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1、1第十章 共价键与分子间力首 页难题解析学生自测题学生自测答案章后习题答案难题解析 TOP 例 101 试用杂化轨道理论说明乙烯分子的形成及其构型。析析 根据杂化轨道理论，形成乙烯分子时，C 原子的价层电子要杂化。共价键形成时， 键在成键两原子间能单独存在，且只存在一个； 键在成键两原子间不能单独存在，但可存在多个。乙烯分子中C 原子的 4 个价电子分别与其它原子形成三个 键，C、C 原子间的双键中有一个是 键。三个 键决定分子构型，因此 C 原子有三个原子轨道参与杂化，形成三个等性杂化轨道。解 乙烯分子 C2H4中有 2 个 C 原子和 4 个 H 原子，每个基态 C 原子的价层电子组态为
2、2s2 2p2，在形成乙烯分子的过程中，1 个 2s 电子被激发到 2p 空轨道上，然后 1 个 2s 轨道和 2 个 2p 轨道杂化形成 3 个等同的 sp2杂化轨道，彼此间夹角为 120。每个 C 原子的 2 个 sp2杂化轨道各与 1 个 H 原子的 1s轨道重叠形成 2 个 CH 键；2 个 C 原子间各以 1 个 sp2杂化轨道互相重叠，形成 1 个 键。 由于 2个 C 原子的这 6 个 sp2杂化轨道处于同一平面，未参与杂化的 2pz轨道则垂直于该平面， “肩并肩” 重叠形成 1 个 键，构成 CC 双键。乙烯分子中 6 个原子在一个平面上，分子呈平面构型。例 10-2 利用价层
3、电子对互斥理论预测 I3- 的空间构型。析析 先确定中心原子的价电子对数，中心原子提供 7 个电子，配位提供 1 个电子，加上负离子的电荷数，得价层电子数的总和再除以 2。然后根据价层电子对构型和孤对电子决定 I3- 的空间构型。解 I3-中有 3 个 I 原子，我们可将其中 1 个 I 作为中心原子，其余 2 个作为配位体。中心原子 I 有7 个价电子，2 个配位 I 原子各提供 1 个电子，I3-离子的负电荷数为 1，所以中心原子的价电子对数为（7 + 2 + 1）2 5 。价层电子对构型为三角双锥，因配位原子数为 2，说明价层电子对中有 2 对成键电子对和 3 对孤对电子，以 3 对孤对
4、电子处在三角双锥的三角形平面上排斥能最小，所以 I3-为直线型。例 10-3 画出 NO 的分子轨道，并用分子轨道法写出它的电子排布，并说明：它的键级是多少？它的键长应比 NO-更长或更短？有几个单电子？并从键级推测 NO+化合物存在的可能性。讨论 NO、NO-、NO+的磁性和稳定性。析析 异核双原子分子的原子序数和14 时，则符合分子轨道能级图 10-13（b）的能级顺序；14 时，2则符合分子轨道能级图 10-13(a)的能级顺序。写出 NO+、NO、NO-分子轨道式，判断键级、键长、键能。根据是否存在单电子，判断磁性。解 NO 的分子轨道为它们的分子轨道式为:NO+ (1s)2(1s*)
5、2 (2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2NO (1s)2(1s*)2 (2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2(2py*)1NO- (1s)2(1s*)2 (2s)2(2s*)2(2px)2 (2py)2(2pz)2(2py*)1(2pz*)1NO 的键级；NO-的键级；NO+的键级。5 . 225102261032410由于 NO-的键级比 NO 的键级小，故 NO-的键长比 NO 的键长长。NO 分子有一个单电子。从键级 3 推测，NO+可能存在。NO 有 1 个单电子，顺磁性；NO-有 2 个单电子，顺磁性；NO+没有单电子，反磁性。一般而言，
6、键级愈大，键愈牢固，故它们的稳定性顺序为NO+ NO NO-例 10-4 下列说法是否正确？说明理由。(1)非极性分子中不含极性键。(2)直线型分子一定是非极性分子。2p2s2p2px*2px2s*2s2p 2p*2sNNOO3(3)非金属单质的分子间只存在色散力。(4)对羟基苯甲醛的熔点比邻羟基苯甲醛的熔点高。解 (1) 说法不正确。有的分子含极性键，但空间构型完全对称，键的极性可以相互抵消，因而是非极性分子。(2) 说法不正确。双原子分子都是直线型，同核双原子分子化学键无极性，分子非极性；异核双原子分子化学键有极性，分子极性。多原子直线型分子中，若相同原子所形成的空间构型对称、键的极性可以
7、相互抵消，分子非极性。如 CO2：O=C=O。而由不同原子所形成的及空间构型不对称，键的极性不能相互抵消，为极性分子。如 HCN。(3) 说法不正确。非金属单质分子通常是非极性分子，分子间的作用力通常为色散力。但臭氧(O3) 分子的空间构型为 V 形， 0，为极性分子，故分子之间存在取向力、诱导力和色散力。(4) 说法正确。对羟基苯甲醛存在着分子间氢键，而邻羟基苯甲醛存在着分子内氢键，对羟基苯甲醛分子间的作用力远大于邻羟基苯甲醛分子间的作用力，熔化对羟基苯甲醛时必须消耗额外的能量去破坏分子间氢键，故对羟基苯甲醛的熔点高于邻羟基苯甲醛的熔点。例 10-5 某一化合物的分子式为 AB2，A 属第六
8、主族元素，B 属第七主族元素，A 和 B 在同一周期，它们的电负性值分别为 3.44 和 3.98 。试回答下列问题：(1) 已知 AB2分子的键角为 103.3，推测 AB2分子的中心原子 A 成键时采取的杂化类型及 AB2分子的空间构型。(2) A-B 键的极性如何？AB2分子的极性如何？(3) AB2分子间存在哪些作用力？(5)AB2 与 H2O 相比，何者的熔点、沸点较高？解 (1) 根据 A、B 的电负性值，可判断 A 元素为 O，B 元素为 F，该分子为 OF2 。根据键角103.3，知道该分子中 O 原子以不等性 sp3杂化轨道与 F 原子成键，两个单电子 sp3杂化轨道各与 1
9、 个F 原子的单电子 2px 轨道重叠形成 sp3-p 的 键，余下的 2 个 sp3杂化轨道各被 1 对孤对电子占据，对成键电子对产生较大的排斥，致使键角压缩（X(I)，因此 HCl 分子的电偶极矩大于 HI分子的电偶极矩(HCl)(HI)，故 HCl 分子的极性较强。（2）H2O 和 H2S 分子的空间构型为 V 形，分子中成键元素的电负性均不相等，分子空间构型又不对称，故都是极性分子。由于X(O）X(S)，因此(H2O)(H2S)，故 H2O 分子的极性较强。（3）NH3和 PH3分子的空间构型均为三角锥形，分子中成键元素的电负性不相等，分子的空间构型又不对称，故都是极性分子。由于X(N
10、）X(P)。因此 (NH3 )(PH3)，故 NH3分子的极性较强。（4）CH4和 SiH4分子的空间构型均为正四面体，分子中成键元素的电负性不相等，但分子的空间构型对称，分子的电偶极矩均为零，故 CH4和 SiH4分子均为非极性分子。（5）CH4分子的空间构型为正四面体，虽然分子中成键元素的电负性不相等，但分子的空间构型对称，电偶极矩为零，是非极性分子。CHCl3分子的空间构型为变形四面体，分子中成键元素的电负性不相等，分子的空间构型不完全对称，电偶极矩不为零，为极性分子，故 CHCl3分子的极性较强。（6）BF3分子的空间构型为平面正三角形，虽然分子中成键元素的电负性不相等，但分子的空间构
11、型对称，电偶极矩为零，为非极性分子。NF3分子的空间构型为三角锥形，分子中成键元素的电负性不相等，分子的空间构型又不对称，电偶极矩不为零，为极性分子，故 NF3分子的极性较强。13. 稀有气体的分子为单原子分子，均是非极性分子，分子间只存在色散力。从 He 元素到 Xe 元素，随着原子序数增大，电子层数增多，分子半径增大，分子的变形性增大，色散力也就依次增强，其沸点也就依次升高。14.（1）H2、Ne、HF、CO 的相对分子质量依次增大，色散力也依次增强。CO、HF 分子中还存在取向力13和诱导力，因此 HF、CO 的沸点相对较高。由于 HF 分子中还存在最强的氢键，故沸点由低到高的顺序为 H
12、2NeCOHF。（2）四种四卤化碳均为非极性分子，分子间只存在色散力。色散力随相对分子质量增加而增强，其沸点也依次升高，故沸点由低到高的顺序为 CF4CCl4CBrCI4。15. 四种卤素单质分子，均为非极性分子，分子间只存在色散力。色散力随相对分子质量增加而增大，分子间的凝聚力依次增强，故室温下 F2、Cl2为气体，Br2为液体，I2为固体。16. 乙醇和二甲醚分子都是极性分子，分子间都存在取向力、诱导力和色散力，但乙醇分子能形成分子间氢键；而二甲醚分子中虽然也有氧原子和氢原子，但氢原子没有与氧原子直接结合，不能形成氢键，故乙醇的沸点比二甲醚的沸点高。17.（1）C6H6和 CCl4分子均为
13、非极性分子，故 C6H6分子与 CCl4分子之间只存在着色散力。（2）CH3CH2OH 和 H2O 分子均为极性分子，CH3CH2OH 分子与 H2O 分子之间存在色散力、诱导力和取向力。此外，CH3CH2OH 分子与 H2O 分子之间还存在分子间氢键。（3）C6H6是非极性分子，CH3CH2OH 是极性分子，在 C6H6分子和 CH3CH2OH 分子之间存在着色散力和诱导力。（4）NH3是极性分子，NH3分子之间存在着色散力、诱导力和取向力。此外，NH3分子之间还存在分子间氢键。18. 氢键 XHY 的强弱与 X、Y 的电负性及原子半径有关。X、Y 的电负性愈大、原子半径愈小，形成的氢键就愈
14、强。故氢键由弱到强的顺序为（3）（2）（1） 。19.（1）A 为 IVA 族元素，AB4分子的空间构型为正四面体，可知 A 与 B 成键时采用 sp3等性杂化。（2）A、B 的电负性不同，故 AB 键为极性键；AB4分子的空间构型为正四面体，结构对称，故AB4为非极性分子。（3）AB4分子为非极性分子，分子间只存在色散力。（4）根据 A、B 的电负性查表，可知 A 为 C 元素，B 为 Cl 元素，故 AB4的分子式为 CCl4。CCl4分子与 SiCl4分子的结构相似，但 SiCl4的相对分子质量较大，SiCl4分子间的色散力较大，故 SiCl4的熔点、沸点比 CCl4的高。14Exerc
15、isesExercises1. (a) The ground-state electron configuration of Hg is Xe 6s24f145d1; therefore, the Hg atom has two valence electrons (the 6s electrons). The Lewis structure of HgCl2 is ClHgClThere are no lone pairs on the Hg atom, so the arrangement of the two electron pairs is linear (see Table 10-
16、4). From Table10-3 we conclude that Hg is sp-hybridized because it has the geometry of the two sp hybrid orbitals. The hybridization process can be imagined to take place as follows. First we draw the orbital diagram for the ground state of Hg: 6s6pBy promoting a 6s electron to the 6p orbital, we get the excited state:6p6sThe 6s and 6p orbitals then mix to fo
