无机及分析化学 第一章习题答案

Charp1原子结构与元素周期性3、用合理的量子数表示：（1）3d能级（2）2pz原子轨道（3）4s1电子(1)n=3,l=2(2)n=2,l=1,m=0(3)n=4,l=0,m=0,ms=+214、（1）量子数n=3，l=1的原子轨道符号是什么？该类原子轨道的形状如何？有几种空间取向？共有几个轨道？共可容纳多少个电子？3p亚层，哑铃型，三种空间取向，三个原子轨道（pxpypz），最多可容纳6个电子。(2)量子数n=4的电子层有几个亚层？各亚层有几个轨道？第四电子层最多能容纳多少个电子？四个亚层：4s、4p、4d、4f轨道数：1357电子数：261014（32）Charp1原子结构与元素周期性6.试预测：⑴115号元素原子的电子分布，并指出它将属于哪个周期、哪个族？可能与哪个已知元素的性质最为相似？⑵第七周期最后一种元素的原子序数是多少？解：⑴115号元素原子的电子分布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p66d107s27p3或[Rn]5f146d107s27p3，属于第七周期、VA族元素，与Bi的性质最为相似。⑵第七周期最后一种元素原子的电子分布式为：[Rn]5f146d107s27p6，原子序数为118。Charp1原子结构与元素周期性原子序数电子分布式各层电子数周期族区金属还是非金属12[Ne]3s22,8,2三ⅡAs金属24[Ar]3d54s12,8,13,1四ⅥBd金属48[Kr]4d105s22,8,18,18,2五ⅡBds金属60[Xe]4f46s22,8,18,22,8,2六ⅢBf金属82[Xe]4f145d106s26p22,8,18,32,18,4六ⅣAp非金属7、考察的知识点：（1）基态原子中电子的分布；（2）元素周期性与核外电子分布的关系。Charp1原子结构与元素周期性9.有A、B、C、D四种元素，其价电子数依次为1，2，6，7，其原子层依次减小。已知D-的电子层结构与Ar原子相同，A，B次外层电子数均为8，而C的次外层电子数为18，根据结构判断：（1）原子半径由小到大的顺序；（2）第一电离能由小到大的顺序；（3）电负性由小到大的顺序；（4）金属性由弱到强的顺序；（5）分别写出各元素原子最外层的l=0的电子的量子数。解：元素代号电子分布式周期族元素符号A[Xe]6s16ⅠACsB[Kr]5s25ⅡASrC[Ar]3d104s24p44ⅥASeD[Ne]3s23p53ⅦACl•(1)原子半径：rCsrSrrSerCl•(2)第一电离能：ICsISrISeICl•(3)电负性：ХCsХSrХSeХCl•(4)金属性：CsSrSeCl•(5)元素原子最外层的l=0的电子的量子数：•Cs([Xe]6s1)：n=6,l=0,m=0,ms=+1/2•Sr([Kr]5s2)：n=5,l=0,m=0,ms=+1/2n=5,l=0,m=0,ms=-1/2•Se([Ar]3d104s24p4)：n=4,l=0,m=0,ms=+1/2n=4,l=0,m=0,ms=-1/2•Cl([Ne]3s23p5)：n=3,l=0,m=0,ms=+1/2n=3,l=0,m=0,ms=-1/2Charp1分子的结构与性质11.根据电子配对法，写出下列各物质的分子结构式：解：BBrBrBrCOOSiHHHHPClClClCCHHHHBBr3CO2SiH4PCl5C2H4C2s2p被激发C2O2s2p2s2p+CO2HOClHClOCharp1分子的结构与性质12.指出下列分子或离子中的共价键哪些是由成键原子的未成对电子直接配对成键？哪些是由电子激发后配对成键？哪些是配位键？解：ZnCl2Zn的价层电子构型为3d104s2，先激发成3d104s14p1，再与2个Cl的p轨道上的未成对电子配对成键。其共价键由成键原子先激发再配对成键的。NI3直接配对成键。Charp6分子的结构与性质AsF5As的价层电子构型为4s24p3：As4s4p4d当遇到电负性大的F原子时，4s亚层上的价电子对被拆开，其中一个电子被激发到4d亚层上，使未成对电子数增至5个：As4s4p4d这样As就可以和5个F原子上的未配对电子配对成键，故AsF5的共价键是由电子激发后配对成键的。Charp1分子的结构与性质4NHN原子的价层电子构型为2s22p3，其2p亚层上有三个未成对电子，能与3个H原子1s上的未成对电子直接配对成键；而另外一个H原子1s上的电子电离后就空出了1s轨道，并形成了H+，空出的1s轨道能与N原子2s亚层上的孤电子对形成配位键，整个过程如右图所示：N2s2pH1sH1sH1sH+形成配位键直接配对成键Charp1分子的结构与性质[Ag(NH3)2]+Ag原子的价层电子构型为4d105s1，当5s亚层上的1个电子电离后就形成了Ag+，如下所示：价电子电离顺序：npns(n-1)d(n-2)fAg5s5p4dsp杂化+Charp1分子的结构与性质13.试用杂化轨道理论，说明下列分子的中心原子可能采取的杂化类型，并预测其分子或离子的几何构型。Charp1分子的结构与性质生成的BCl3几何构型为平面正三角形。B原子的价电子层构型为2s22p1，成键时一个2s电子被激发到一个2p空轨道上，形成3个能量相同的sp2杂化轨道，整个过程如下：BCl3B2s2p被激发BBCl3：表示Cl原子4p亚层上的未成对电子3个等性sp2Charp1分子的结构与性质PH3P原子的价电子层构型为3s23p3，成键时4个价电子轨道发生sp3杂化，形成4个能量不相同的sp3杂化轨道，整个过程如下：P3s3p被激发PPH3：表示H原子1s亚层上的未成对电子4个不等性sp3杂化轨道中有1对孤电子对，生成的PH3几何构型为三角锥形。Charp1分子的结构与性质H2SS原子的价电子层构型为3s23p4，成键时4个价电子轨道发生sp3杂化，形成4个能量不相同的sp3杂化轨道，整个过程如下：S3s3p被激发SH2S：表示H原子1s亚层上的未成对电子4个不等性sp3杂化轨道中有2对孤电子对，生成的H2S几何构型为折线（V）型。Charp1分子的结构与性质CCl4C原子的价电子层构型为2s22p2，成键时4个价电子轨道发生sp3杂化，形成4个能量相同的sp3杂化轨道，整个过程如下：杂化轨道中没有孤电子对，生成的CCl4几何构型为正四面体。C2s2p被激发CCCl4：表示Cl原子3p亚层上的未成对电子4个等性sp3Charp1分子的结构与性质CS2C原子的价电子层构型为2s22p2，先激发为2s12p3，发生sp杂化，两个sp杂化轨道与两个S的3p轨道形成2根σ键，C原子的两个2p轨道与两个S的3p轨道形成2根键，形成S=C=S，整个过程如下：生成的CS2几何构型为直线形。C2s2p被激发CS2：表示S原子3p亚层上的未成对电子。2个等性sp2s2psp杂化Charp1分子的结构与性质4NHN原子的价层电子构型为2s22p3，其2p亚层上有三个未成对电子，能与3个H原子1s上的未成对电子直接配对成键；而另外一个H原子1s上的电子电离后就空出了1s轨道，与N原子2s亚层上的孤电子对形成配位键，这样整个离子就没有孤电子对，形成四个相同sp3杂化轨道，整个过程如下图所示：N2s2pH1sH1sH1sH+sp3杂化NH4+4个等性sp3：表示H原子1s亚层上的电子杂化轨道中所有电子都成对了，生成的几何构型为正四面体。4NHCharp1分子的结构与性质14.根据分子轨道理论说明：⑴He2分子不存在；⑵N2分子很稳定，且具有反磁性；⑶O2-和O2+离子的磁性。解：有4个电子，根据分子轨道能级图可以写出其分子轨道式为(σ1s)2(σ＊1s)2。可知进入成键轨道的电子与进入反键轨道的电子一样多，能量变化上相互抵消，因此理论上是不存在的。2He2HeCharp1分子的结构与性质2N有14个电子，根据分子轨道能级图可以写出其分子轨道式为KK(σ2s)2(σ＊2s)2(2py)2(2pz)2(σ2px)2，形成了一个σ键和二个键，所以很稳定。由于其所有的电子均已配对，因此其具有反磁性。2N2O有17个电子，根据分子轨道能级图可以写出其分子轨道式为KK(σ2s)2(σ＊2s)2(σ2px)2(2py)2(2pz)2(＊2py)2(＊2pz)1，可知其有一个未成对电子(＊2pz)1，与(2pz)2形成了一个叁电子键，因此其具有顺磁性。2O有15个电子，根据分子轨道能级图可以写出其分子轨道式为KK(σ2s)2(σ＊2s)2(σ2px)2(2py)2(2pz)2(＊2py)1，可知其有一个未成对电子(＊2py)1，与(2py)2形成了一个叁电子键，因此其具有顺磁性。Charp1分子的结构与性质15.根据键的极性和分子的几何构型，判断下列分子哪些是极性分子？哪些是非极性分子？解：Ar是单原子分子，整个分子呈现出电中性，因此它是非极性分子。I2由两个相同原子构成，分子中的正负电荷中心重合于一点，整个分子不存在正负两极，属于非极性分子。Charp1分子的结构与性质HF由两个不同原子构成，成键电子云偏向于电负性较大的F原子，使分子的负电荷中心比正电荷中心更偏向于F原子，整个分子存在正负两极，属于极性分子。CO由两个不同原子构成，成键电子云偏向于电负性较大的O原子，使分子的负电荷中心比正电荷中心更偏向于O原子，整个分子存在正负两极，属于极性分子。H2S有两个S－H极性键，由于其空间结构为V形，中正负电荷中心不重合，整个分子存在正负两极，属于极性分子。H2SCharp1分子的结构与性质CS2有两个C－S极性键，但由于其空间结构为直线形，中正负电荷中心重合，整个分子不存在正负两极，属于非极性分子。CS2CHCl3有三个C－Cl极性键和一个C－H极性键，其空间结构为四面体，中正负电荷中心不重合，整个分子存在正负两极，属于极性分子。CHCl3CCl4有四个完全相同的C－Cl极性键，而其空间结构为正四面体，中正负电荷中心重合，整个分子不存在正负两极，属于非极性分子。CCl4Charp1分子的结构与性质BF3有三个完全相同的B－F极性键，而其空间结构为正平面三角形，中正负电荷中心重合，整个分子不存在正负两极，属于非极性分子。BF3NF3有三个完全相同的N－F极性键，但其空间结构为正三角锥形，中正负电荷中心不重合，整个分子存在正负两极，属于极性分子。NF3Charp1分子的结构与性质16.判断下列每组物质中不同物质分子之间存在着何种成分的分子间力。⑴苯和四氯化碳⑵氦气和水⑶乙醇和水（4）氨水溶液解：⑴苯和四氯化碳苯和四氯化碳都属于非极性分子，它们的偶极矩为0，相互之间由于瞬时偶极而产生了色散力。⑵氦气和水氦气属于非极性分子，水属于极性分子，它们之间同样也存在色散力；而氦气在水分子固有偶极作用下会发生变形极化，产生诱导偶极，其与水分子固有偶极之间存在诱导力。Charp1分子的结构与性质⑶乙醇和水氨和水都是极性分子，同样存在诱导力和色散力；另外由于各自固有偶极的取向而产生了取向力。还存在氢键。（4）氨水溶液乙醇和水都是极性分子，同样存在诱导力和色散力；另外由于各自固有偶极的取向而产生了取向力。还有氢键存在。Charp1固体的结构与性质18.根据所学晶体结构知识，填出下表。解：物质晶格结点上的粒子晶格结点上粒子间的作用力晶体类型预测熔点（高或低）I2I2分子分子间力分子晶体很低SiO2Si原子、O原子共价键原子晶体很高ZnZn原子、Zn2+离子金属键金属晶体高冰H2O分子氢键、分子间力氢键型分子晶体低MgOMg2＋、O2－离子键离子晶体较高