[理学]物质结构基本原理 第二版 习题详解下 郭用猷 张冬菊 刘艳华编著.doc

第六章 价键理论 习题 6.1将海特勒—伦敦处理所得波函数归一化。 6.2试写出一个在，方向上的等性杂化轨道。 6.3已知sp3杂化的3个轨道是 试用正交归一化条件求. 6.4若令一个杂化轨道指向轴的正方向，另外两个在平面内，求的三个杂化轨道。 6.5臭氧为V型分子，键角为，试求中心原子的成键杂化轨道。以对称轴C2轴为对称轴，分子平面为XOZ平面。 6.6 H2O中两个成键的sp3杂化轨道的s成分为0.20，求两个未成键的sp3杂化轨道的s成分和p成分。 6.7实验测得乙烯（）分子中，，分子处于平面，轴位于轴上。试计算原子杂化轨道的系数。 6.8说明、、离子的立体构型和成键情况。 6.9在气态时通常生成二聚体，试说明其成键情况和立体构型。 6.10实验测得氟代甲烷的键角为 分子 试计算上述三个分子中碳原子用于生成键和键的杂化轨道的成分。 6.11为什么有两种同分异构体，而只有一种？ 6.12为什么存在，和，而不存在和？ 6.13为何，两种分子的沸点较低？ 6.14和的几何构型有何差异，说明理由。 6.15是离子型化合物，熔融能导电，试说明成键情况和立体构型。 题解 6.1将海特勒—伦敦处理所得波函数归一化。 解： 因为和都是归一化的，且,所以有 6.2试写出一个在，方向上的等性杂化轨道。 解： 该杂化轨道的方向为 此方向上的杂化轨道为 6.3已知sp3杂化的3个轨道是 试用正交归一化条件求 解：由， 得 由， 得 又 得，， 6.4若令一个杂化轨道指向轴的正方向，另外两个在平面内，求等性的三个杂化轨道。 解：3个杂化轨道的方向分别为，， 杂化，， 杂化轨道表达式为： 3个方向分别为，，的杂化轨道为 6.5臭氧为V型分子，键角为，试求中心原子的成键杂化轨道。以对称轴C2轴为对称轴，分子平面为XOZ平面。 解：由 得： 取对称轴C2为z轴，分子平面为xoz平面，则与z轴夹角，与x轴夹角。 的方向余弦为，0， 的方向余弦为，0， 6.6 H2O中两个成键的sp3杂化轨道的s成分为0.20，求两个未成键的sp3杂化轨道的s成分和p成分。 解：s成分＝ p成分＝1-0.3＝0.7 6.7实验测得乙烯（）分子中，，分子处于平面，轴位于轴上。试计算原子杂化轨道的系数。 解：乙烯分子中，原子采用杂化，形成三个杂化轨道，其中有两个杂化轨道与氢原子的轨道形成键，其键角为。根据键角公式 ，得， 余下一个杂化轨道与另外原子的杂化轨道成键，其 ， 已知轴和轴平行，所以这个杂化轨道的方向为，其杂化轨道为 另两个杂化轨道与它的夹角均为，其方向分别为，，对应的杂化轨道为 6.8说明、、离子的立体构型和成键情况。 解： 离子和分子的电子数目相等。分子是正四面体结构，根据等电子原理，离子也应是正四面体结构。原子采用杂化，四个杂化轨道分别与四个氢原子的轨道形成键。 同理，、和分子的电子数目相等，故也是正四面体结构。和分别采用杂化，四个杂化轨道分别与的轨道形成键。 6.9在气态时通常生成二聚体，试说明其成键情况和立体构型。 解：的价电子层结构为，它是一个缺电子原子，在形成二聚体分子时，采用不等性杂化，其中2个杂化轨道分别与2个形成2个键。另外还生成2个双电子三中心键，每个双电子三中心键是由2个的2个杂化轨道和1个电子以及的1个轨道和1个电子形成。 其结构为： 6.10实验测得氟代甲烷的键角为 分子 试计算上述三个分子中碳原子用于生成键和键的杂化轨道的成分。 解：由键角公式得 （1）中碳原子用于生成键的杂化轨道的成分：0.255—0.273 （2）中碳原子用于生成键的杂化轨道的成分：0.272 用于生成键的杂化轨道的成分：0.239 （3）中碳原子用于生成键的杂化轨道的成分：0.244 6.11为什么有两种同分异构体，而只有一种？ 解： 因为分子中为双键，不能自由旋转（因双键中轨道叠加有方向性），故有顺式和反式两种异构体，它们的结构式如下 顺— 反— 两种异构体中，原子都用杂化轨道成键，分子呈平面形。顺式为，反式为。 在分子中，原子用杂化轨道成键，分子呈直线形，因此无异构体。 6.12为什么存在，和，而不存在和？ 解： ，，原子是第二周期原子，其价层只有只有，轨道，即只有4个价轨道，所以它们最多只能生成4个共价键。所以存在和，不存在和。 原子是第三周期原子，其电子层结构为：，具有，和轨道，共有9个价轨道，所以它能生成多于4的共价键。因此分子存在。 6.13为何，两种分子的沸点较低？ 解：，中，和均采用杂化，四个杂化轨道分别与四个氯原子的轨道形成键，两种分子呈正四面体构型，为非极性分子，所以其沸点较低。 6.14和的几何构型有何差异，说明理由。 解： 在分子中的外层电子结构为，它采用不等性的