人民卫生出版社第7版《基础化学》习题第十章.docx

第十章 共价键与分子间力 难题解析 例 10-1 试用杂化轨道理论说明乙烯分子的形成及其构型。 分析 根据杂化轨道理论，形成乙烯分子时， C 原子的价层电子要杂化。共价键形成时， σ键在成 键两原子间能单独存在， 且只存在一个； 键在成键两原子间不能单独存在， 但可存在多个。乙烯分子中 C 原子的 4 个价电子分别与其它原子形成三个 σ键， C、 C 原子间的双键中有一个是 π键。三个 σ键决 定分子构型，因此 C 原子有三个原子轨道参与杂化，形成三个等性杂化轨道。 解 乙烯分子 C2 H4 中有 2 个 C 原子和 4 个 H 原子，每个基态 C 原子的价层电子组态为 2s2 2p2 ，在 形成乙烯分子的过程中， 1 个 2s 电子被激发到 2p 空轨道上， 然后 1 个 2s 轨道和 2 个 2p 轨道杂化形成 3 个等同的 sp2 杂化轨道， 彼此间夹角为 120o 。每个 C 原子的 2 个 sp2 杂化轨道各与 1 个 H 原子的 1s 轨道 重叠形成 2 个 C— H σ键； 2 个 C 原子间各以 1 个 sp2 杂化轨道互相重叠，形成 1 个 σ键。 由于 2 个 C 原子的这 6 个 sp2 杂化轨道处于同一平面， 未参与杂化的 2pz 轨道则垂直于该平面， 并肩 ”重叠形成 1 个 π键，构成 C ＝C 双键。 乙烯分子中 6 个原子在一个平面上，分子呈平面构型。 例 10-2 利用价层电子对互斥理论预测 I-3 的空间构型。 分析 先确定中心原子的价电子对数，中心原子提供 7 个电子，配位提供 电荷数，得价层电子数的总和再除以 2。然后根据价层电子对构型和孤对电子决定 1 个电子，加上负离子的 I -3的空间构型。 解 I-3 中有 3 个 I 原子，我们可将其中 1 个 I 作为中心原子，其余 2 个作为配位体。中心原子 I 有 7 个价电子， 2 个配位 I 原子各提供 1 个电子， I-3离子的负电荷数为 1，所以中心原子的价电子对数为 (7+2+1)/2 ＝5 。价层电子对构型为三角双锥，因配位原子数为 2，说明价层电子对中有 2 对成键电子对 和 3 对孤对电子，以 3 对孤对电子处在三角双锥的三角形平面上排斥能最小，所以 I-3为直线型。 例 10-3 试用分子轨道理论比较 CO 和 N2 的成键类型和键级。 分析 异核双原子分子的原子序数和 ≤14时，则符合分子轨道能级图 10-13 （b）的能级顺序；＞ 14 时，则符合分子轨道能级图 10-13 (a)的能级顺序。 10 10 4 解 CO 分子中的电子总数为 14， 和 N2 分子中的一样多， 故 CO 和 N2 具有完全相同的分子轨道电子 排布式、成键类型和键级。 它们的分子轨道式为 [(σ1s ) 2 ( σ ) 2 (σ2s ) 2 ( σ ) 2 ( π2py ) 2 ( π2pz ) 2 ( σ2px ) 2 ] 键级＝ ＝3 2 这样的分子称为等电子体，它们具有某些相近的性质。如 N 2 的熔点和沸点分别为 63K 和 77K， CO 的熔点和沸点分别为 74K 和 81K 。 例 10-4 下列说法是否正确？说明理由。 (1) 非极性分子中不含极性键。 (2) 直线型分子一定是非极性分子。 (3) 非金属单质的分子间只存在色散力。 (4) 对羟基苯甲醛的熔点比邻羟基苯甲醛的熔点高。 解 (1) 说法不正确。有的分子含极性键，但空间构型完全对称，键的极性可以相互抵消，因而是 非极性分子。 (2) 说法不正确。双原子分子都是直线型，同核双原子分子化学键无极性，分子为非极性；异核双 原子分子化学键有极性， 分子为极性。 多原子直线型分子中， 若配体由相同原子形成， 其空间构型对称， 偶极距为零，分子为非极性。如 CO2： O=C=O 。