海南大学：《无机化学》课程教学资源（作业习题）第九章 化学键与分子结构（含解答）

第九章化学键与分子结构 1、试以氯化钠为例，简要说明离子键的形成、本质和特点？ 答：离子键的形成 nNa(3s)nNa'(22p) 由原子间发生电子转移，形成正、负离子，并通过静电作用而形成的化学键即为离子键。 离子键的本质：正负离子间的静电吸引力。 离子键的特点：离子键没有方向性，离子键没有饱和性。 2、用Born一Harber循环计算氯化钾的品格能。 相关数据如下： K(s)-K(g) △Hm.°=90.0k』mol Cl(g)→2C(g) AHm2°=2418 kJmol K(g)-K'(g)+e △Hm°=425 kJ-mol-1 CI(g)+e→C1"(g】 △Hm4=349 kJ.mol K(s)+0.5Cl(g)→KCIs) △Hms°=435.8 kJ-mol 答：根据己知数据，设计玻恩一哈伯循环 K(句+C2g KF(s) 4 △B △H4 Eg)+ Cl'(g) -△H=△H+△h2+△h+(-△H4)+(-）△H △H=-[△H+△H/2+△H+(-△H)-(-△H)] =-[90.0+241.8/2+425+(-349)-(-435.8)]=-722.7 (kJ-mol) 3、以分子为例说明共价键的形成、本质和特点。 答：N有3个成单的2印电子，因此两个N上自旋相反的成单电子可以配对，形成共价叁 键并结合为。共价键的本质：电性吸引，成键原子的原子核对电子云重叠部分的吸引， 但区别于离子键。共价键的特点：(1)共价键具有方向性。(2)共价键具有饱和性

第九章 化学键与分子结构 1、试以氯化钠为例，简要说明离子键的形成、本质和特点？ 答：离子键的形成 nNa(3s 1 ) ⎯⎯⎯→ − −ne nNa+ (2s 22p 6 ) nCl(3s 23p 5 ) ⎯⎯⎯→ − +ne nCl－ (3s 23p 6 ) 由原子间发生电子转移，形成正、负离子，并通过静电作用而形成的化学键即为离子键。 离子键的本质：正负离子间的静电吸引力。 离子键的特点：离子键没有方向性，离子键没有饱和性。 2、用 Born－Harber 循环计算氯化钾的晶格能。 相关数据如下： K(s)→K(g) Hm1＝90.0 kJ·mol－1 Cl2(g)→2Cl(g) Hm2＝241.8 kJ·mol－1 K(g)→K＋ (g)＋e Hm3＝425 kJ·mol－1 Cl(g)＋e→Cl－ (g) Hm4＝349 kJ·mol－1 K(s)＋0.5Cl2(g)→KCl(s) Hm5＝435.8 kJ·mol－1 答：根据已知数据，设计玻恩－哈伯循环： －ΔH5=ΔH1＋ΔH2/2＋ΔH3＋（－ΔH4）＋（－）ΔH6 ΔH6=－[ΔH1＋ΔH2/2＋ΔH3＋（－ΔH4）－（－ΔH5）] =－[90.0＋241.8/2＋425＋（－349）－（－435.8）]=－722.7(kJ·mol－1 ) 3、以 N2 分子为例说明共价键的形成、本质和特点。 答：N 有 3 个成单的 2p 电子，因此两个 N 上自旋相反的成单电子可以配对，形成共价叁 键并结合为 N2。共价键的本质：电性吸引，成键原子的原子核对电子云重叠部分的吸引， 但区别于离子键。共价键的特点：（1）共价键具有方向性。（2）共价键具有饱和性

4、根据价层电子对互斥理论，判断下列分子或离子的空间构型，要求给出中心原子价层电 子对的几何排布。 OF2 SF SO2 SnClz XeO BrCls NOCI 答： 价层电子对的几何 价电子层对数 孤电子对数 分子的空间构型 构型 OF2 6+2=4 2 正四面体 V形 SF4 6+4=5 2 1 三角双锥 变形四面体 S02 6+0-2-4 0 四面体 四面体 SnCl 4+2=3 平面三角形 V形 BrCl 1*3-5 三角双锥 T形 NOCI 5+0+1=3 平面三角形 V形 5、写出第二周期所有元素同核双原子分子的分子轨道表示式，并判断分子的稳定性和磁性 高低。 答：L2:(o,(oo2月 健级=2空91，蚊是定：无我种电子、磁矩为0 Bez:( 键级=2；2=0，不稳定：无成单电子，磁矩为0。 2 B2:(uF (i(z( 键级=42=1，较稳定：有两个单电子，磁性较强。 C::(iP(z(( 键级=6：2=2，较稳定：无单电子，磁矩为0。 N:(ooito2Po2p,m2nPo2n2 键级=8,2=3，很稳定：无单电子，酸矩为0。 2 0:(ooio2oo2n2p,m2n了p,'n.}

4、根据价层电子对互斥理论，判断下列分子或离子的空间构型，要求给出中心原子价层电 子对的几何排布。 OF2 SF4 SO4 2- SnCl2 XeO4 BrCl3 NOCl 答： 价电子层对数 孤电子对数 价层电子对的几何 构型 分子的空间构型 OF2 4 2 6 2 = + 2 正四面体 V 形 SF4 5 2 6 4 = + 1 三角双锥 变形四面体 SO4 2- 4 2 6 0 ( 2) = + − − 0 四面体 四面体 SnCl2 3 2 4 2 = + 1 平面三角形 V 形 BrCl3 5 2 7 3 = + 2 三角双锥 T 形 NOCl 3 2 5 0 1 = + + 1 平面三角形 V 形 5、写出第二周期所有元素同核双原子分子的分子轨道表示式，并判断分子的稳定性和磁性 高低。 答：Li2： 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) s s s    1 2 2 - 0 键级 = = ，较稳定；无成单电子，磁矩为 0。 Be2： * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( )  s  s  s  s 0 2 2 - 2 键级 = = ，不稳定；无成单电子，磁矩为 0。 B2： 1 2 1 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s s s s py pz       1 2 4 - 2 键级 = = ，较稳定；有两个单电子，磁性较强。 C2： 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s s s s py pz       2 2 6 - 2 键级 = = ，较稳定；无单电子，磁矩为 0。 N2： 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) py pz px  s  s  s  s    3 2 8 - 2 键级 = = ，很稳定；无单电子，磁矩为 0。 O2： * 1 2 * 1 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) y z x y z  s  s  s  s  p  p  p  p  p

键级=8：4=2，很稳定：有两个单电子，破性较强。 Fa:(ou户oio,ro,F:pFmn户52pPn,Ptn月 键级=8：6=1，较稳定：无单电子，磁矩为0， Ne::(ou (iz((F(ip 键级=8,8=0，不稳定：无单电子，磁矩为0。 ,写出0、0，、0、0：、0好”的分子轨道电子排布式，并比较地们的健能、健长和 答：02：(o.(Gi产o2Poi.户o2p,户2p,户2广n,n. 键级-106-2：有两个单电子 O:(u (diF(z(i(p((() 键级=10,7=15：有一个单电子 02：.2aio2o2o2户2p,f2np,n月 键级-10：8-1：无单电子 0：(o尸(oio2o2op户2p,2n.ip, 键级=10：5=25：有-个单电子 02*:(o.)2(σi)(o2.)P(o)P(o2)P(π2)P(π2)2 键级-10：43：无单电子 因为键级越大键能越大，键能越大键长越短 键能：02-02*>02>0，>022 磁性：02-02+NH>HO它们采取的都是sp杂化，但是NH和HO采取的是不等性的 sp杂化，它们中心原子上含有孤对电子，由于孤对电子只受中心原子的吸引，电子云比较 “大”而且集中在原子核的附近，就会对临近电子有较大的排斥力，迫使其键角变小。 (2)PL,>PB>PC,影响键角的另一个因素是电负性，在中心原子具有孤电子对的 AB型分子中，当A相同而B不相同时，随者B的电负性增大，AB间成键电子对偏向B

2 2 8 - 4 键级 = = ，很稳定；有两个单电子，磁性较强。 F2： * 2 2 * 2 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) y z x y z  s  s  s  s  p  p  p  p  p 1 2 8 - 6 键级 = = ，较稳定；无单电子，磁矩为 0。 Ne2： * 2 2 * 2 2 * 2 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) px py pz py pz px  s  s  s  s       0 2 8 - 8 键级 = = ，不稳定；无单电子，磁矩为 0。 6、写出 O2、O2 －、O2 2－、O2 ＋、O2 2＋的分子轨道电子排布式，并比较她们的键能、键长和磁 性。 答：O2： * 1 2 * 1 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) y z x y z  s  s  s  s  p  p  p  p  p 2 2 10 - 6 键级 = = ；有两个单电子 O2 －： * 1 2 * 2 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) y z x y z  s  s  s  s  p  p  p  p  p 1.5 2 10 - 7 键级 = = ；有一个单电子 O2 2－： * 2 2 * 2 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) y z x y z  s  s  s  s  p  p  p  p  p 1 2 10 - 8 键级 = = ；无单电子 O2 ＋： * 1 2 2 2 2 2 2 2 * 2 2 2 2 * 2 1 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) px py pz py  s  s  s  s     2.5 2 10 - 5 键级 = = ；有一个单电子 O2 2＋： 2 * 2 2 * 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) x y z        s s s s p p p 3 2 10 - 4 键级 = = ；无单电子 因为键级越大键能越大，键能越大键长越短 键能：O2 2－＜O2 －＜O2＜O2 ＋＜O2 2＋ 键长：O2 2＋＞O2 ＋＞O2＞O2 －＞O2 2－ 磁性：O2 2－～O2 2＋＜O2 －～O2 ＋＜O2 7、在下列各组分子中，哪个分子的键角大？为什么？ (1) CH4 NH3 H2O (2) PCl3 PBr3 PI3 (3) NH3 PH3 AsH3 答：(1) CH4＞ NH3＞ H2O 它们采取的都是 sp3 杂化，但是 NH3 和 H2O 采取的是不等性的 sp3 杂化，它们中心原子上含有孤对电子，由于孤对电子只受中心原子的吸引，电子云比较 “大”而且集中在原子核的附近，就会对临近电子有较大的排斥力，迫使其键角变小。 (2) PI3＞ PBr3＞ PCl3，影响键角的另一个因素是电负性，在中心原子具有孤电子对的 ABn 型分子中，当 A 相同而 B 不相同时，随着 B 的电负性增大，A-B 间成键电子对偏向 B

从而减小成键电子对之间的斥力，使键角减小。 (3)NH>PH>AsH3,若是B相同而A不同，则随若A的电负性的增大，A-B之间成 键电子对偏向A,从而增大成键电子对之间的斥力，使键角增大。 8、HF分子间氢键比H,0分子间氢键强，为什么HF的沸点及气化热均比H,0的低？ 答：F-HF氢键的键能为28.0 kJ-mol,而0-H.0氢键的键能为18.8 kJ-mol'。可见 HF分子间的氢键比H,0分子间氢键强， H0分子有二对孤对电子，二个H原子，因此，水分子最多可与周围分子形成4个氢键 而HF分子中只有一个H原子，最多可与周围HF分子形成两个氢键，即0分子间氢键 比HF分子间氢键多。另外，H0气化时，气态的比0均为单分子而没有二聚、三聚分子， 说明水气化时要断开全部氢键：而HF气化时，气相中仍有二聚体(HF2,即F气化时不必 断开全部的氢键。综上所述，由于H0分子间氢键多而气化时需断开全部氢键，HF分子间 氢键数较H,O少且气化时HF不必断开全部氢健，结果是H,O气化热要比HF气化热大。 9、判断下列各对分子之间存在何种类型的分子间作用力？ (1)C66和CCl4(2)CHsCOOH和H0(3)CO气体(4)CHCl和CHC 答：()CH6和CC色散力 (2)CHC0OH和0色散力、诱导力、取向力和氢键 (3)C0:气体 色散力 (4)CHC和CHC2色散力、诱导力和取向力 10、用下列数据求氢原子的电子亲和能 K(s)-K(g) △，H0=83kJ.mo K(g)一K(g)+e △，H(2)-419k.mo 2g一g) △，H(3)=218kJ.mo K*(g)+Hg→KHs)△，H(4)=-742.molr K)+2g)-Ks）A,H65)=-59Wmo 解：电子亲和能为下列反应的焓变，它由(5)-(4H3)H2)(1)得到： Hg+e→Hf(g) △，H=△，H(5)-△，H(4)-△，H8(3)-A,H(2)-△，H) =.59+742.218-419.83

从而减小成键电子对之间的斥力，使键角减小。 (3) NH3＞ PH3＞AsH3，若是 B 相同而 A 不同，则随着 A 的电负性的增大 ，A-B 之间成 键电子对偏向 A，从而增大成键电子对之间的斥力，使键角增大。 8、HF 分子间氢键比 H2O 分子间氢键强，为什么 HF 的沸点及气化热均比 H2O 的低？ 答： F－H.F 氢键的键能为 28.0kJ·mol-1，而 O－H.O 氢键的键能为 18.8 kJ·mol-1。可见 HF 分子间的氢键比 H2O 分子间氢键强。 H2O 分子有二对孤对电子，二个 H 原子，因此，水分子最多可与周围分子形成 4 个氢键； 而 HF 分子中只有一个 H 原子，最多可与周围 HF 分子形成两个氢键，即 H2O 分子间氢键 比 HF 分子间氢键多。另外，H2O 气化时，气态的 H2O 均为单分子而没有二聚、三聚分子， 说明水气化时要断开全部氢键；而 HF 气化时，气相中仍有二聚体(HF)2，即 HF 气化时不必 断开全部的氢键。综上所述，由于 H2O 分子间氢键多而气化时需断开全部氢键，HF 分子间 氢键数较 H2O 少且气化时 HF 不必断开全部氢键，结果是 H2O 气化热要比 HF 气化热大。 9、判断下列各对分子之间存在何种类型的分子间作用力？ (1) C6H6 和 CCl4 (2)CH3COOH 和 H2O (3)CO2 气体 (4) CHCl3 和 CH2Cl2 答：(1) C6H6 和 CCl4 色散力 (2)CH3COOH 和 H2O 色散力、诱导力、取向力和氢键 (3)CO2 气体 色散力 (4) CHCl3 和 CH2 Cl2 色散力、诱导力和取向力 10、用下列数据求氢原子的电子亲和能。 K(s) → K(g) (1) r m H   =83kJ.mol-1 K(g) → K+ (g) + e (2) r m H   =419 kJ.mol-1 2 1 H2(g) → H(g) (3) r m H   =218 kJ.mol-1 K+ (g) + H(g) → KH(s) (4) r m H   = -742kJ.mol-1 K(s) + 2 1 H2(g) → KH(s) (5) r m H   = -59kJ.mol-1 解：电子亲和能为下列反应的焓变，它由(5)-(4)-(3)-(2)-(1)得到： H(g) + e → H- (g) r m H   ＝ (5) r m H   - (4) r m H   - (3) r m H   - (2) r m H   - (1) r m H   ＝-59+742-218-419-83

=-37(k.mol) 11、ClF的解离能为246k.moN,CF的生成热为-56k.mol1,C2的解离能为238.mol, 试计算F2(g)的解离能。 解：根据题意有： C1F(g)→CI(g)+F(g) △，H(①)=246kJ.mo 1 Cl()F(B)-CIF (g) △，H(2)=-56kJ.mol Cl2(g)→2C1(g) △，H(3)=238kJ.mo 2×(1)+2×(2)-(3)得： F2(g)→2F(g) △，H=2△，H(I)+2△，H(2)-△，H(3) =2×246-2×56-238 =142(k.mo） 12、实验测HCl的键矩μ=3.57×1030Cm,原子核间距是1.27×1010m,计算HC1的离子 性百分率。（电子电荷e=1.6×1019C)。 解：由题可知 g=:357x10Cm=281x100C .81x18700m。 1.6x109℃=0.18 6= 即H-CI键具有18%的离子性

＝-37(kJ.mol-1 ) 11、ClF 的解离能为 246 kJ.mol-1 ，ClF 的生成热为-56 kJ.mol-1 ，Cl2 的解离能为 238 kJ.mol-1 ， 试计算 F2(g)的解离能。 解：根据题意有： ClF(g) → Cl(g) + F(g) (1) r m H   =246kJ.mol-1 2 1 Cl2(g) + 2 1 F2(g) → ClF (g) (2) r m H   = -56 kJ.mol-1 Cl2(g) → 2Cl(g) (3) r m H   =238kJ.mol-1 2×(1)+2×(2)-(3)得： F2(g) → 2F(g) r m H   =2 (1) r m H   +2 (2) r m H   － (3) r m H   =2×246－2×56－238 =142(kJ.mol-1 ) 12、实验测 HCl 的键矩 μ＝3.57×10-30 C·m，原子核间距是 1.27×10-10m ，计算 HCl 的离子 性百分率。（电子电荷 e＝1.6×10-19 C）。 解：由题可知 30 20 10 3.57 10 2.81 10 1.27 10 u C m q C l m − − −   = = =   20 19 2.81 10 0.18 1.6 10 C C  − −  = =  即 H-Cl 键具有 18%的离子性