第三章共价键和双原子分子的结构化学

第三章双原子分子的结构和性质一、概念及问答题1、写出以原子单位表示的氢分子离子2H的Schrodinger方程。解：ERrrba]11121[22、分子轨道：分子中每个电子是在由各个原子核和其余电子组成的平均势场中运动，第i个电子的运动状态用波函数i描述，i称为分子中的单电子波函数，又称分子轨道。3、成健轨道、非键轨道和反键轨道：两个能级相近的原子轨道组合成分子轨道时，能级低于原子轨道的分子轨道称为成键轨道，高于原子轨道的分子轨道称为反键轨道，等于原子轨道的称为非键轨道。4、分子中的电子是根据哪几个定理在分子轨道上填充的？Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund规则5、轨道和键转动键轴而不改变轨道符号和大小的分子轨道称为轨道，在轨道上由于电子的稳定性而形成的共价键称为键6、轨道和键凡是通过键轴有一个为0的节面的轨道都称为轨道，由成键电子构成的共价键叫做键。7、键级：共价键的强弱可以用键级来表示，键级＝21(成键电子数－反键电子数)8、写出下列同核双原子分子F2、O2、N2、C2、B2的价电子组态。4*242222*2222)()()()()(:pppsszF1*21*22222222*2222)()()()()()()(:yxyxXpppppssO24222)2()1()1()1(:guugN4222)1()1()1(:uugC2222)1()1()1(:uugB9、写出下列异核双原子分子CO、NO的价电子组态2422)3()1()2()1(:CO12422)2()3()1()2()1(:NO10、写出下列22222,,,OOOO的轨道式、键型、键长、键级等，并比较键长、键级次序，并分析其磁性。如果有三个振动吸收带分别为：109700,158000,和186500cm-1，指出它是由2O产生的？242222221132211:gugugugO，键级为2，顺磁性；4422222221132211:gugugugO，键级为1，反磁性；342222221132211:gugugugO，键级为1.5，顺磁性；142222221132211:gugugugO，键级为2.5，顺磁性；由于2O的键级是最大的，所以力常数较大，其吸收带的值较大，应该是186500cm-111、按分子轨道理论说明2Cl的键比2Cl的键强还是弱？为什么？2Cl的键比2Cl的键弱，因为2Cl的基态价电子组态为4*343232*323)()()()()(pppssz，键级为1，而2Cl比2Cl少1个反键电子，键级为1.5，所以2Cl的键较强些。12、试用分子轨道理论讨论SO分子的电子结构，说明基态时有几个不成对电子。研究结果表明，SO分子的价电子结构与O2和S2的价电子结构比较相似，SO的价电子组态可表示为：24222)2()1()3()2()1(，不成对电子数为2。13、为什么CF的键能小于CF+的键能？CF的基态电子组态为14222)2()1()3()2()1(，其键级为2.5，而CF+比CF少一个反键电子，所以其键级为3，所以CF的键能小于CF+的键能。14、NO分子的第一电离能为9.26eV，比CO分子的第一电离能(14.01eV)小很多，试从分子的电子组态解释其原因。基态CO分子的价层电子组态为2422)3()1()2()1(，而NO分子的基态价层电子组态为12422)2()3()1()2()1(，CO分子的第一电离能是将3电子激发所需的最小能量，而NO分子的第一电离能是将2电子激发所需的最小能量，由于3电子是成键电子，能量比较低，激发能低，而2电子是反键电子，能量较高，所以激发能高，即基态CO的第一电离能比NO分子的第一电离能高。15、分子轨道理论认为，两个原子轨道要有效地组合成分子轨道必须满足什么条件？答：两个原子轨道要有效地组合成分子轨道必须满足对称性匹配，能级相近和轨道最大重叠三个条件。其中对称性匹配是先决条件，其它影响成键效率。16、共价键的特点是什么？答：两个原子轨道相互重叠，靠共用电子对形成的化学键称共价键。共价键的特点是具有饱和性与方向性。由于每个原子的价电子数是一定的，所以形成共价键有饱和性，方向性是指一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。二、选择题1、2H的Schrodinger方程是ERrrba]11121[2，式中已采用了下列哪种近似？a.单电子近似b.原子单位c.定核近似d.中心力场近似2、下列对分子轨道概念叙述正确的是：a.描述单个电子在空间运动的状态函数b.分子中单个电子在空间运动的状态函数c.由同种原子轨道线性组合而成的新轨道d.分子中电子在空间运动的状态函数3、下列分子可能具有单电子键的是：a.2Nb.2Cc.2Bd.2O4、氢分子的基态波函数是：a.单重态b.三重态c.二重态d.多重态5、下列分子可能具有单电子π键的是(A)N2+(B)C2－(C)B2+(D)O2－6、下列分子中磁矩最大的是(A)Li2(B)C2(C)C2+(D)B27、Br2分子的最低空轨道（LUMO）是(A)(B)(C)(D)答案1、c.2、b.3、c.4、a.三、计算题1、ClH35的远红外光谱线~＝21.18,42.38,63.54,84.72,105.91cm-1，试求其转动惯量及核间距。解：由于相邻谱线之间间隔为21.18cm-1，可得：159.10218.21cmB240210643.28cmgcBhIgmmmm24232121106267.11002.6)351(351275.15.127pmIrÅ2、OC1612的核间距为112.83pm，计算其纯转动光谱前4条谱线所应具有的波数。解：OC1612的折合质量为：kg26233101385.11002.61016121612因而其转动常数为：crhB22811821226234932.1109979.2)1083.112(101385.18106262.6cmsmmkgsJ第一条谱线的波数以及相邻两条谱线的波数差都是2B，所以前4条谱线的波数分别为：114113112111456.15932.188~592.11932.166~728.7932.144~864.3932.122~cmcmBcmcmBcmcmBcmcmB3、),(16122OCCO的转动惯量为246.10167.7mkg(a)计算2CO分子中C=O键的键长(b)假定同位素置换不影响C=O键的键长，试计算OC1812,组成的2CO分子的转动惯量。解：由于2CO的质心和对称中心重合，C原子对分子转动惯量无贡献，所以；216216122OCOOCrmI2/116)2(21612OmIrOCOCmmolkgmolmkg101312324610161.1)1016210022.610167.7(由于假定同位素置换不改变C＝O键的键长，因而有：218216122OCOOCrmI2461232101310058.810022.6)10161.1()1018(2mkgmolmmolkg4、用分子轨道表示式写出下列分子、分子离子、并指出它们的键级。(1)H2；(2)He2+；(3)O2－（4）N2（5）F2解：（1）成键电子数为2，反键电子数为0，所以键级为1（2）成键电子数为2，反键电子数为1，所以键级为（3）由此可见，成键电子数为8，反键电子数为5。键级为3/2（4）成键电子数为8，反键电子数为2。键级为3（5）成键电子数为8，反键电子数为6，键级为1。5、试写出同核与异核双原子分子电子组态的分子轨道表示。答：同核双原子分子电子组态的分子轨道表示法有3种。例如N2，可写为：①(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(π2p)4(2pz)2②(1g)2(1u)2(2g)2(2u)2(1πu)4(3g)2③(1)2(2)2(3)2(4)2(1π)4(5)2有些文献用K、L、M等字母表示内层轨道，只写价轨道的组态。异核双原子分子只能用第三种表示，因异核双原子分子无对称中心，两个原子的原子轨道也不相同。例如，CO只可写为(1)2(2)2(3)2(4)2(1π)4(5)2。