第三章 共價鍵和雙原子分子的結構化學

1、第三章 雙原子分子的結構和性質 一、概念及問答題1、寫出以原子單位表示的氫分子離子的Schrodinger方程。 解：2、分子軌道：分子中每個電子是在由各個原子核和其余電子組成的平均勢場中運動，第i個電子的運動狀態(tài)用波函數描述，稱為分子中的單電子波函數，又稱分子軌道。3、成健軌道、非鍵軌道和反鍵軌道：兩個能級相近的原子軌道組合成分子軌道時，能級低于原子軌道的分子軌道稱為成鍵軌道，高于原子軌道的分子軌道稱為反鍵軌道，等于原子軌道的稱為非鍵軌道。4、分子中的電子是根據哪幾個定理在分子軌道上填充的？Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund規(guī)則5、軌道和鍵轉動鍵軸而不改變軌道符號和大小的分子軌道稱

2、為軌道，在軌道上由于電子的穩(wěn)定性而形成的共價鍵稱為鍵6、軌道和鍵凡是通過鍵軸有一個為0的節(jié)面的軌道都稱為軌道，由成鍵電子構成的共價鍵叫做鍵。7、鍵級：共價鍵的強弱可以用鍵級來表示，鍵級(成鍵電子數反鍵電子數)8、寫出下列同核雙原子分子F2、O2、N2、C2、B2的價電子組態(tài)。 9、寫出下列異核雙原子分子CO、NO的價電子組態(tài) 10、寫出下列的軌道式、鍵型、鍵長、鍵級等，并比較鍵長、鍵級次序，并分析其磁性。如果有三個振動吸收帶分別為：109700, 158000, 和186500cm-1，指出它是由產生的？， 鍵級為2，順磁性；， 鍵級為1，反磁性；， 鍵級為1.5，順磁性；， 鍵級為2.5，順

3、磁性；由于的鍵級是最大的，所以力常數較大，其吸收帶的值較大，應該是186500cm-111、按分子軌道理論說明的鍵比的鍵強還是弱？為什么？的鍵比的鍵弱，因為的基態(tài)價電子組態(tài)為，鍵級為1，而比少1個反鍵電子，鍵級為1.5，所以的鍵較強些。12、試用分子軌道理論討論SO分子的電子結構，說明基態(tài)時有幾個不成對電子。研究結果表明，SO分子的價電子結構與O2和S2的價電子結構比較相似，SO的價電子組態(tài)可表示為：，不成對電子數為2。13、為什么CF的鍵能小于CF+的鍵能？CF的基態(tài)電子組態(tài)為，其鍵級為2.5，而CF+比CF少一個反鍵電子，所以其鍵級為3，所以CF的鍵能小于CF+的鍵能。14、NO分子的第一

4、電離能為9.26eV，比CO分子的第一電離能(14.01eV)小很多，試從分子的電子組態(tài)解釋其原因?；鶓B(tài)CO分子的價層電子組態(tài)為，而NO分子的基態(tài)價層電子組態(tài)為，CO分子的第一電離能是將電子激發(fā)所需的最小能量，而NO分子的第一電離能是將電子激發(fā)所需的最小能量，由于電子是成鍵電子，能量比較低，激發(fā)能低，而電子是反鍵電子，能量較高，所以激發(fā)能高，即基態(tài)CO的第一電離能比NO分子的第一電離能高。15、 分子軌道理論認為，兩個原子軌道要有效地組合成分子軌道必須滿足什么條件？ 答：兩個原子軌道要有效地組合成分子軌道必須滿足對稱性匹配，能級相近和軌道最大重疊三個條件。其中對稱性匹配是先決條件，其它影響成鍵

5、效率。 16、共價鍵的特點是什么？ 答：兩個原子軌道相互重疊，靠共用電子對形成的化學鍵稱共價鍵。共價鍵的特點是具有飽和性與方向性。由于每個原子的價電子數是一定的，所以形成共價鍵有飽和性，方向性是指一個原子與周圍原子形成共價鍵有一定的角度。二、選擇題1、的Schrodinger方程是，式中已采用了下列哪種近似？a. 單電子近似 b. 原子單位 c. 定核近似 d. 中心力場近似2、下列對分子軌道概念敘述正確的是：a. 描述單個電子在空間運動的狀態(tài)函數b. 分子中單個電子在空間運動的狀態(tài)函數c. 由同種原子軌道線性組合而成的新軌道d. 分子中電子在空間運動的狀態(tài)函數3、下列分子可能具有單電子鍵的是

6、：a. b. c. d. 4、氫分子的基態(tài)波函數是：a. 單重態(tài) b. 三重態(tài) c. 二重態(tài) d. 多重態(tài)5、下列分子可能具有單電子鍵的是 (A) N2+(B) C2(C) B2+(D) O26、下列分子中磁矩最大的是 (A) Li2(B) C2(C) C2+(D) B27、Br2分子的最低空軌道（LUMO）是 (A) (B) (C) (D) 答案1、c. 2、b. 3、c. 4、a. 三、計算題1、的遠紅外光譜線21.18, 42.38, 63.54, 84.72, 105.91cm-1，試求其轉動慣量及核間距。解：由于相鄰譜線之間間隔為21.18 cm-1，可得： 2、的核間距為112.8

7、3pm，計算其純轉動光譜前4條譜線所應具有的波數。解：的折合質量為： 因而其轉動常數為： 第一條譜線的波數以及相鄰兩條譜線的波數差都是2B，所以前4條譜線的波數分別為：3、的轉動慣量為 (a) 計算分子中C=O鍵的鍵長(b) 假定同位素置換不影響C=O鍵的鍵長，試計算組成的分子的轉動慣量。解：由于的質心和對稱中心重合，C原子對分子轉動慣量無貢獻，所以； 由于假定同位素置換不改變CO鍵的鍵長，因而有： 4、用分子軌道表示式寫出下列分子、分子離子、并指出它們的鍵級。(1)H2 ；(2)He2+；(3)O2（4）N2（5）F2解：（1） 成鍵電子數為2，反鍵電子數為0，所以鍵級為1（2） 成鍵電子數為2，反鍵電子數為1，所以鍵級為 （3） 由此可見，成鍵電子數為8，反鍵電子數為5。鍵級為3/2（4） 成鍵電子數為8，反鍵電子數為2。鍵級為3（5） 成鍵電子數為8，反鍵電子數為6，鍵級為1。5、試寫出同核與異核雙原子分子電子組態(tài)的分子軌道表示。答：同核雙原子分子電子組態(tài)的分子軌道表示法有3種。例如N2，可寫為： (1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2p)4(2pz)2 (1g)2(1u)2(2g)2(2u)2(1u)4(3g)2 (1)2(2)2(3)