大学化学课后题答案第二章1

第二章 化学元素和物质结构

1．4p 、5f 、6d 、7s 轨道主量子数、角量子数的值各是多少？所包含的等价轨道数、所能容纳的最大电子数是多少？ 答： 轨道

主量子数

角量子数

等价轨道数

能容纳的最大电子数

2．下列哪种原子轨道是不存在的？为什么？ （1）n ＝1，l ＝0，m ＝1；（2）n ＝3，l ＝2，m ＝－2；（3）n ＝3，l ＝2，m ＝－3； （4）n ＝3，l ＝1，m ＝1；（5）n ＝2，l ＝1，m ＝－1；（6）n ＝2，l ＝3，m ＝2。 答：由l ＝0，1，2，... ，（n －1）；m ＝0，±1，±2，…，±l可知： （1）不存在，m ＝0；（3）不存在，m ＝0，±1，±2；（6）不存在，l=0,1。

3．填充表格。 原子序数

元素符号

电子排布式

周期

族

区 p 区 s 区 d 区 d 区

[Ne]3s23p 5[Ar]4s1[Ar]3d4s [Ar]3d4s [Ar}3d54s 1

Ⅶ Ⅰ Ⅶ Ⅵ

Ⅰ区

4．指出下列各元素基态原子的电子排布式写法违背了什么原理？并改正之。

（1）B 1s2s 2p 违背能量最低原理，应为 B 1s 2s 2p

2222211

（2）C 1s2s 2p x 违背洪德规则，应为 C 1s 2s 2p x 2p y

21

（3）Al [Ne]3s3 违背泡利不相容原理，应为 Al [Ne]3s3p

5．下列说法是否正确，不正确的如何改正？

（1）不正确。电子绕原子核运动没有固定的轨迹，s 电子在原子核周围运动出现的概率密度面为球形，而p 电子的等概率密度面为哑铃形。

（2）不正确。主量子数n ＝1时，只有一个1s 轨道，最多容纳2个自旋相反的电子。 （3）不正确。主量子数n ＝4时，其轨道总数为16，电子层电子最大容量为32。

（4）不正确。主量子数n ＝3时，有3s ，3p ，3d 三种能级不同的轨道，其轨道总数为9。

6．说明下列各对原子中哪一种原子的第一电离能高，为什么？ S 与P Al与Mg Sr与Rb Cr与Zn Cs与Au Rn与At

答：由元素的第一电离能具有周期性的变化规律：同一周期中从左至右增大；同一主族自上而下减少。

下列原子第一电离能的大小比较为： P>S；Mg>Al；Sr>Rb；Zn>Cr；CsAt

2

1

2

2

2

1

7．如何理解共价键具有方向性和饱和性？ 答：从价键理论的要点可知，自旋方向相反的电子配对以后就不再与另一个原子中的未成对电子配对了，这就是共价键的饱和性。而根据轨道的最大重叠原理，除了球形的s 轨道之外，d 、p 轨道的最大值总是沿重叠最多的方向取向，因而决定了共价键的方向性。

8．简单说明σ键和л键的主要特征是什么？

答：σ键的原子轨道是沿键轴方向以“头碰头”的形式重叠的。л键的原子轨道是沿键轴方向以“肩并肩”的形式重叠的。一般说来л键的轨道重叠程度比σ键的重叠程度要小，因而能量要高，不如σ键稳定。共价键单键一般为σ键，在共价双键和三键中除了一个σ键外，其余的为л键。

9．根据杂化轨道理论预测下列分子的空间构型，并判断偶极矩是否为0。 答：CO 2：sp 杂化，直线型，偶极矩为零；

HgCl 2：sp 杂化，直线型，偶极矩为零； BF 3：sp 2杂化，平面三角形，偶极矩为零

CH 4：sp 3等性杂化，正四面体，偶极矩为零； CHCl 3：sp 3不等性杂化，三角锥，偶极矩不为零； NH 3：sp 3不等性杂化，三角锥，偶极矩不为零； PH 3：sp 3不等性杂化，三角锥，偶极矩不为零； H 2O ：sp 3不等性杂化，V 形，偶极矩不为零。

10．实验证明BF 3分子是平面三角形，而[BF4]离子是正四面体的空间构型，试用杂化轨道理论进行解释。

答：BF 3：B 原子sp 2杂化，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形。

而[BF4]中B 原子为sp 3杂化，所以整个离子呈正四面体的构型。

11．SO 2和NO 2两者都是极性的，而CO 2是非极性的，这一事实对于这些氧化物的结构有什么暗示？

答：SO 2为sp 2杂化，其中2个轨道上为S-O 共用电子对，另1个轨道上为S 提供的孤对电子；NO 2为sp 2杂化，其中2个轨道上为N-O 共用电子对，另1个轨道上为S 提供的孤对电子；因此，整个分子的偶极矩不为零，SO 2和NO 2两者都是极性的。

而CO 2为sp 杂化，两个轨道上都是C-O 共用电子对，因此整个分子偶极矩为0。

12．试用价电子对互斥理论推断下列各分子的空间构型，并用杂化轨道理论加以说明。 答：

--

A 原子电子对数 成键电子对 孤对电子 A 的价层电子排布

分子形状

NF 3NO 2PCl 5BCl 3H 23

(5+3)/2===5(3+3)/2=3(6+2)/2=(7+3)/2=5

四面体 三角锥形

三角形 V 形

三角双锥 三角双锥

平面三角形三角形

四面体 V 形

三角双锥 T 形

杂化类型不等性不等性sp 不等性d 不等性

13．试比较下列物质中键的极性的相对大小。 答：NaF>HF>HCl>HBr>HI>I2

14．举例说明键的极性和分子的极性在什么情况下是一致的？在什么情况下是不一致的？ 答：双原子分子中键的极性与分子极性一致，多原子分子整个分子的极性由键的极性和分子空间构型共同决定。前者如H 2，非极性，HCl 极性；后者如CO 2，C －O 键极性，分子非极性；SO 2分子中S —O 键极性，分子极性。 15．石墨的结构是一种混合键型的晶体结构，利用石墨作电极或作润滑剂各与它的晶体中哪一部分结构有关？金刚石为什么没有这种性能？

答：由于石墨晶体中，即有共价键，又有非定域大л键，还有分子间力，所以石墨晶体是一种混合键型的晶体

石墨晶体中碳原子是以一个2s 轨道和两个2p 轨道进行sp 2杂化，每个碳原子与其他三碳原子以σ键相连，键角120°，形成无数正六角形构成的网状平面层。所以石墨晶体具有层状结构。每个碳原子中还有一个未杂化的2p 轨道，这些2p 轨道与六角网状平面垂直，并相互平行。这些相互平行的p 轨道可形成л键。由于这种键由很多原子形成，称为大л键。大л键中的电子与金属中的自由电子有些类似。因此石墨具有良好的导电性。石墨晶体中层与层之间以分子间力联系，这种作用力较弱，层与层之间容易滑动和断裂，因此石墨可用作润滑剂。 在金刚石中，碳原子采用sp 3杂化，碳原子间以极强的共价键联系，因此有极高的熔点与很大的硬度。

16．食盐、金刚石、干冰（CO 2）以及金属都是固态晶体，但它们的溶解性，熔沸点、硬度和导电性等物理性质为什么相差甚远？ 答：因为食盐属于离子晶体，离子晶体的晶格结点上排布的是正、负离子，以离子键相结合，因此一般具有较高的熔点、沸点和硬度；金刚石为共价晶体，晶格结点上排布的是原子，以共价键相结合，因此一般具有非常高的熔点和硬度；干冰属于分子晶体，晶格结点上排布的是分子，以分子间力相结合，由于分子间力较化学键的键能小，所以分子晶体一般具有较低的熔点、沸点和较小的硬度，这类固体一般不导电。金属属于金属晶体，晶格结点上排布的是金属原子，以金属键相结合，由于有很多自由电子，因此导电、导热性强，具有良好的延展性。

17．下列哪些化合物中存在氢键？是分子间氢键还是分子内氢键。

分子间氢键：NH3、、

CHO

、CH 3OH

CH 2CH 2

OH OH OH

CHO

、

分子内氢键：

18．判断下列各组分子间存在什么形式的分子间作用力。 （1）HF 分子间： 取向力，色散力，诱导力，氢键； （2）H 2S 分子间：（3）苯与CCl 4：（4）Ar 分子间：取向力，色散力，诱导力； 色散力； 色散力。