习题-Chpt1

第一章原子结构与键合一、基本题型1.原子的电子按照什么规律排列？2.下述电子排列方式中，哪些是惰性元素、碱金属族、碱土金属族和过渡金属元素族？并指出元素的名称和符号？(1)1S22S22P63S23P63d74S2；(2)1S22S22P63S23P6；(3)1S22S22P5；(4)1S22S22P63S2；(5)1S22S22P63S23P64S1；(6)1S22S22P63S23P63d24S23．稀土元素电子排列的特点是什么？镧系元素为什么处于周期表中的同一空格中？4．试解释金属键、离子键、共价键、分子键、氢键和过渡键(混合键)？答：离子键(ionicbond)离子键是通过异性电荷之间的吸引产生的化学结合作用，又称电价键。电离能小的金属原子(如碱金属)和电子亲合能大的非金属原子(如卤素)接近时，前者将失去电子形成正离子，后者将获得电子形成负离子，正负离子通过库仑作用相互吸引。当这种吸引力与离子的电子云之间的排斥力达到平衡时，形成稳定的以离子键结合的体系。离子键的特征是作用力强，而且随距离的增大减弱较慢;作用不受方向性和饱和性的限制，一个离子周围能容纳多少个异性离子及其配置方式，由各离子间的库仑作用决定。以离子键结合的体系倾向于形成晶体，以便在一个离子周围形成尽可能多的离子键，例如NaCl分子倾向于聚集为NaCl晶体，使每个钠(或氯)离子周围的离子键从1个变为6个。共价键(covalentbond)共价键是原子之间通过共享电子而产生的化学结合作用。典型的共价键存在于同核双原子分子中，由每个原子提供一个电子构成成键电子对。这对电子的自旋方向相反，集中在中间区域,并吸引带正电的两个原子的核心部分而把它们结合起来。在异核双原子分子中，2个原子的核心部分对成键电子的吸引力不同，成键电子偏向一方，例如在氟化氢分子中电子偏向氟，这种化学键称为极性键。共价键的特征是有饱和性、方向性和作用的短程性。一个原子能形成的典型共价键的数目等于该原子的价电子数,称为它的原子价。共价键之间有特定的相对取向，例如水分子呈弯曲形，而二氧化碳分子是直线形的。共价键的方向性使分子具有特定的几何形状。金属键(metallicbond)使金属原子结合成金属的相互作用。金属原子的电离能低,容易失去电子而形成正离子和自由电子，正离子整体共同吸引自由电子而结合在一起。金属键可看作高度离域的共价键，但没有饱和性和方向性。金属键的显著特征是成键电子可在整个聚集体中流动，这使金属呈现出特有的属性：良好的导热性和导电性、高的热容和熵值、延展性和金属光泽等。分子键(moleculebond)惰性气体分子间是靠分子键结合的，其实质是分子偶极矩间的库仑相互作用，这种结合键较弱。其分子间相互作用力为范德华力。氢键(hydrogenbond)一个与电负性高的原子X共价结合的氢原子(X-H)带有部分正电荷，能再与另一个电负性高的原子(如Y)结合，形成一个聚集体X-H⋯Y的化学结合作用。X、Y原子的电负性越大、半径越小，则形成的氢键越强。例如，F-H⋯F是最强的氢键。氢键表面上有饱和性和方向性：一个H原子只能与两个其他原子结合，X-H⋯Y要尽可能成直线。但氢键H⋯Y之间的作用主要是离子性的，呈现的方向性和饱和性主要是由X和Y之间的库仑斥力决定的。氢键可以在分子内形成,称为内氢键；也可以在两个分子之间形成。分子间的氢键可使很多分子结合起来，形成链状、环状、层状或立体的网络结构。氢键键能比较小，通常只有17~25KJ/mol。但氢键的形成对物质的性质有显著影响，例如使熔点和沸点升高；溶质与溶剂之间形成氢键,使溶解度增大；在核磁共振谱中氢键使有关质子的化学位移移向低场；在红外光谱中氢键X-H⋯Y的形成使X-H的特征振动频率变小并伴有带的加宽和强度的增加；氢键的形成决定蛋白质分子的构象，在生物体中起重要的作用。5．什么是一次键和二次键？各包括哪些类型的键？二者的区别是什么？6．为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键的固体要高？二、提高题型1.根据元素的电负性鲍林数据表计算下列晶体的离子键与共价键的相对比例。①NaF；②CaO；③Al2O3；④SiO2；解：根据鲍林离子键结合比例计算公式：离子键结合(%)=[2411BAXXe]×100%①NaF：XNa=0.93，XF=3.98；则：NaF离子键结合(%)=[2411BAXXe]×100%=[1-0.098]×100%=90.2%②CaO：XCa=1，XO=3.44；则：CaO离子键结合(%)=[2411BAXXe]×100%=[1-0.226]×100%=77.4%③Al2O3：XAl=1.61，XO=3.44；则：Al2O3离子键结合(%)=[2411BAXXe]×100%=[1-0.433]×100%=56.7%④SiO2：XSi=1.90，XO=3.44；则：SiO2离子键结合(%)=[2411BAXXe]×100%=[1-0.533]×100%=44.7%2．计算Mg2+O2-离子对的结合键能和每摩尔MgO晶体的结合键能。离子半径数据：r(mg2+)=0.065nm,r(o2-)=0.140nm,n=7解：由公式：F吸引=-Z1Z2e2/4πεoa2；F排斥=-nb/an+1；F合力=(-Z1Z2e2/4πεoa2)-(nb/an+1)和Eo=(Z1Z2e2/4πεoa)+(nb/an)并分别代入相关数据得：F吸引=-Z1Z2e2/4πεoa2=-(+2)(-2)(1.6×10-19C)2/4π(8.85×10-12C2/N·m2)(2.05×10-10m)2=21.9×10-9N|F排斥|=F吸引=|-nb/an+1|=7b/(2.05×10-10m)8=21.9×10-9N解得：b=9.76×10-87N·m8∴Eo=(Z1Z2e2/4πεoa)+(nb/an)=(+2)(-2)(1.6×10-19C)2/4π(8.85×10-12C2/N·m2)(2.05×10-10m)+9.76×10-87N·m8/(2.05×10-10m)7=(-44.94×10-19+6.412×10-19)N·m=-38.53×10-19J×6.022×1023mol-1=-2320.3kJ/mol