教材第三章习题解答

第三章分子结构习题解答

1．用列表的方式分别写出下列离子的电子分布式。指出它们的外层电子分别属于哪种构型(8、9～17、18或18+2)？未成对电子数是多少？

Al3+、V2+、V3+、Mn2+、Fe2+、Sn4+、Pb2+、I－

【解答】

离子离子的电子分布式外层电

子构型

未成对

电子数

Al3+1s22s22p68 0

V2+1s22s22p63s23p63d39～17 3

V3+1s22s22p63s23p63d29～17 2 Mn2+1s22s22p63s23p63d59～17 5 Fe2+1s22s22p63s23p63d69～17 4 Sn4+1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s218+2 0 Pb2+1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s218+2 0

I－1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p68 0

2．下列离子的能级最高的电子亚层中，属于电子半充满结构的是_________。

A．Ca2+；B．Fe3+；C．Mn2+；D．Fe2+；E．S2-

【解答】B，C。

离子离子的电子分布式属于电子半充满的

结构Ca2+1s22s22p63s23p6 ×

Fe3+1s22s22p63s23p63d5∨

Mn2+1s22s22p63s23p63d5∨

Fe2+1s22s22p63s23p63d4×

S2-1s22s22p63s23p2 ×

3．指出氢在下列几种物质中的成键类型：

HCl中_______；NaOH中_______；

NaH中_______；H2中__________。

【解答】极性共价键；极性共价键；

离子键；非极性共价键。

4．对共价键方向性的最佳解释是_________。

A．键角是一定的； B．电子要配对；

C．原子轨道的最大重叠； D．泡利原理。

【解答】C。分析：原子间相互成键时，必须符合原子轨道最大重叠原则和对称性匹配原则，因而原子间形成共价键时，总是按确定的方向成键，这决定了共价键的方向性。

5．关于极性共价键的下列叙述中，正确的是__________。

A．可以存在于相同元素的原子之间；

B．可能存在于金属与非金属元素的原子之间；

C．可以存在于非极性分子中的原子之间；

D．极性共价键必导致分子带有极性。

【解答】A—错误，相同元素原子之间是非极性共价键；B—正确，如AlCl3；C—正确，如CO2分子是一个非极性分子，但C-O键是

一个极性共价键；D—错误，如CO2分子中C-O键是一个极性共价键，但CO2分子是一个非极性分子。

6．sp3杂化轨道是由_____。

A．一条ns轨道与三条np轨道杂化而成；

B．一条ls轨道与三条2p轨道杂化而成；

C．一条ls轨道与三条3p轨道杂化而成；

D．一个s电子与三个p电子杂化而成。

【解答】A。sp3杂化轨道是由一条ns轨道与三条np轨道杂化而成。分析：只有同一原子中能量相近、不同类型的原子轨道才能杂化。

7．关于原子轨道杂化的不正确说法是_____。

A．同一原子中不同特征的轨道重新组合；

B．不同原子中的轨道重新组合；

C．杂化发生在成键原子之间；

D．杂化发生在分子形成过程中，孤立原子不杂化。

【解答】B,C。杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干能量相近、类型不同的原子轨道混合起来，重新组成一组新轨道，这种轨道重新组合的过程就叫杂化，所形成的新轨道叫杂化轨道。杂化是发生在分子形成过程中，孤立原子不杂化。

8．关于共价键的正确叙述是________。

A．σ键一般较π键强；

B．用杂化轨道重叠成键将有利于提高键能；

C．金属与非金属元素原子间不会形成共价键；

D．共价键具有方向性，容易破坏。

【解答】A，B。分析：σ键是两个原子的成键轨道沿键轴的方向以“头碰头”的方式重叠，由于成键轨道在轴向上重叠，故成键时原子轨道发生最大程度的重叠，π键的特点是两个原子轨道以平行或“肩并肩”方式重叠，所以σ键的键能大，稳定性高，反应性小，σ键一般较π键强。原子轨道在空间有一定取向，除了s轨道成球形对称外，p、d、f轨道在空间都有一定的伸展方向。在形成共价键时，除了s轨道和s轨道之间可以在任何方向上达到最大程度的重叠外，p、d、f原子轨道的重叠都只有沿着一定的方向才能发生最大程度的重叠，因此共价键是有方向性的。杂化轨道重叠成键将有利于提高键能。

9．根据杂化轨道理论预测下列分子的杂化轨道类型、分子的空间构型：

SiF4、HgCl2、PCl3、OF2、SiHCl3

【解答】

分子杂化轨道类型分子的空间构型

SiF4sp3杂化正四面体

HgCl2Sp杂化直线形

PCl3sp3不等性杂化三角锥

OF2sp3不等性杂化V字形

SiHCl3sp3杂化四面体

10．BCl3分子的空间构型是平面三角形，而NCl3分子的空间构型是三角锥型，为什么？

【解答】BCl3中B原子采用sp2杂化与Cl形成分子，因而呈平面三角形；NCl3中N原子采用sp3不等性杂化，N原子上一个sp3轨道有孤对电子未参与成键，电子云密度大，因而s成分和p成分分布不均匀，而成三角锥形。

11．测知CS2的电偶极矩为零，试用杂化轨道理论简要说明CS2分子内共价键的形成情况，有几个σ键．几个π键？绘图说明。

【解答】CS2的电偶极矩为零，说明CS2分子是一个非极性分子，推测C原子发生sp杂化，C原子的两个sp杂化轨道分别与S原子的p轨道以“头碰头”的方式重垒形成两个σ键，C原子未参与杂化的两个2p轨道分别与S原子的另一个p轨道以“肩并肩”的方式重垒形成两个π键。

12．下列说法中正确的是_____，错误的应如何改正？

A．多原子分子中，键的极性越强，分子的极性也越强；

B．由极性共价键形成的分子，一定是极性分子；

C．分子中的键是非极性键，此分子一定是非极性分子；

D．非极性分子的化学键一定是非极性共价键。

【解答】A,错误。多原子分子中，如BF3，B-F键是极性共价键，但BF3分子是非极性分子。改为“双原子AB型分子，键的极性越强，分子的极性也越强。”；

B,错误。由极性共价键开成的分子，不一定是极性分子，如CO2分子，C-O键是极性共价键，但CO2分子是非极性分子。

C，错误。分子中的键是非极性共价键，此分子不一定是非极性分子，如O3分子，O-O键是非极性共价键，但O3分子是极性分子。

D，错误。非极性分子的化学键不一定是非极性共价键，如CO2分子。

13．下列各物质中分别存在什么形式的分子间力(色散力、诱导力、取向力)？有无氢健？

Cl2、HCl、H2O、NH3、

【解答】Cl2是非极性分子，非极性分子间只存在色散力；HCl 是极性分子，极性分子间存在色散力、诱导力和取向力；H2O和NH3是极性分子且含有氢键，极性分子间存在色散力、诱导力、取向力和氢键。

14．NH3的沸点比PH3_____，这是由于NH3分子间存在着_____；PH3的沸点比SbH3低，这是由于_____的缘故。

【解答】高，氢键；PH3分子量小，色散力小。分析：色散力与分子的变形性有关，变形性越大，色散力越大。

15．CCl4分子与H2O分子间的相互作用力有_____；NH3分子与H2O 分子间的相互作用力有_____。

【解答】色散力和诱导力。色散力、诱导力、取向力和氢键。分析：极性分子与极性分子间存在色散、诱导力、取向力，如果有N、O、F原子还存在氢键；非极性分子间只存在色散力；非极性分子和极性分子间存在色散力和诱导力。

16.简要说明以下事实：铜的导电性随温度升高而降低，硅的导电性随温度升高而增大。

【解答】铜是金属晶体，具有导体的性质，由于金属温度升高，金属中的原子或离子振动加剧，电子在导带中跃迁受到的阻力加大，故金属的导电性随温度的升高而降低。硅具有半导体的性质，半导体的价带也是满带，但最高满带与最低空带的禁带宽度较窄，E g≤4.8×10-19J（3eV），而大于导体的禁带宽度，在一般条件下，满带中的电子不能跃入空带，故不能导电。但在光照或适当加热半导体的条件下，满带中电子得到能量可以越过禁带，跃迁到空带上去，从而使空带部分填充电子而形成导带，在满带上则留下“空穴”，它们都可以导电。所以半导体的导电性随温度的升高而增大。

17.用能带理论说明导体、半导体、绝缘体能带之间的区别？并用能带理论阐述金属晶体的特性。

【解答】按照金属键的能带理论，导体、绝缘体和半导体的区别取决于禁带的宽度（最低空带底与最高满带顶之间的能量差）以及价电子的分布状况。

一般金属导体的价带是导带或重带。禁带宽度E g≤0.48×10-19J （0.3eV），在外电场力作用下，导带和重带中的电子，可以在未占满电子的分子轨道间跃迁，所以导带和重带能导电。金属晶体具有导带或重带结构，故金属具有导电性。由于金属温度升高，金属中的原子或离子振动加剧，电子在导带中跃迁受到的阻力加大，故金属的导电性随温度的升高而降低；由于金属中的价电子可吸收波长范围很广的光子射线而跳到较高能级，当跳回较低能级时又将吸收的光子发射出来，所以金属具有金属光泽；电子也可以传输热能，使金属有导热性；由于金属中的电子是离域的，故一个地方的金属键被破坏，在另一个地方又可以生成新的金属键，因此机械加工根

本不会完全破坏金属结构，而只能改变金属的外形，这就是金属具有延性、展性、可塑性的原因。

绝缘体（如金刚石）不导电，因为它的价带是满带，最高满带顶与最低空带底间的禁带宽度较宽，E g≥8×10-19J（5eV），所以在外电场作用下，满带中的电子不能越过禁带跃迁到空带，不能形成导带，故不能导电。

半导体（如单晶硅，单晶锗）的能带结构与绝缘体能带结构相似，价带也是满带，但最高满带与最低空带的禁带宽度较窄，E g≤4.8×10-19J（3eV），而大于导体的禁带宽度，在一般条件下，满带中的电子不能跃入空带，故不能导电。但在光照或适当加热半导体的条件下，满带中电子得到能量可以越过禁带，跃迁到空带上去，从而使空带部分填充电子而形成导带，在满带上则留下“空穴”，它们都可以导电。所以半导体的导电性随温度的升高而增大。