無機及分析化學-華中科技大學-馮輝霞版課后習題答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 2， 8， 8， 18， 32； 57 71 15。3. 銫，氦。4. 10－18 5. (n1)d1～9ns1～2 6. 5，2，5，107.8.9.10.三 簡答題1. 坐標和動量不能同時確定， 即沒有確定的運動軌跡， 以及能量量子化。2. 原子中電子的狀態由主量子數n、角量子數l、磁量子數ml以及自旋磁量子數ms所描述，因此泡利原理又可表述為原子內不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的4個量子數n、l、ml、ms。；5f146s26p66d107s27p1；第七周期IIIA族元素4. 3p電子，n=3，l=1，一個3p電子可能有下列六套量子數之一：nlmsinlmsiA311+1/2D3101/2B3111/2E311+1/2C310+1/2F3111/23p軌道共有三個，填充4個電子，根據泡利不相容原理和洪特規則，其中一個軌道電子應成對（此時n，l，m均相同，si不同），另兩個軌道的單電子相互平行自旋（si相同）所以這四個3p電子可能具有的各套量子數為：（1）A,B,C,E； （2）A,B,D,F； （3）A,C,D,E；（4）B,C,D,F； （5）A,C,E,F； （6）B,D,E,F；5. （1）n ≥4；（2）l=1或2（不能為0，因為m=1）；（3）m=0，si+1/2或1/2；（4）l=3（因為m=3）；6. 量子力學中的原子軌道指解薛定諤方程得到波函數ψn，l，m（r，θ，φ），是指n，l，m一定的用來描述核外電子在三維空間中的運動狀態的一個數學函數式，ψ本身沒有明確的物理意義，表示核外空間某處電子出現的概率密度。量子力學中常把波函數ψn，l，m（r，θ，φ）稱為原子軌道，所以原子軌道與波函數為同義詞，并非電子運動的固定軌道。波爾理論中的原子軌道是指離核半徑為r的圓球面軌道，是電子運動的固定軌跡。注意：量子數的取值須符合其取值規律。 鎢 W8. 鑭系收縮是指從鑭到镥隨著原子序數的增加，它們的原子半徑、離子半徑均逐漸減小的現象。由于鑭系收縮，Y3+離子半徑就落在Er3+之下，而使釔成為重稀土元素組的成員，這也是Y通常同鑭系元素在自然界共生的原因，ⅤB族中的鈮（Nb，鑭系之前）和鉭（Ta，鉿之后），ⅥB族中的鉬（Mo，鑭系之前）和鎢（W，鉭之后）以及ⅦB族中的锝Tc（鑭系之前）和錸（Re，鎢之后）的原子半徑和離子半徑很相近，Zr和Hf，Nb和Ta在自然界礦物中共生，且彼此難于分離。四 計算題1. λ= = 10－10 m = 102(pm)2. 由里德堡公式計算 υ=R∞（） =1015s1（） =1014s1 λ=c/υ=1014s1 =107m =486nm3. I=△E=hυ=1015S1(1/121/∞)=1018J4. 21Sc的電子構型為1s22s22p63s23p63d14s2Z3d﹡ = 21(18) = Z4s＊ = 21(10 + 9 + 1) = E3d = 1018()2 = 1018(J)E4s = 1018()2 = 1018(J)5. 298(kJmol－1)第八章答案一. 二. (1)錯。極性分子中可能含有非極性共價鍵，如H2O2。(2)錯。分子的極性與分子的空間構型和鍵的極性有關，非極性分子中可以含極性鍵，如，CH4。(3)錯。很多含復雜陰離子的離子晶體中含有共價鍵，如NaOH晶體。(4)錯。對于同系物來說相對分子質量越大，分子間力越大。(5)錯。色散力只存在于一切分子中。(6)錯。影響物質溶解度的因素很多，除化合物中陽離子的極化能力外，還有陰離子的變形性、陰、陽離子的水合作用等。(7)錯。晶胞是能夠表現晶體結構全部特征的最小單位。(8)錯。離子晶體氣化后并不是以單個離子形成存在。(9)錯。極化作用強的鹽類向混合晶體甚至分子晶體過渡。(10)對。(11)錯。也有原子晶體。(12)錯。稀有氣體是單原子分子，質點間的作用力為分子間力。(13)對。三. ，s和p 2. sp3，不等性sp3，sp和sp2；正四面體，三角錐，直線形和平面三角形，最大重疊，對稱性匹配4. (s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(p2py)2(p2pz)2(s2px)2，3，抗，強5. 離子鍵，共價鍵，離子晶體，分子晶體，降低，加深，減小6. 面心立方密堆積，體心立方密堆積，六方密堆積四.，鍵能E、鍵解離能D和原子化能DatH含義是相同的，即都是指在標準狀態下，斷裂單位物質的量的AB型氣態分子的化學鍵，使其成為氣態中性原子A何B時所需要的能量。例如，對于HCl分子：HCl(g)174。H(g) +Cl(g) 對于多原子分子來說，鍵能E、鍵解離能D和原子化能DatH含義就不相同。例如NH3分子中有3個等價的N—H鍵，斷開N—H鍵所需的解離能是不同的，分別為NH3(g)174。 NH2(g) + H(g) NH2(g)174。 NH(g) + H(g) NH (g)174。 N(g) + H(g) NH3中N—H鍵能是3個N—H鍵的解離能的平均值為：NH3原子化能為：DatH=D1+D2+D3=3E(N_H)=1172kJmol1可見多原子分子的鍵能實際上是平均鍵能，原子化能是所有鍵的鍵能總和。原子軌道原子軌道分子軌道1s1ss1ss*1s2s2ss2ss*2ss*2px2p2ps2pxp2pzp2pyp*2pyp*2pz圖 O2分子軌道能級圖2. 氧原子核外電子分布式為1s22s22p4，2p軌道有兩個未成對的電子，依據價鍵理論，兩個氧原子未成對電子以相反的自旋狀態配對形成共價雙鍵，即O=O。這樣O2中電子全部配對，不顯順磁性。但實際測定表明O2是順磁性物質，顯然價鍵理論是無法解釋的。而依據分子軌道理論可得O2的分子軌道和電子分布見右圖。從圖中可知，O2除(s2p)2一個單鍵外，還有(p2py)2(p*2py)1和(p2pz)2(p*2pz)1兩個三電子p鍵，這樣O2在反鍵分子軌道上有兩個未成對電子，則O2呈現順磁性。O2的鍵極為2，鍵能與正常的雙鍵相當。鍵能是指在標準狀態下，斷裂單位物質的量的氣態分子的某化學鍵時所需要的能量。晶格能是指在標準狀態下，將單位物質的量的離子晶體拆散為單位物質的量的氣態正離子和負離子時所需要的能量。以NaCl為例：鍵能： NaCl(g)174。 Na(g) + Cl(g) 晶格能： NaCl(s)174。 Na+(g) + Cl(g) DH3NaCl(s)DH1NaCl(g) DH2Na+(g)Cl(g)Na(g)Cl(g)DH4為了方便比較，不妨把1mol NaCl(s)解離成Na(g)和Cl(g)的過程分解為以下數步：則鍵能為 E= DH2 +DH3+DH4晶格能為 U = DH1 +DH2一般情況離子化合物是以離子晶體形式存在，因此離子晶體的一些物理性質，如熔沸點、硬度、溶解度都與晶格能有關。氣態離子型分子只能在極高的溫度下存在，所以離子鍵的鍵能用處不大。當原子相互成鍵形成分子時，為了能釋放出更多的能量達到更穩定的狀態，原子外層電子的運動狀態往往要發生變化。首先，外層電子構型由基態變成激發態。能級相近的外層軌道上成對的電子，激發到空軌道上，這樣單電子數增加，形成共價鍵的數目增加。成鍵所釋放的能量，除可抵消激發能外還有多余，所以系統的總能量變的更低了。其次，軌道雜化。激發態的外層軌道經過雜化后，軌道變成一頭大一頭小，成鍵能力顯著增大，形成的化學鍵就更加穩定。因此原子之間成鍵時，為了釋放更多的能量，使形成的化學鍵更加穩定，原子的軌道往往要進行雜化。：在BCl3分子中，中心原子B的外層電子構型為2s22p1，在形成分子時，B原子2s軌道上的一個電子激發到2p軌道上形成sp2雜化軌道，該雜化軌道空間構型是平面三角形，雜化軌道與3個Cl原的p軌道成鍵，形成的BCl3分子的構型是平面三角形的；而在NCl3分子中，中心原子N的外層電子構型為2s22p3，在形成分子時，N原子采用不等性sp3雜化，有一對孤對電子參與雜化，雜化軌道空間構型是四面體。有單電子的雜化軌道與3個Cl原的p軌道成鍵，形成的NCl3分子的構型是三角錐形。：O2+ [(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(s2px)2(p2py)2(p2pz)2(p*2py)1]O2 [(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(s2px)2(p2py)2(p2pz)2(p*2py)1(p*2pz)1]O2 [(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(s2px)2(p2py)2(p2pz)2(p*2py)2(p*2pz)1]O22 [(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(s2px)2(p2py)2(p2pz)2(p*2py)2(p*2pz)2]O23 [(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(s2px)2(p2py)2(p2pz)2(p*2py)2(p*2pz)2(s*2px)1]O2+：，未成對電子數為1，順磁性；O2：，未成對電子數為2，順磁性；O2：，未成對電子數為1，順磁性；O22：，沒有未成對電子，抗磁性；O23：，未成對電子數為1，順磁性；穩定性大小次序為O2+ O2 O2 O22 O23。7.分子或離子分子軌道電子分布式鍵級是否存在H2+(s1s)1可以存在He2+(s1s)2(s*1s)1可以存在He2(s1s)2(s*1s)20不存在C2(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(p2py)2(p2pz)22存在Be2(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)20不存在B2(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(p2p)21存在N2+(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(p2py)2(p2pz)2(s2px)1存在O2+(s1s)2(s*1s)2(s2s)2(s*2s)2(s2px)2(p2py)2(p2pz)2(p*2py)1存在8.化合物中心原子雜化軌道類型分子的幾何構型CO2Csp直線形H2SS不等性sp3V形BBr3Bsp2正三角形PH3P不等性sp3三角錐形SiH4Sisp3正四面體SnCl2Sn不等性sp2V形CCl2F2Csp3四面體SF6Ssp3d2正八面體。這種靜電引力不僅與離子鍵的極性大小有關，而且與離子電荷，離子半徑有關。極性越大，正、負離子半徑越小，晶格能越大。雖然NaF中鍵的離子性比CsF小，但是Cs+的半徑比Na+的半徑大的多，所以NaF的晶格能比CsF的大。10. (1) CF4PF3。兩者都是sp3雜化，但PF3中有一對孤電子對，使其鍵角變小。(2)HgCl2 BCl3。HgCl2是sp雜化，鍵角180176。；BCl3是sp2雜化，鍵角120176。(3)OF2Cl2O。兩者都是sp3雜化，且都有兩對孤電子對