第7章物质结构基础7-3下列各组量子数哪些是不合理的？为什么？n1m210(1)2(2)2-1(3)23+2解：（1）合理，符合量子数取值条件限制；(②)1取值不合理，1最大取值为n-1；(3)l、m取值不合理，1最大取值为n-1，m可取0，±1，±2，，±。7-4量子数为n=3，=2，m=2的能级可允许的最多电子数为多少？量子数为n=3，[=2，m=2的能级为3d能级，有5个原子轨道，最多容纳10个电子。7-5用合理的量子数表示：（1)3d能级；(2)4sl电子；(3)3p电子；（4)5f电子解：(1)3d能级：n=3，-2;(2)4sl电子：n=4，[=0，m=0，si可取+1/2或-1/2;(3）3p电子：n=3，[=1，m可取0、±1，S可取+1/2或-1/2；(4)5f电子：n=5，[=3，m可取0、±1、±2、±3，s可取+1/2或-1/2；7-7以(1)为例，完成下列(2)~(4)题。1s22s22p63s23p3;(1) Na(Z=11)[NeJ3s'; (2)(3)_(Z=24)[?J3d54s';(4)Kr(Z=)[?]3d104s24p。解：(2)_P(Z=15)[NeJ3s23p3;(3)_Cr(Z=24)[Arj3d54sl;(4) Kr(Z= 36)[Ar]3d104s?4p6。7-10试完成下表。原子序数周期族区价电子构型各层电子数3sl113IA2,8,1S2143d'4s22,8,8,3IIIBd354VIIA4s?24p52,8,18,7Ip
第 7 章 物质结构基础 7-3 下列各组量子数哪些是不合理的？为什么？ n l m (1) 2 1 0 (2) 2 2 -1 (3) 2 3 +2 解：(1) 合理，符合量子数取值条件限制； (2) l 取值不合理，l 最大取值为 n-1； (3) l、m 取值不合理，l 最大取值为 n-1，m 可取 0，±1，±2，.，±l。 7-4 量子数为 n=3，l=2，m=2 的能级可允许的最多电子数为多少？ 量子数为 n=3，l=2，m=2 的能级为 3d 能级，有 5 个原子轨道，最多容纳 10 个电子。 7-5 用合理的量子数表示：(1) 3d 能级；(2) 4s1 电子；(3) 3p 电子；(4) 5f 电子 解：(1) 3d 能级：n=3，l=2； (2) 4s1 电子：n=4，l=0，m=0，si 可取+1/2 或-1/2； (3) 3p 电子：n=3，l=1，m 可取 0、±1，si 可取+1/2 或-1/2； (4) 5f 电子：n=5，l=3，m 可取 0、±1、±2、±3，si 可取+1/2 或-1/2； 7-7 以(1)为例，完成下列(2)~(4)题。 (1) Na(Z=11) [Ne]3s1；(2) 1s22s22p63s23p3； (3) (Z=24) [?]3d54s1；(4) Kr(Z= ) [?]3d104s24p6。 解：(2) P(Z=15) [Ne]3s23p3； (3) Cr (Z=24) [Ar]3d54s1； (4) Kr(Z= 36 ) [Ar]3d104s24p6。 7-10 试完成下表。 原子序数 价电子构型 各层电子数 周期 族 区 11 3s1 2,8,1 3 IA s 21 3d14s2 2,8,8,3 4 IIIB d 35 4s24p5 2,8,18,7 4 VIIA p
485 IIB4d105s2ds2,8,18,18,27-14在下面的电子构型中，通常第一电离能最小的原子具有哪一种构型？(1) nsnp3(2) ns°np4(3) nsnps(4) ns2np6解：同一周期的主族元素，从左到右由于有效核电荷数增多，原子半径减小，所以电离能增大。但由于电子构型nsnp稳定，难以失去电子，所以，I(nsnp)>I(nsnp*)，因此(2)nsnp4构型的原子电离能最小。7-15某元素的原子序数小于36，当此元素原子失去3个电子后，它的轨道角动量量子数等于2的轨道内电子数恰好半满：（1）写出此元素原子的电子排布式；(2）此元素属哪一周期、哪一族、哪一区？写出其元素符号。解：分析：原子序数小于36应为前四周期元素：轨道角动量量子数等于2，=2，应为d轨道，前四周期只有第四周期有d轨道，因而应为第四周期元素。（1）失去3个电子后，3d轨道内电子数半满，该元素应有3d64s构型，该元素原子的电子排布式应为[Ar]3d64s?；(2）该元素属第四周期、VIII族、d区元素，元素符号Fe。7-16写出下列元素中第一电离能最大和最小的元素。KCaNaMgNPAlSi解：分析：电离能在周期表中从上到下下降，从左到右递增。所以第一电离能最大的是N；第一电离能最小的是K。7-19解：O2的分子轨道表达式为：[(01s)(α 1s)(2s)(α*2s)(02px)(元2py) (元2pz)(元*2py)(元*2pz)(α*2px)]分子轨道电子排布式：O2[(01s)(α* 1s)(@2s)(α*2s)(2px)(元2py)(元2pz)(元2*py)(元*2pz)(α*2px)]键级=2.5，顺磁性O2[(01s)(α*1s)(2s)(α*2s)(α2px)(元2py)(元2pz)(元2*py)'(元*2pz)'(α*2px)]键级=2，顺磁性O2[(α1s)(α*1s)(02s)(*2s)(02px)(元2py)(元2pz)(元2*py)(元*2pz)’(α*2px)]键级=1.5，顺磁性
48 4d105s2 2,8,18,18,2 5 IIB ds 7-14 在下面的电子构型中，通常第一电离能最小的原子具有哪一种构型？ (1) ns2np3 (2) ns2np4 (3) ns2np5 (4) ns2np6 解：同一周期的主族元素，从左到右由于有效核电荷数增多，原子半径减小，所 以 电 离能 增大 。但 由于 电子 构型 ns2np3 稳 定， 难以 失去 电子 ，所 以 ， I(ns2np3 )>I(ns2np4 )，因此(2) ns2np4 构型的原子电离能最小。 7-15 某元素的原子序数小于 36，当此元素原子失去 3 个电子后，它的轨道角动 量量子数等于 2 的轨道内电子数恰好半满： (1) 写出此元素原子的电子排布式； (2) 此元素属哪一周期、哪一族、哪一区？写出其元素符号。 解：分析：原子序数小于 36 应为前四周期元素；轨道角动量量子数等于 2，l=2， 应为 d 轨道，前四周期只有第四周期有 d 轨道，因而应为第四周期元素。 (1) 失去 3 个电子后，3d 轨道内电子数半满，该元素应有 3d64s2 构型，该元素原 子的电子排布式应为[Ar] 3d64s2； (2) 该元素属第四周期、VIII 族、d 区元素，元素符号 Fe。 7-16 写出下列元素中第一电离能最大和最小的元素。 K Ca Na Mg N P Al Si 解：分析：电离能在周期表中从上到下下降，从左到右递增。 所以第一电离能最大的是 N；第一电离能最小的是 K。 7-19 解：O2 的分子轨道表达式为： [(σ1s)(σ * 1s)(σ2s)(σ * 2s)(σ2px)(π2py) (π2pz)(π*2py)(π*2pz)(σ*2px)] 分子轨道电子排布式： O2 + [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 (σ2px) 2 (π2py) 2 (π2pz) 2 (π2* py) 1 (π*2pz)(σ*2px)] 键级=2.5，顺磁性 O2[(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 (σ2px) 2 (π2py) 2 (π2pz) 2 (π2* py) 1 (π*2pz) 1 (σ*2px)] 键级=2，顺磁性 O2 - [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 (σ2px) 2 (π2py) 2 (π2pz) 2 (π2* py) 2 (π*2pz) 1 (σ*2px)] 键级=1.5，顺磁性
O22-[(α1s)(α* 1s)(02s)(α*2s)(2px)(元2py)(元2pz)(元2*py)(元*2pz)2(α*2px)]键级=1，反磁性强度顺序为：02+>02>02>027-20解：原子序号为5分子轨道电子排布式为：B2[(c1s)2(c1s)(2s)2(2s)2(元2py)（元2pz)"17-21下列双原子分子或离子，哪些可稳定存在？哪些不可稳定存在？请将稳定存在的双原子分子或离子按稳定性由大到小的顺序排列起来。H2He2+C2 N2N2+He2Be2解：按分子轨道理论，相应的分子轨道表达式与键级为：H2[(o1s)月]，键级=2/2=1;He2 [(α1s)(α*1s)],键级=(2-2)/2=0;He2[(o1s)P(α 1s)’],键级=(2-1)/2=0.5;Be2[(α1s)(*1s)(α2s)(α*2s)2]，键级=(4-4)/2=0;C2 [(α1s)(α*1s)(c2s)(α2s)(元2py)(元2pz)]，键级=4/2=2;N2 [(α1s)(α*1s)(62s)2(α*2s)(元2py)(元2pz)(α2px)], 键级=6/2=3;N2+[(o1s)(α*1s)(o2s)2(α*2s)(元2py)(元2pz)(62px)’,键级=5/2=2.5。He2和Be2不能稳定存在，其余均能稳定存在。键级越大越稳定，稳定性由大到小为N2、N2t、C2、H2、He2t。7-23试用价层电子对互斥理论判断下列分子或离子的空间构型分子LP(或n)VPVP排布分子构型04NH正四面体正四面体03CO平面三角形平面三角形BCl303平面三角形平面三角形05三角双锥形三角双锥形PClsSiF?06正八面体形正八面体形H,o*14正四面体三角锥形
O2 2- [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 (σ2px) 2 (π2py) 2 (π2pz) 2 (π2* py) 2 (π*2pz) 2 (σ*2px)] 键级=1，反磁性 强度顺序为：O2 +>O2>O2 ->O2 2- 7-20 解：原子序号为 5 分子轨道电子排布式为：B2 [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 (π2py) 1 (π2pz) 1 ] 7-21 下列双原子分子或离子，哪些可稳定存在？哪些不可稳定存在？请将稳定 存在的双原子分子或离子按稳定性由大到小的顺序排列起来。 H2 He2 He2 + Be2 C2 N2 N2 + 解：按分子轨道理论，相应的分子轨道表达式与键级为： H2 [(σ1s) 2 ]，键级=2/2=1； He2 [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 ]，键级=(2–2)/2=0； He2 + [(σ1s) 2 (σ * 1s) 1 ]，键级=(2–1)/2=0.5； Be2 [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 ]，键级=(4–4)/2=0； C2 [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 (π2py) 2 (π2pz) 2 ]，键级=4/2=2； N2 [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 (π2py) 2 (π2pz) 2 (σ2px) 2 ]，键级=6/2=3； N2 + [(σ1s) 2 (σ * 1s) 2 (σ2s) 2 (σ * 2s) 2 (π2py) 2 (π2pz) 2 (σ2px) 1 ]，键级=5/2=2.5。 He2 和 Be2 不能稳定存在，其余均能稳定存在。 键级越大越稳定，稳定性由大到小为 N2、N2 +、C2、H2、He2 +。 7-23 试用价层电子对互斥理论判断下列分子或离子的空间构型 分子 LP(或 n) VP VP 排布 分子构型 + NH4 0 4 正四面体 正四面体 2- CO3 0 3 平面三角形 平面三角形 BCl3 0 3 平面三角形 平面三角形 PCl5 0 5 三角双锥形 三角双锥形 2- SiF6 0 6 正八面体形 正八面体形 + H3O 1 4 正四面体 三角锥形
2正八面体形平面正方形XeF46V形平面三角形13SO27-24用杂化轨道理论解释为何PCl3是三角锥形，且键角为101，而BCl3却是平面三角形的几何构型。解：P原子的外层电子构型为3s23p3，根据杂化轨道理论，P原子以不等性sp杂化轨道与CI原子成键，四个sp杂化轨道指向四面体的四个顶点，其中的三个轨道被单电子占据，与CI原子的单电子配对成键：而另一个Sp3杂化轨道已被一对孤对电子占据，不可能再与C1原子成键，因而PCl3的分子构型为三角锥形。同时，由于孤对电子对成键电子的斥力，使PCl3的键角小于109.5°成为101°而B原子的外层电子构型为2s22p'，B原子2s上的1个电子先激发到2p的空轨道上去，以等性sp?杂化轨道与C1原子成键，三个Sp?杂化轨道指向平面三角形的三个顶点，三个轨道均被单电子占据，与CI原子的单电子配对，因而BCl3的分子构型是平面三角形，键角为120°。7-25用VSEPR理论和杂化轨道理论指出下列各分子的空间构型和中心原子的杂化轨道类型。PCl3，SO2，NO,，SCl2，SnCl2，BrF,解：VP排布分子构型分子LP(或n)VP杂化类型正四面体不等性sp3三角锥形4PCl31平面三角不等性sp2V形I3SO2形NOt直线形直线形02sp2正四面体不等性sp3V形4SCl2平面三角13不等性 sp2V形SnCl2形V形2正四面体不等性sp3BrF247-26据电负性差值判断下列各对化合物中键的极性大小。(1)FeO和FeS(2)AsH3和NH(3)NCl3和NF3(4)CCl4和 SiCl4解：()x(O)>x(S)，FeO极性大于FeS;
XeF4 2 6 正八面体形 平面正方形 SO2 1 3 平面三角形 V 形 7-24 用杂化轨道理论解释为何 PCl3 是三角锥形，且键角为 101°，而 BCl3 却是平 面三角形的几何构型。 解：P 原子的外层电子构型为 3s23p3，根据杂化轨道理论，P 原子以不等性 sp3 杂化轨道与 Cl 原子成键，四个 sp3 杂化轨道指向四面体的四个顶点，其中的三个 轨道被单电子占据，与 Cl 原子的单电子配对成键；而另一个 sp3 杂化轨道已被一 对孤对电子占据，不可能再与 Cl 原子成键，因而 PCl3 的分子构型为三角锥形。 同时，由于孤对电子对成键电子的斥力，使 PCl3 的键角小于 109.5°成为 101°。 而 B 原子的外层电子构型为 2s 22p 1，B 原子 2s 上的 1 个电子先激发到 2p 的 空轨道上去，以等性 sp2 杂化轨道与 Cl 原子成键，三个 sp2 杂化轨道指向平面三 角形的三个顶点，三个轨道均被单电子占据，与 Cl 原子的单电子配对，因而 BCl3 的分子构型是平面三角形，键角为 120°。 7-25 用 VSEPR 理论和杂化轨道理论指出下列各分子的空间构型和中心原子的 杂化轨道类型。PCl3，SO2， + NO2 ，SCl2，SnCl2， + BrF2 解： 分子 LP(或 n) VP VP 排布 杂化类型 分子构型 PCl3 1 4 正四面体 不等性 sp3 三角锥形 SO2 1 3 平面三角 形 不等性 sp2 V 形 + NO2 0 2 直线形 sp 直线形 SCl2 2 4 正四面体 不等性 sp3 V 形 SnCl2 1 3 平面三角 形 不等性 sp2 V 形 + BrF2 2 4 正四面体 不等性 sp3 V 形 7-26 据电负性差值判断下列各对化合物中键的极性大小。 (1) FeO 和 FeS (2) AsH3 和 NH3 (3) NCl3 和 NF3 (4) CCl4 和 SiCl4 解：(1) ( ) ( ) O S ，FeO 极性大于 FeS；
(2)x(N)>x(As)，N-H极性大于As-H;(3）x(F)>x(CI)，N-F极性大于N-Cl;(4)x(C)>x(Si)，Si-CI极性大于C-Cl。7-29指出下列物质熔点由大到小的顺序（1）CaO>NaF>KF>KCI均为离子化合物熔化时克服离子键作用能(2）SiC>SiCl4>SiF4SiC为共价化合物，熔化时克服共价键作用能，分子构成的物质，熔化时克服分子间作用力（色散力）(3) AIN>NH3>PH3AIN为共价化合物，熔化时克服共价键作用能，其余为分子构成的物质，熔化时克服分子间力。(4) Na2S>CS2>CO2Na2S为离子化合物，熔化时克服离子键作用能，其余为分子构成物质，熔化时克服分子间力（色散力）7-30已知NH3、H2S、BeH2、CH4的偶极矩分别为4.90X10-30C-m、3.67X10-30Cm、0C-m、0C.m，试说明下列问题：(1)分子极性的大小(2)中心原子的杂化轨道类型(3)分子的几何构型解：（1）分子极性由大到小为NH3>H2S>BeH2=CH4;(2）中心原子的杂化轨道类型分别为：不等性sp3杂化、不等性sp3杂化、sp杂化、等性sp3杂化。(3）分子的几何构型分别为：三角锥形、V形、直线形、正四面体形。7-31下列分子中偶极矩不为零的有哪些？CS2CO2CH3C1 H2SSO3解：CH3CI和H2S。H2SCS2CO2SO3CH3CI杂化类型等性sp3不等性sp3等性sp2spspV形分子构型直线形直线形四面体形平面三角形0偶极矩μ#00#007-32判断下列各组分子间存在着什么形式的分子间作用力。(1)CO2与N2(2)HBr(气）(3)N2与NH3(4)HF水溶液解：(1)CO2与N2均为非极性分子，只存在色散力；
(2) ( ) ( ) N As ，N-H 极性大于 As-H； (3) ( ) ( ) F Cl ，N-F 极性大于 N-Cl； (4) ( ) ( ) C Si ，Si-Cl 极性大于 C-Cl。 7-29 指出下列物质熔点由大到小的顺序 （1）CaO>NaF>KF>KCl 均为离子化合物 熔化时克服离子键作用能 （2）SiC>SiCl4>SiF4 SiC 为共价化合物，熔化时克服共价键作用能，分子 构成的物质，熔化时克服分子间作用力（色散力） （3）AlN>NH3>PH3 AlN 为共价化合物，熔化时克服共价键作用能， 其余 为分子构成的物质，熔化时克服分子间力。 （4）Na2S>CS2>CO2 Na2S 为离子化合物，熔化时克服离子键作用能，其余 为分子构成物质，熔化时克服分子间力（色散力） 7-30 已知 NH3、H2S、BeH2、CH4 的偶极矩分别为 4.90×10-30 Cm、3.67×10-30 Cm、0 Cm、0 Cm，试说明下列问题： (1) 分子极性的大小 (2)中心原子的杂化轨道类型 (3)分子的几何构型 解：(1) 分子极性由大到小为 NH3 > H2S > BeH2 = CH4； (2) 中心原子的杂化轨道类型分别为：不等性 sp3 杂化、不等性 sp3 杂化、sp 杂化、等性 sp3 杂化。 (3) 分子的几何构型分别为：三角锥形、V 形、直线形、正四面体形。 7-31 下列分子中偶极矩不为零的有哪些？ CS2 CO2 CH3Cl H2S SO3 解：CH3Cl 和 H2S。 CS2 CO2 CH3Cl H2S SO3 杂化类型 sp sp 等性 sp3 不等性 sp3 等性 sp2 分子构型 直线形 直线形 四面体形 V 形 平面三角形 偶极矩 μ 0 0 ≠0 ≠0 0 7-32 判断下列各组分子间存在着什么形式的分子间作用力。 (1) CO2 与 N2 (2) HBr(气) (3) N2 与 NH3 (4) HF 水溶液 解：(1) CO2 与 N2均为非极性分子，只存在色散力；