)層電子對的空間排布方式為價(jià)層電子對構(gòu)型。而分子的空間構(gòu)型是指分子中的配位原子在空間的排布，不包括孤電子對。如NH3，價(jià)層電子對構(gòu)型為正四面體，而分子的空間構(gòu)型為三角錐。8. 判斷下列分子或離子的空間構(gòu)型，并指出其中心原子的價(jià)層電子對構(gòu)型。 （1） （2）SO2 (3) （4）H2S （5）PCl5 (6) SF4 （7）SF6 (8) BrF5解 （1）在離子中，C原子價(jià)層電子對數(shù)為3（O原子不提供電子），價(jià)層電子對構(gòu)型為平面正三角形，因價(jià)層電子對中無孤對電子，故離子的空間構(gòu)型為平面正三角形。（2）在SO2分子中，S原子價(jià)層電子對數(shù)為3（O原子不提供電子），價(jià)層電子對構(gòu)型為平面正三角形，因價(jià)層電子對中有一對孤對電子，故SO2分子的空間構(gòu)型為V形。(3) 在離子中，N原子的價(jià)層電子對數(shù)為4，價(jià)層電子對構(gòu)型為正四面體，因價(jià)層電子對中無孤對電子，故離子的空間構(gòu)型為正四面體。(4) 在H2S分子中，S原子的價(jià)層電子對數(shù)為4，價(jià)層電子對構(gòu)型為正四面體，因價(jià)層電子對中有2對孤對電子，故H2S分子的空間構(gòu)型為V形。（5）在PCl5分子中，P原子的價(jià)層電子對數(shù)為5，價(jià)層電子對構(gòu)型為三角雙錐，因價(jià)層電子對中無孤對電子，故PCl5分子的空間構(gòu)型為三角雙錐。（6）在SF4分子中，S原子的價(jià)層電子對數(shù)為5，價(jià)層電子對構(gòu)型為三角雙錐，因價(jià)層電子對中有一對孤對電子，故SF4分子的空間構(gòu)型為變形四面體。（7）在SF6分子中，S原子的價(jià)層電子對數(shù)為6，價(jià)層電子對構(gòu)型為正八面體，因價(jià)層電子對中無孤對電子，故SF6分子的空間構(gòu)型為正八面體。（8）在BrF5分子中，Br原子的價(jià)層電子對數(shù)為6，價(jià)層電子對構(gòu)型為正八面體，因價(jià)層電子對中有一對孤對電子，故BrF5分子的空間構(gòu)型為四方錐。9. 某化合物有嚴(yán)重的致癌性，其組成如下：H 2.1%，N 29.8%，O 68.1%，其摩爾質(zhì)量約為50gmol-1。試回答下列問題：（1）寫出該化合物的化學(xué)式。（2）如果H與O鍵合，畫出其結(jié)構(gòu)式。（3）指出N原子的雜化類型及分子中s鍵和p鍵的類型。 解 （1）設(shè)該分子中H、N、O原子的個數(shù)分別為：x、y、z，因其相對原子質(zhì)量分別為1.00794、14.0067、15.9994，所以，據(jù)題意有即，一個該化合物分子中有1個H原子，一個N原子，2個O原子，所以其化學(xué)式為：HNO2 （亞硝酸）。（2）如H與O鍵合，其結(jié)構(gòu)式為：（3）N原子的雜化類型為不等性sp2；2個NO鍵為鍵，OH鍵為鍵；O、N、O原子間有一大鍵。10. 寫出下列雙原子分子或離子的分子軌道式，指出所含的化學(xué)鍵，計(jì)算鍵級并判斷哪個最穩(wěn)定？ 哪個最不穩(wěn)定？ 哪個具順磁性？ 哪個具抗磁性？（1）B2 （2）F2 （3） （4） 解 （1）B2分子的分子軌道式為B2分子中有2個單電子鍵；鍵級為 = 1；有2個單電子，具有順磁性。（2）F2分子的分子軌道式為：F2分子中有1個鍵；鍵級為 = 1；沒有單電子，具有反磁性。（3）離子的分子軌道式為離子中有1個鍵和1個3電子鍵；鍵級為 = 1.5；有1個單電子，具有順磁性。（4）離子的分子軌道式為(；離子中有1個3電子鍵；鍵級為 = 0.5；有1個單電子，具有順磁性。在雙原子分子或離子中，鍵級愈大，鍵愈穩(wěn)定，故最穩(wěn)定的是，最不穩(wěn)定的是。11. 試用分子軌道理論說明超氧化鉀KO2 中的超氧離子和過氧化鈉Na2O2中的過氧離子能否存在？它們和O2 比較，其穩(wěn)定性和磁性如何？解 O2分子的分子軌道式為其鍵級為 = 2；分子中有2個單電子，具有順磁性。離子的分子軌道式為 其鍵級為 = 1.5，從鍵級角度考慮，可以存在，但穩(wěn)定性比O2小。離子中有1個單電子，因此具有順磁性，磁性較O2弱。離子的分子軌道式為其鍵級為 = 1，從鍵級角度考慮，可以存在，但穩(wěn)定性比O2小。離子中沒有單電子，具有反磁性。12. 用VB法和 MO法分別說明為什么H2 能穩(wěn)定存在而 He2 不能穩(wěn)定存在？ 解 H原子的電子組態(tài)為1s1，He原子的電子組態(tài)為1s2。按價(jià)鍵理論：H原子有1個單電子，兩個H原子的自旋方向相反的單電子可以配對形成共價(jià)鍵，He原子沒有單電子，不能形成共價(jià)鍵，He2分子不存在。按分子軌道理論：H2分子的分子軌道式為，鍵級為1，可以穩(wěn)定存在。He2分子的分子軌道式為，鍵級為0，He2不能穩(wěn)定存在。13. 判斷下列分子或離子中大p鍵的類型。（1）NO2 （2）CO2 （3）SO3 （4）C4H6 (5) 解 （1） （2）2個 （3） （4） （5）14. 什么是自由基？ 什么是活性氧自由基？解 含有單電子的分子、原子、離子或原子團(tuán)稱為自由基，如NO、H、CH3等。由基態(tài)的三線態(tài)氧3O2轉(zhuǎn)化成的具有較強(qiáng)活性的自由基稱為活性氧自由基，如1O2、O2-、OH、等。15. 預(yù)測下列分子的空間構(gòu)型，指出電偶極矩是否為零并判斷分子的極性。（1）SiF4 （2）NF3 （3）BCl3 （4）H2S (5) CHCl3 解 （1）SiF4分子中，Si原子的價(jià)層電子對（VP）數(shù)為4，價(jià)層電子對構(gòu)型為正四面體，因價(jià)層電子對中無孤對電子，故分子的空間構(gòu)型為正四面體，結(jié)構(gòu)對稱，其電偶極矩()為零，為非極性分子。（2）NF3分子中，N原子的VP數(shù)為4，VP的構(gòu)型為正四面體，其中有1對孤對電子，故分子的空間構(gòu)型為三角錐形，結(jié)構(gòu)不對稱，其 O，為極性分子。（3）BCl3分子中，B原子的VP數(shù)為3，VP的構(gòu)型為平面正三角形，其中無孤對電子，故分子的空間構(gòu)型為平面正三角形，結(jié)構(gòu)對稱，其 = O，為非極性分子。 （4）H2S分子中，S原子的VP數(shù)為4，VP的空間構(gòu)型為正四面體，其中有2對孤對電子，故分子的空間構(gòu)型為V形，結(jié)構(gòu)不對稱，其 O，為極性分子。（5）CHCl3分子中，C原子的VP數(shù)為4，VP的空間構(gòu)型為正四面體。其中無孤對電子，但Cl元素的電極負(fù)性大于H元素，故分子的空間構(gòu)型為變形四面體，結(jié)構(gòu)不對稱，其O，為極性分子。16. 下列每對分子中，哪個分子的極性較強(qiáng)？ 試簡單說明原因。(1) HCl和HI （2）H2O和H2S （3）NH3 和PH3 （4）CH4 和SiH4 （5）CH4 和CHCl3 （6）BF3 和NF3解 鍵的極性大小通常用元素的電負(fù)性差值來估量，電負(fù)性(X)差值愈大，鍵的極性也愈強(qiáng)。分子的極性通常用電偶極矩來度量，電偶極矩（）愈大，分子的極性就愈強(qiáng)；電偶極矩為零，則是非極性分子。（1）HCl和HI為雙原子直線分子，分子中元素的電負(fù)性不相等，形成的是極性共價(jià)鍵，故都是極性分子。由于Cl元素的電負(fù)性大于I元素的電負(fù)性，因此HCl分子的電偶極矩大于HI分子的電偶極矩，故HCl分子的極性較強(qiáng)。（2）H2O和H2S分子的空間構(gòu)型為V形，分子中成鍵元素的電負(fù)性均不相等，分子空間構(gòu)型又不對稱，故都是極性分子。由于O的電負(fù)性大于S的電負(fù)性，因此H2O分子的偶極距大于H2S分子的偶極距，故H2O分子的極性較強(qiáng)。（3）NH3和PH3分子的空間構(gòu)型均為三角錐形，分子中成鍵元素的電負(fù)性不相等，分子的空間構(gòu)型又不對稱，故都是極性分子。由于N的電負(fù)性大于P的電負(fù)性，因此 NH3 分子的偶極距大于PH3分子的偶極距，故NH3分子的極性較強(qiáng)。（4）CH4和SiH4分子的空間構(gòu)型均為正四面體，分子中成鍵元素的電負(fù)性不相等，但分子的空間構(gòu)型對稱，分子的電偶極矩均為零，故CH4和SiH4分子均為非極性分子。（5）CH4分子的空間構(gòu)型為正四面體，雖然分子中成鍵元素的電負(fù)性不相等，但分子的空間構(gòu)型對稱，電偶極矩為零，是非極性分子。CHCl3分子的空間構(gòu)型為變形四面體，分子中成鍵元素的電負(fù)性不相等，分子的空間構(gòu)型不完全對稱，電偶極矩不為零，為極性分子，故CHCl3分子的極性較強(qiáng)。（6）BF3分子的空間構(gòu)型為平面正三角形，雖然分子中成鍵元素的電負(fù)性不相等，但分子的空間構(gòu)型對稱，電偶極矩為零，為非極性分子。NF3分子的空間構(gòu)型為三角錐形，分子中成鍵元素的電負(fù)性不相等，分子的空間構(gòu)型又不對稱，電偶極矩不為零，為極性分子，故NF3分子的極性較強(qiáng)。17. 已知稀有氣體的沸點(diǎn)如下，試說明沸點(diǎn)遞變的規(guī)律和原因。 名稱 He Ne Ar Kr Xe 沸點(diǎn)（K） 4.26 27.26 87.46 120.26 166.06解 稀有氣體的分子為單原子分子，均是非極性分子，分子間只存在色散力。從He元素到Xe元素，隨著原子序數(shù)增大，電子層數(shù)增多，分子半徑增大，分子的變形性增大，色散力也就依次增強(qiáng)，其沸點(diǎn)也就依次升高。18. 將下列兩組物質(zhì)按沸點(diǎn)由低到高的順序排列并說明理由。 （1）H2 CO Ne HF （2）CI4 CF4 CBr4 CCl4解 （1）H2、Ne、HF、CO的相對分子質(zhì)量依次增大，色散力也依次增強(qiáng)。CO、HF分子中還存在取向力和誘導(dǎo)力，因此HF、CO的沸點(diǎn)相對較高。由于HF分子中還存在最強(qiáng)的氫鍵，故沸點(diǎn)由低到高的順序?yàn)镠2NeCOHF。（2）四種四鹵化碳均為非極性分子，分子間只存在色散力。色散力隨相對分子質(zhì)量增加而增強(qiáng)，其沸點(diǎn)也依次升高，故沸點(diǎn)由低到高的順序?yàn)镃F4CCl4CBr4CI4。19. 常溫下F2 和Cl2 為氣體，Br2 為液體，而I2 為固體，何故？解 四種鹵素單質(zhì)分子，均為非極性分子，分子間只存在色散力。色散力隨相對分子質(zhì)量增加而增大，分子間的凝聚力依次增強(qiáng)，故室溫下F2、Cl2為氣體，Br2為液體，I2為固體。20. 乙醇（C2H5OH）和二甲醚（CH3OCH3 ）組成相同，但乙醇的沸點(diǎn)比二甲醚的沸點(diǎn)高，何故？解 乙醇和二甲醚分子都是極性分子，分子間都存在取向力、誘導(dǎo)力和色散力，但乙醇分子能形成分子間氫鍵；而二甲醚分子中雖然也有氧原子和氫原子，但氫原子沒有與氧原子直接結(jié)合，不能形成氫鍵，故乙醇的沸點(diǎn)比二甲醚的沸點(diǎn)高。21. 判斷下列各組分子間存在著哪種分子間作用力。(1) 苯和四氯化碳 （2）乙醇和水 （3）苯和乙醇 （4）液氨解 （1）C6H6和CCl4分子均為非極性分子，故C6H6分子與CCl4分子之間只存在著色散力。（2）CH3CH2OH和H2O分子均為極性分子，CH3CH2OH分子與H2O分子之間存在色散力、誘導(dǎo)力和取向力。此外，CH3CH2OH分子與H2O分子之間還存在分子間氫鍵。（3）C6H6是非極性分子，CH3CH2OH是極性分子，在C6H6分子和CH3CH2OH分子之間存在著色散力和誘導(dǎo)力。（4）NH3是極性分子，NH3分子之間存在著色散力、誘導(dǎo)力和取向力。此外，NH3分子之間還存在分子間氫鍵。22. 將下列每組分子間存在的氫鍵按照由強(qiáng)到弱的順序排列。(1) HF與HF （2）H2O 與H2O （3）NH3 與NH3 解 氫鍵XHY的強(qiáng)弱與X、Y的電負(fù)性及原子半徑有關(guān)。X、Y的電負(fù)性愈大、原子半徑愈小，形成的氫鍵就愈強(qiáng)。故氫鍵由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋?）（2）（3）。23. 某一化合物的分子式為AB4，A屬第四主族，B屬第七主族，A、B的電負(fù)性值分別為2.55和3.16 。試回答下列問題：(1) 已知AB4的空間構(gòu)型為正四面體，推測原子A與原子B成鍵時采取的軌道雜化類型。(2) AB鍵的極性如何？AB4分子的極性如何？(3) AB4在常溫下為液體，該化合物分子間存在什么作用力？(4) 若AB4 與SiCl4比較，哪一個的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高？解 （1）A為A族元素，AB4分子的空間構(gòu)型為正四面體，可知A與B成鍵時采用sp3等性雜化。（2）A、B的電負(fù)性不同，故AB鍵為極性鍵；AB4分子的空間構(gòu)型為正四面體，結(jié)構(gòu)對稱，故AB4為非極性分子。（3）AB4分子為非極性分子，分子間只存在色散力。（4）根據(jù)A、B的電負(fù)性查表，可知A為C元素，B為Cl元素，故AB4的分子式為CCl4。CCl4分子與SiCl4分子的結(jié)構(gòu)相似，但SiCl4的相對分子質(zhì)量較大，SiCl4分子間的色散力較大，故SiCl4的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比CCl4的高。Exercises1. Determine the hybridization state of the central atom in each of the following molecules: (a) HgCl2, (b) AlI3, and(c) PF3. Describe the hybridization process and determine the molecular geometry in each case. Solution (a) The ground-state electron configuration of Hg is Xe 6s24f145d1,and its outermost shell orbital diagram is imagined as follows: By promoting a 6s electron to the 6p orbital, we get the excited state:The 6s and 6p orbitals then mix to form two sp hybrid orbitals:The two HgCl bonds are formed by the overlap of the Hg sp hybrid orbitals with the 3p orbitals of the Cl atoms. Thus HgCl2 is a linear molecule. (b) The ground-state electron configuration of Al is Ne 3s23p1, and its outermost shell orbital diagram is imagined as follows: By promoting a 3s electron into the 3p orbital we obtain the following excited state:The 3s and two 3p orbitals then mix to form three sp2 hybrid orbitals:The sp2 hybrid orbitals overlap with the 5p orbitals of I to form three covalent AlI bonds.We predict the AlI3 molecule to be planar and all the IAlI angles to be 120.(c) The ground-state electron configuration of P is Ne 3s23p3., and its outermost shell orbital diagram is imagined as follows:By mixing the 3s and 3p orbitals, we obtain four sp3 hybrid orbitals.As in the case of NH3, one of the sp3 hybrid orbitals is used to accommodate the lone pair on P. The other three sp3 hybrid orbitals form covalent PF bonds with the 2p orbitals of F. We predict the geometry of the molecule to be pyramidal; the FPF angle should be somewhat less than 109.28.2. Use the VSEPR model to predict the geometry of the following molecules and ions:(a) AsH3 (b) OF2 (c) (d) Solution (a) The molecule has four valence shell electron pairs (VP): three bonding pairs and one lone pair. The geometry of VP is tetrahedral with the lone pair occupying one corner of the tetrahedron, we can predict the AsH3 should be trigonal pyramidal. (b) There are four VP in the molecule of OF2 and the geometry of VP is tetrahedral, while the VP have two lone pairs ,the geometry of OF2 is like V shape.(c) In this molecule, there are four VP and no lone pair. So the VP has the same geometry as the ion does: tetrahedron. (d) There are two bonding pairs and three lone pairs, the number of VP is five and geometry of VP is trigonal bipyramidal, the ion should be linear. 3. The ion can be prepared by bombarding the N2 molecule with f