北师大 结构化学 课后习题
第3章 双原子分子的结构与分子光谱
习题答案
1. CO是一个极性较小的分子还是极性较大的分子？其偶极距的方向如何？为什么？
解： CO是一个异核双原子分子。其中氧原子比碳原子多提供2个电子形成配
?位键： :C?O:氧原子的电负性比碳原子的高，但是在CO分子中，由于氧原子单方面向碳原子提供电子，抵消了部分碳氧之间的电负性差别引起的极性，所以说CO是一个极性较小的分子。偶极矩是个矢量，其方向是由正电中心指向负电中心，CO 的偶极距? = 0.37×10-30 C·m，氧原子端显正电，碳原子端显负电，所以CO分子的偶极距的方向是由氧原子指向碳原子。
2. 在N2，NO，O2，C2，F2，CN，CO，XeF中，哪几个得电子变为AB-后比原来中性分子键能大，哪几个失电子变为AB+后比原来中性分子键能大？ 解： 就得电子而言，若得到的电子填充到成键电子轨道上，则AB-比AB键能大,若得到得电子填充到反键分子轨道上，则AB-比AB键能小。就失电子而言，若从反键分子轨道上失去电子，则AB+比AB键能大，若从成键轨道上失去电子，则AB+比AB键能小。
(1) N2:(1?g)2(1?u)2(1?u)4(2?g)2 键级为3
N2?:(1?g)2(1?u)2(1?u)4(2?g)1 键级为2.5 N2?:(1?g)2(1?u)2(1?u)4(2?g)2(2?u)1 键级为2.5 N2的键能大于N2+ 和N2-的键能
(2) NO:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2(2?)1 键级为2.5
NO?:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2 键级为3 NO?:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2(2?)2 键级为2
所以NO的键能小于 NO+的键能，大于NO-的键能
222241(3) O??g1?22:1u2?g2?u3?g1?u1?g 键级为2.5，
222242O2:1?g1?22?2?3?1?1?ugugug 键级为2，
1
2222243O?:1?1?2?2?3?1?1?2gugugug 键级为1.5，
所以O2的键能小于O2+的键能，大于O2-的键能 (4) C2:(1?g)2(1?u)2(1?u)4 键级为2
C2:(1?g)2(1?u)2(1?u)3 键级为1.5 C2:(1?g)2(1?u)2(1?u)4(2?g)1 键级为2.5 所以C2的键能大于C2+的键能，小于C2
224*4(5) F2:(?2s)2(?*)(?)(?)(?2s2pz2p2p) 键级为1
??224*3 F2:(?2s)2(?*2s)(?2pz)(?2p)(?2p) 键级为1.5 224*4?1F2:(?2s)2(?*2s)(?2pz)(?2p)(?2p)(?2pz) 键级为0.5 ??所以F2 的键能小于F2+ 的键能，大于F2-的键能 (6) CN:?1???2???1???3?? 键级为2.5
22412242CN?:?1???2???1???3?? 键级为3 224CN?:?1???2???1?? 键级为2
所以CN的键能大于CN+的键能，小于CN-的键能 (7) CO:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2 键级为3
CO?:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)1 键级为2.5 CO?:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2(2?)1 键级为2.5 所以CO的键能大于CO+和CO-的键能
(8) XeF:(1?)2(2?)2(3?)2(1?)4(2?)4(3?)1 键级为0.5
XeF?:(1?)2(2?)2(3?)2(1?)4(2?)4 键级为1 XeF?:(1?)2(2?)2(3?)2(1?)4(2?)4(3?)2 键级为0
所以XeF的键能小于XeF+的键能，大于XeF-的键能，XeF-不能稳定存在。 3. 按分子轨道理论说明Cl2的键比Cl2+的键强还是弱？为什么？
解：Cl2的键比Cl2+的键弱，因为Cl2的基态价电子组态为：
+*224*4(?3s)2(?3s)(?3pz)(?3p)(?3p)，键级为1，而Cl2比Cl2少1个反键电子，键级
为1.5，所以Cl2+的键较强些。
4. 下列分子的键能，比其正离子的键能小的是哪些？比其负离子的键能小的是
2
哪些？
O2，NO，CN，C2，F2
解：(1) O:1?222?22422g1?2u2?gu3?g1?u1?g 键级为2，
O?22:1?g1?2u2?2g2?2u3?2g1?4u1?1g 键级为2.5， O?222242:1?1?2?3gu2?g2?u3?g1u1?g 键级为1.5，
所以O2的键能小于O2+的键能，大于O2-的键能 (2) NO:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2(2?)1 键级为2.5
NO?:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2 键级为3 NO?:(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2(2?)2 键级为2 所以NO的键能小于 NO+的键能，大于NO-的键能 (3) CN:?1??2?2??2?1??4?3??1 键级为2.5
CN?:?1??2?2??2?1??4?3??2 键级为3 CN?:?1??2?2??2?1??4 键级为2
所以CN的键能大于CN+的键能，小于CN-的键能 (4) C2:(1?g)2(1?24u)(1?u) 键级为2 C?22:(1?g)2(1?u)(1?3u) 键级为1.5
C?42:(1?g)2(1?u)2(1?u)(2?1g) 键级为2.5 所以C2的键能大于C2+的键能，小于C2-的键能
(5) F2*224*42:(?2s)(?2s)(?2pz)(?2p)(?2p) 键级为1
F??*224*32:(?2s)2(2s)(?2pz)(?2p)(?2p) 键级为1.5 F?:(?2(?*224*)4(??2p122s)2s)(?2pz)(?2p)(?2pz) 键级为0.5
所以F2 的键能小于F2+ 的键能，大于F2-的键能 5. 比较下列各对分子和离子的键能大小
N2，N2+；O2，O2+；OF，OF-；CF，CF+；Cl2，Cl2+ 解：(1) N22:(1?g)2(1?u)2(1?u)4(2?g) 键级为3
N22?:(1?g)2(1?u)(1?4u)(2?g)1 键级为2.5
3
所以N2的键能大于N2+的键能
222242(2) O2:1?g1?2u2?g2?u3?g1?u1?g 键级为2，
222241O??g1?22:1u2?g2?u3?g1?u1?g 键级为2.5，
所以O2的键能小于O2+的键能
(3) OF:(1?)2(2?)2(3?)2(1?)4(2?)3 键级为1.5
OF?:(1?)2(2?)2(3?)2(1?)4(2?)4 键级为1 所以OF的键能大于OF-的键能
(4) CF:(1?)2(2?)2(3?)2(1?)4(2?)1 键级为2.5
CF?:(1?)2(2?)2(3?)2(1?)4 键级为3 所以CF的键能小于CF+的键能
224*4(5) Cl2:(?3s)2(?*3s)(?3pz)(?3p)(?3p) 键级为1
224*3Cl2:(?3s)2(?*3s)(?3pz)(?3p)(?3p) 键级为1.5
?所以Cl2的键能小于Cl2+的键能
?2?6. 写出下列O?2,O2,O2,O2的键级、键长次序及磁性
222241解：O??g1?22:1u2?g2?u3?g1?u1?g 键级为2.5，顺磁性；
222242O2:1?g1?2u2?g2?u3?g1?u1?g 键级为2， 顺磁性； 2222243O?:1?1?2?2?3?1?1?2gugugug 键级为1.5，顺磁性； ?222244O2?g1?22:1u2?g2?u3?g1?u1?g 键级为1， 逆磁性；
7. 按分子轨道理论写出NF，NF+和NF-基态时的电子组态，说明它们的键级、不成对电子数和磁性。
解：NF:(1?)2(2?)2(3?)2(4?)2(1?)4(5?)2(2?)1
键级为2.5， 不成对电子数：1，顺磁性；
NF?:(1?)2(2?)2(3?)2(4?)2(1?)4(5?)2 键级为3， 不成对电子数：0，逆磁性；
NF?:(1?)2(2?)2(3?)2(4?)2(1?)4(5?)2(2?)2 键级为2，不成对电子数：2，顺磁性。
8. 判断NO和CO哪一个的第一电离能小，原因是什么？
4
解：基态CO分子的价层电子组态为(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2，而NO分子的基态价层电子组态为(1?)2(2?)2(1?)4(3?)2(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。 9. HF分子以何种键结合，写出这个键的完全波函数。 解： HF分子以?键结合
?HF?N??H?1??F?2???H?2??F?1??????1???2????2???1??
10. 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。 解： 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：(1?)2(2?)2(3?)2(1?)4(2?)2，其中，1?，3?和1?轨道是成键轨道，2?和2?轨道是反键轨道。这些价层分子轨道是由氧原子的2s，2p轨道和S原子的3s，3p轨道叠加成的。根据价层分子轨道的性质和电子数，可算出SO分子的键级为2，在简并的2?轨道上各有一个电子。因此，SO分子的不成对电子数为2。
11. OH分子于1964年在星际空间被发现。
(1) 试按分子轨道理论只用O原子的2p轨道和H原子的1s轨道叠加，写出其电子组态。
(2) 在哪个分子轨道中有不成对电子？
(3) 此轨道是由O和H的原子轨道叠加形成的，还是基本上定域于某个原子上？ (4) 已知OH的第一电离能为13.2 eV，HF的第一电离能为16.05 eV，它们的差值几乎与O原子和F原子的第一电离能（15.8 eV和18.6 eV）的差值相同，为什么？
(5) 写出它的光谱项
解：(1) H原子的1s轨道和O原子的2p轨道满足对称性匹配、能级相近等条件，可叠加形成?轨道。其电子组态为?1???2???3???1??，OH有两对半非键电子，
2223键级为1。
(2) 在1?轨道中有一个不成对电子。
(3) 此轨道不是由O和H的原子轨道叠加形成的，是基本上定域于O原子上的。
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