09应化化学与化生结构化学课程考试试题A答案

湖北大学2011——2012学年度第一学期课程考试试题参考答案及评分标准（第1页共5页）课程考试试题参考答案及评分标准课程名称：结构化学（A卷）考试方式：闭卷（开卷、闭卷）任课教师：学院：化学化工学院专业年级：09应化、化学与化生注：参考答案需写清题号、每小题分值、参考答案要点、评分标准等一、选择题（每小题2分，共20分）1.A2.C3.B4.D5.C6.D7.C8.A9.B10.C二、判断题（用“×”或“√”判断下列各种说法正确与否）与填空题（每小题2分，共30分）16.2289mlh17.DPSDPS333111,,,,,13D18.0**ˆEddHE19.E]Rr)r()([aababiijijaiaiii412212121212　11.√12.√13.√14.×15.√湖北大学2011——2012学年度第一学期课程考试试题参考答案及评分标准（第2页共5页）20.)]2()1()2()1()][1()2()2()1([12112babaS21.定核近似、单电子近似、中心力场近似22.正四方形单环结构，每个顶点为一个碳原子23.D3h24.121222222222222121)()()()()()()()()(pypxpypxpzssss222OOO25.0.4520.603四、简答题：（共20分）26．在结构化学的学习中，我们学习了势箱、原子及分子体系，请从中归纳出用量子力学理论处理这些微观运动体系的一般步骤。（8分）答：量子力学处理微观体系的一般步骤为：（1）根据体系的物理条件，写出其势能函数，进一步写出Hamilton算苻及定态Schrödinger方程；（2）解Schrödinger方程，根据品优条件求得ψn和En；（3）描绘波函数及概率密度等图形，讨论其分布特点。由所得波函数求得对应状态的各种物理量，了解体系性质；（4）联系实际问题，对所得结果加以应用。27．通过研究物质的光电子能谱，可以为分子轨道理论提供坚实的实验基础。如何根据UPS谱图中能谱峰的位置、形状及间隔区分分子轨道的性质？什么是绝热电离能？（6分）答：由UPS谱带振动精细结构的形状和小峰的间距等变化，可以分析被打出的电子所在分子轨道的性质。能谱峰的长短序列对应着强成（反）键或弱成（反或非）键电子的离去。成键电子电离必然导致振动基频ν减小，分子离子的谱带振动峰(振动能级)间距比中性分子的振动峰(振动能级)间距小，其间距愈小说明电子的成键作用愈强；反键电子电离必然导致振动基频ν增大，分子离子的谱带振动峰(振动能级)间距比中性分子的振动峰(振动能级)间距大，其间距愈大说明电子的反键作用愈强。绝热电离能为各UPS谱带中振动精细结构的第一个小峰，是分子从振动基态到分子离子湖北大学2011——2012学年度第一学期课程考试试题参考答案及评分标准（第3页共5页）振动基态的电离过程产生的。28．试用前线轨道理论解释乙烯加氢反应为什么需要利用金属镍作催化剂来催化反应。（6分）答：乙烯加氢反应C2H4+H2→C2H6从热力学角度看，反应放热，理当容易进行，但实际上这个反应需要催化剂。从下图(a)，(b)可见乙烯与氢分子的前线轨道对称性不匹配，为“对称禁阻”反应，当加了Ni催化剂后，由于Ni中的d轨道的作用，氢分子的反键轨道成为有电子占据的分子轨道，可与乙烯分子的LUMO叠加，此时为“对称允许”反应，见图(c)。五、计算题：（共30分）29.已知氢原子的一个波函数为dp432321，是否是该体系的一种可能状态？若是，其能量E及角动量平方M2有无确定值？若有，其值为多少？若无，求其平均值。（10分）解：（1）根据量子力学态的叠加原理，该函数亦是氢原子体系的一种可能状态。（2）常数Hˆ，常数2ˆM，故均无确定值（3）24232268506.022512.1heVheVMEdp2128506043512141iiieV)..(EcE212222226432241iiihhMcM湖北大学2011——2012学年度第一学期课程考试试题参考答案及评分标准（第4页共5页）30.用HMO法比较烯丙基正离子22CHCHCH、烯丙基自由基22CHCHCH和烯丙基负离子22CHCHCH的相对稳定性。（12分）解：（1）0101101321cccxxx0101101xxx023xx22022332211ExExEx（2）a.烯丙基自由基的离域能828.0]2[223）（离域能Eb.烯丙基正离子的离域能828.0]2[222）（离域能Ec.烯丙基负离子的离域能828.0]22[224）（离域能E由计算可知三者稳定性是相似的。31．由yxyxp,p,s,d22轨道可以组成2dsp等性杂化轨道4321,,,，这些轨道极大值方向按平面四方形分别与x、y轴平行。根据杂化轨道理论推出杂化轨道的数学表达式。（8分）解：根据已知条件，则利用波函数的等性、归一及单位轨道的贡献，有坐标系：yΦ1xΦ2Φ3Φ4yΦ1xΦ2Φ3Φ4湖北大学2011——2012学年度第一学期课程考试试题参考答案及评分标准（第5页共5页）222222222122212122212122212122214321ydxpsydxpsydxpsydxpsyxyx