结构化学答案 chapter7
结构化学 习题答案 1-10章习题及答案
其中，1 kcal = 4.184 J，E 是以 10 为底的指数。
kJ/mole 2.62550E+03 4.18400E+00 9.64853E+01 1.19627E-02 1.00000E+00
第二章习题
kcal/mole 6.27510E+02 1.00000E+00 2.30605E+01 2.85914E-03 2.39006E-01
eV 2.721138E+01 4.33641E-02 1.00000E+00 1.23984E-04 1.03643E-02
cm-1 2.1947463137E+05
sin n 2
1, wmax
1 1 4 6
（3） w 1 4
8 根据态叠加原理，(x) 是一维势箱中粒子一个可能状态。
能量无确定值。平均值为 25 h2 104 ml 2
9
和
2 的本征函数，其相应的本征值分别为 dx2
-m2和-1。11
Dˆ Xˆ XˆDˆ 1
值。
(a) eimx (b) sinx (c) x2+ y2 (d) (a-x)e-x 11有算符 Dˆ d dx, Xˆ X , 求 DˆXˆ XˆDˆ 。 参考答案
1 象电子等实物粒子具有波动性被称作物质波。物质波的
波动性是和微粒行为的统计性联系在一起的。对大量粒子
而言，衍射强度（即波的强度）大的地方，粒子出现的数
现在 2h 2 的概率？(c) 角动量 z 分量的平均值？
2.4 已知类氢离 子 He+的某 一状态波函 数为： ＝
《结构化学》(7-10章)习题答案
《结晶学基础》习题答案目录第7章答案----------------------------------------------------------------------1第8章答案---------------------------------------------------------------------12第9章答案---------------------------------------------------------------------20第10章答案------------------------------------------------------------------251《结晶学基础》第七章习题答案7001 单晶:一个晶体能基本上被一个空间点阵的单位矢量所贯穿。
多晶:包含许多颗晶粒,这些晶粒可能为同一品种,也可能不同品种,由于各晶粒在空间取向可能不同,不能被同一点阵的单位矢量贯穿。
7002 (D) 7004 简单立方; Cs +和Cl -; 4C 37005 (1) 立方F (2) A 和 B (3) 4 个 (4) 4 组 (5) 3a (6) a /2 7007 4n 个 A, 8n 个 B, n 为自然数。
7010 d 111= 249 pm ; d 211= 176 pm ; d 100= 432 pm 7011 六方; D 3h 70127013 依次为立方,四方,四方,正交,六方。
7014 立方 P ,立方 I ,立方 F ; 四方 P ,四方 I 。
7015 旋转轴,镜面,对称中心,反轴; 旋转轴,镜面,对称中心,反轴,点阵,螺旋轴,滑移面;n =1,2,3,4,6; 32个; 七个晶系; 14种空间点阵型式; 230个空间群。
7016 (1) 四方晶系 (2) 四方 I (3) D 4 (4) a =b ≠c , α=β=γ=90° 7017 (1) 单斜晶系,单斜 P (2) C 2h (3) C 2, m , i 7018 (2a ,3b ,c ):(326); (a ,b ,c ):(111); (6a ,3b ,3c ):(122); (2a ,-3b ,-3c ):(322)。
结构化学课后习题答案
结构化学课后习题答案北师⼤结构化学课后习题第⼀章量⼦理论基础习题答案1 什么是物质波和它的统计解释？参考答案:象电⼦等实物粒⼦具有波动性被称作物质波。
物质波的波动性是和微粒⾏为的统计性联系在⼀起的。
对⼤量粒⼦⽽⾔，衍射强度（即波的强度）⼤的地⽅，粒⼦出现的数⽬就多，⽽衍射强度⼩的地⽅，粒⼦出现的数⽬就少。
对⼀个粒⼦⽽⾔，通过晶体到达底⽚的位置不能准确预测。
若将相同速度的粒⼦，在相同的条件下重复多次相同的实验，⼀定会在衍射强度⼤的地⽅出现的机会多，在衍射强度⼩的地⽅出现的机会少。
因此按照波恩物质波的统计解释，对于单个粒⼦，ψψ=ψ*2代表粒⼦的⼏率密度，在时刻t ，空间q 点附近体积元τd 内粒⼦的⼏率应为τd 2ψ；在整个空间找到⼀个粒⼦的⼏率应为 12=ψ?τd 。
表⽰波函数具有归⼀性。
2 如何理解合格波函数的基本条件？参考答案合格波函数的基本条件是单值，连续和平⽅可积。
由于波函数2ψ代表概率密度的物理意义，所以就要求描述微观粒⼦运动状态的波函数⾸先必须是单值的，因为只有当波函数ψ在空间每⼀点只有⼀个值时，才能保证概率密度的单值性；⾄于连续的要求是由于粒⼦运动状态要符合Schr?dinger ⽅程，该⽅程是⼆阶⽅程，就要求波函数具有连续性的特点；平⽅可积的是因为在整个空间中发现粒⼦的概率⼀定是100%，所以积分?τψψd *必为⼀个有限数。
3 如何理解态叠加原理？参考答案在经典理论中，⼀个波可由若⼲个波叠加组成。
这个合成的波含有原来若⼲波的各种成份（如各种不同的波长和频率）。
⽽在量⼦⼒学中，按波函数的统计解释，态叠加原理有更深刻的含义。
某⼀物理量Q 的对应不同本征值的本征态的叠加，使粒⼦部分地处于Q 1状态，部分地处于Q 2态，……。
各种态都有⾃⼰的权重（即成份）。
这就导致了在态叠加下测量结果的不确定性。
但量⼦⼒学可以计算出测量的平均值。
4 测不准原理的根源是什么？参考答案根源就在于微观粒⼦的波粒⼆象性。
中国科学技术大学结构化学习题参考答案
5.
⎢⎡− ⎣
2
2m
d2 dx 2
+
1 2
kx
2
⎥⎤φ ⎦
=
Eφ
6.
势能算符
V
(r)
=
⎧0 ⎩⎨∞
r=a r≠a
则圆周上的波函数不为零，其他区间恒为零。
取 xy 平面作为用圆周面，则 θ=90°，r=a，Schrödinger 方程为
d 2ψ dϕ 2
+
2ma 2 E ψ 2
=0
解 之 可 得 两 个 特 解 ψ n = N sin(nϕ ) ， ψ n ' = N cos(nϕ ) ， 利 用 单 值 条 件
(f) SF5 Br : C4v ；(g) 反- SF4 Br2 : D4h ；(h) CDH 3 : C3v 。 7. (a) CH 2 = CH 2 : D2h ；(b) CH 2 = CHF : Cs ； (c) CH 2 = CF2 : C2v ； (d)
顺- CHF = CHF : C2v ； (e) 反- CHF = CHF : C2h 。 8. (a) 苯 D6h ；(b) 氟苯 C2v ；(c) 邻-二氟苯 C2v ；(d) 间-二氟苯 C2v ； (e) 对-二
氟苯 D2h ；(f) 1,3,5-三氟苯 D3h ；(g) 1,4-二氟-2,5-二溴苯 C2h ；(h) 萘 D2h (i) 2氟萘 Cs 。 9. (a) HCN : C∞v ；(b) H 2 S : C2v ；(c) CO2 : D∞h ；(d) CO : C∞v ；(e) C2 H 2 : D∞h ； (f) CN3OH : Cs ；(g) ND3 : C3v ；(h) OCS : C∞v ；(i) P4 : Td ；(j) PCl3 : C3v ； (k) PCl5 : D3h ；(l) B12Cl122− : I h ；(m) UF6 : Oh ；(n) Ar : K h 。 10. (a) FeF63− : Oh ； (b) IF5 : C4v ； (c) CH 2 = C = CH 2 : D2d ； (d) 立 方 烷
结构化学答案 chapter7
第七章 过渡金属化合物1. 对于四方配位场(7.1.1), 当点电荷与中心的距离不等, 但符合|±x |<|±y |时, 则中心原子的p 轨道和d 轨道的能级图7.3(a )及(b )将发生什么变化? 请根据你的直觉和简单分析做出最合理的判断, 画出能级图.解:当点电荷距中心距离不等时, 将导致在正四方配位场下的二维不可约表示进一步分裂为两个一维不可约表示,即 p x , p y , 和 d xz , d yz 轨道进一步分裂.若|±x |<|±y |, 则p x 将比p y 感受道更强的来至点电荷的排斥作用, 从而导致p x 能量高于p y .d xz , d yz 轨道的能量也将发生分裂, 但是由于点电荷不在轨道的最大值方向, 感受的排斥相对于p x , p y 要小. 故能级的分裂值较小, d xz 较高, d yz 较低. 能级图如下:2. 反式四配位配合物 t -MA 2B 2, 如[P t C l 2B r 2]2-及P t (NH 3)2B r 2的几何对称性为D 2h ,请以[P t C l 2B r 2]2-为对象, 给出其中的八个对称操作, 并将中心原子的原子轨道:{s , p x ,p y ,p z ,d z 2, d x 2-y 2,d xy ,d xz ,d yz }按D 2h 不可约表示分类;若按D 2h 的子群D 2分类, 结果又如何?(提示:参考特征标表)解:D 2h 的八个对称操作为 I, C 2(x ), C 2(y ), C 2(z ), i , σ(xy ), σ(yz ), σ(zx ). 特征标表为:s 轨道在所有对称操作下不变, 属于全对称表示A g .p x 轨道在I,C 2(x ), σ(xy ), σ(zx )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 1u .p y 轨道在I,C 2(y ), σ(xy ), σ(yz )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于p xp yp z原子p x , p y , p zdx 2-y 2dxz dz2原子ddxydyzB 2u ;p z 轨道在I, C 2(z ), σ(xz ), σ(yz )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 2u ;d z 2, d x 2-y 2轨道在在所有对称操作下不变, 属于全对称表示A g ;d xy 轨道在I,C 2(z ), i ,σ(xy )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 3g ;d xz 轨道在I,C 2(y ),i , σ(xz )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 2g ; d yz 轨道在I,C 2(x ),i , σ(yz )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 1g .若按D 2群分类, 所有不可约表示将不再按对称性分为 “g ” 和 “u ”, 其它与群D 2h 下的结果相同.3. 顺式四配位配合物c -MA2B2也是平面构型, 它属于什么点群? 请将中心原子的9个价原子轨道按这一点群分类. 解: 平面构型的顺式四配位配合物c -MA2B2属于C 2v 点群.本题可以采用上题同样的分析方法得到各原子轨道所属的不可约表示, 也可参见表5.1所给出的每一个不可约表示的基函数的性质, 直接得到分类结果: s , p z , d z 2, d x 2-y 2属于A 1; d xy 属于A 2; p x , d xz 属于B 1; p y , d yz 属于B 2.4. 请应用中心原子轨道为基的旋转操作的特征标公式(7-10)式,检验表7.2所列特征标数值是否正确无误; 然后由(4-40)式求出各原子轨函(l =0,1,2,3,4)在O h 配位场的约化(分裂)结果.解:根据(7-10)式, 角量子数为l 的原子轨道在绕z 轴旋转角度a 的旋转操作作用下, 特征标为:2s i n)21s i n ()(αααχ+=l ls 轨道, l =0, 12sin 21sin2sin)210sin()(==+=αααααχl,即对于所有不可约表示,特征表皆为1.p 轨道, l =1, 2sin23sin 2sin)211sin()(αααααχ=+=l所以, 321cos2123cos 23lim 21sin23sinlim)(00=⋅⋅=⋅⋅=→→ααααχααI l12121s i n2123s i n)(,03221s i n3223s i n)(,12s i n 23s i n )(432====-==ππχππχππχC C C l l l,说明表7.2中关于s , p 的两行特征标的值是正确的. 关于d , f , g 的特征标的计算过程略. 下面以f 轨道为例, 求解其在O h 群下的分裂.由于f 轨道属于 “u ”类, 所分裂出的不可约表示也将属于“u ”类,)]1(13)1(16)1(16118711[241)()(24111=-⨯⨯+-⨯⨯+-⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯==∑R R n l RA Auuχχ1)]1(13)1()1(6)1()1(6118711[241)()(24122=-⨯⨯+-⨯-⨯+-⨯-⨯+⨯⨯+⨯⨯==∑R R n l R A Auuχχ)]1(23)1(06)1(061)1(8721[241)()(241=-⨯⨯+-⨯⨯+-⨯⨯+⨯-⨯+⨯⨯==∑R R n l RE E uuχχ1)]1()1(3)1(16)1()1(6108731[241)()(24111=-⨯-⨯+-⨯⨯+-⨯-⨯+⨯⨯+⨯⨯==∑R R n l RT Tuuχχ1)]1()1(3)1()1(6)1(16108731[241)()(24122=-⨯-⨯+-⨯-⨯+-⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯==∑R R n l RT Tuuχχ所以f 分裂为A 2u +T 1u +T 2u .同样方法可以计算s , p , d , g 在O h 群下的分裂情况.5. 在四方配位场中, 中心原子能级(l =0, 1, 2, 3)将按D 4h 群的不可约表示类别约化(分裂)为s =a 1g , p =a 2u +e ud =a 1g +b 1g +b 2g +e g ,f =b 1u +a 2u +b 2u +2e u请按子群D 4计算各类旋转操作的特征标,证明以上结果.(提示:根据D 4h 及D 4特征标表, 仿照题4的计算处理.)解:s , p , d , f 轨道在D 4下的特征标利用(7-10)式计算得到:在D 4中约化得,Γ(s ) =a 1, Γ (p )=a 2+eΓ (d )=a 1+b 1+b 2+e , Γ (f )=b 1+a 2+b 2+2e在D 4h 中考虑原子轨道的 “g ”, “u ”对称性得:Γ (s )= a 1g , Γ (p )= a 2u +e uΓ (d )= a 1g +b 1g +b 2g +e g , Γ (f )= b 1u +a 2u +b 2u +2e u6. 当八面体场很强时, 单电子态(轨函)需按O h 群不可约表示分类, 请问组态 s 2, s 1p 1及p 2应如何表示, 相应的谱项是什么?解: 首先根据表7.2中所列s , p 轨道的特征标求出上述直积表示的O 群各操作的特征标为.再利用O 群的特征标表造出投影算符, 计算上述可约表示的约化结果. 最后得到,Γ(s2)=A1, Γ(s1p1)=T1, Γ(p2)=A1+T1+T2根据s, p轨道的“g”, “u”对称性, 再利用对称性, g×g=g, g×u=u, u×u=g, 就得到在O h 群下的约化结果:Γ(s2)=A1g, Γ(s1p1)=T1u, Γ(p2)=A1g+T1g+T2g7.[VC l6]2-的光谱吸收位置在13800c m-1, [VF6]2-的吸收峰在20120c m-1,请根据配位场理论指认它们属于何种谱项之间的跃迁: 2S+1Γ(基态)→ 2S+1Γ(激发态); 并计算出相应的∆值. 解: [VC l6]2-和[VF6]2-中, 中心原子V的d电子组态为3d1, 基态的对称性属于2t2g,激发态为2e, 光谱项反映从2t2g到2e g的跃迁.g由于上述体系中只有一个d电子,计算组态能量时不涉及库仑积分J和交换积分K, ∆值就是吸收光谱的光子能量: [VC l6]2- ∆值为13800c m-1, [VF6]2- ∆值为20120c m-1.8.正八面体三价钒配离子在可见紫外区有两个吸收峰,数据收集如下(单位:c m-1)[V(CN)6]3-22 200, 28 600;[V(NCS)6]3-16 700, 24 000;[VF6]3-14 800, 23 000;[VC l6]3-11 200, 18 020;请根据弱场方案指认, 求出∆, 排出光谱化学序列; 若采用强场方案, 指认应作何种变动? 解: 上述体系中心原子V的d的组态为d2, 基态谱相为3T1g,, 可见光区的低能量谱带属于3T→3T2g跃迁. 根据弱场方案, 3T1g,3T2g的谱项能量(在表7.4中给出), 以∆为单位分别为1g(-3/5, 1/5), 故上述体系的∆值为低能量谱带的能量乘以(5/4). 分别计算为:[V(CN)6]3-27 750;[V(NCS)6]3-20 870;[VF6]3-18 500;[VC l6]3-14 000.光谱序列为CN- > NC S> F-> C l-.若按强场方案, 3T1g,3T2g的谱项能量能量差即为∆.无需乘以系数(5/4), 所指认光谱化学序列不变.9.请按弱场方案(表7.4和图7.6( c)) ,指认下列光谱数据(单位:c m-1, 求出∆, 排出光谱化学序列.[V(H2O)]2+12 350, 18 500; [V(NCS)6]4-15 500, 22 000; [VC l6]4-7 200, 12 000; [V(NH3)6]2+14 800, 21200; [V(CN)6]4-22 300, 27 700.解:上述体系中心原子V的d的组态为d3, 基态谱相为4A2g,, 可见光区的低能量谱带属于4A→4T2g跃迁. 根据弱场方案, 4A2g,4T2g的谱项能量(在表7.4中给出), 以∆为单位分别2g为(-6/5, -2/5), 故上述体系的∆值为低能量谱带的能量乘以(5/4). 分别计算为:[V(H2O)]2+15 438; [V(NCS)6]4-19 375; [VC l6]4-9 000;[V(NH3)6]2+18 500; [V(CN)6]4-27 875.光谱序列为: CN- > NCS-> NH3 > H2O > C l-.10.请根据7.3.3的简单方法, 求出d5八面体配合物的高自旋和低自旋的能量差. 已知[F e(H2O)6]3+是高自旋, 你能否确定[F e(CN)6]3-究竟是高自旋还是低自旋?解: d5八面体配合物的高自旋组态为(t2g3e g2), 低自旋组态为(t2g5),E(t2g3e g2)=5E0+3(-2/5)∆+2(3/5)∆+10J-10K=5 E0+10J-10KE(t 2g 5)=5E 0+5(-2/5)∆ +10J -4K=5 E 0- 2∆ +10J -4K 两者能量差为E(t 2g 3e g 2) - E(t 2g 5)=2 ∆-6K.由于CN -在光谱化学序列中排在H 2O 的前面, [F e (CN)6]3-的∆要比[F e (H 2O)6]3+的大, 故如果[F e (H 2O)6]3+是高自旋, 则[F e (CN)6]3-一定是高自旋.11. 请通过你的计算, 检验表7.8的d 6与d 7八面体配合物的高自旋和低自旋能量即δ表示式. 解: d 6八面体配合物的高自旋组态为(t 2g 4e g 2), 低自旋组态为(t 2g 6),E(t 2g 4e g 2)=6E 0+4(-2/5)∆+2(3/5)∆+15J -10K=6 E 0-( 2/5) ∆ +15J -10K E(t 2g 6)=6E 0+6(-2/5)∆ +10J -6K=6 E 0-(12/5)∆ +15J -6K两者能量差为E(t 2g 4e g 2) - E(t 2g 6)=2 ∆-4K. d 7八面体配合物的高自旋组态为(t 2g 5e g 2), 低自旋组态为(t 2g 6 e g 1),E(t 2g 5e g 2)=7E 0+5(-2/5)∆+2(3/5)∆+21J -11K=7 E 0-(4/5) ∆ +21J -11K E(t 2g 6 e g 1)=7E 0+6(-2/5)∆ +(3/5)∆+21J -9K=7 E 0-(9/5)∆ +21J -9K 两者能量差为E(t 2g 4e g 2) - E(t 2g 6)= ∆-2K.12. 五配位配合物有两种稳定几何构型(图7.11(a )与(b)), 请根据图7.10中D 3h 和C 4v 能级模式讨论d 6离子为高自旋或低自旋的可能性.解: 由图7.10中所示的d 轨道在D 3h 和C 4v 下的能级分裂的情况容易判断, 在具有D 3h 对称性的双三角锥型配合物种d 6离子为高自旋, 而具有C 4v 对称性的四方锥型配合物种d 6离子为低自旋. 轨道电子填充情况如图所示:13. 在八面体配离子的J ahn -T eller 形变(O h -D 4h )中, 试简单地采用能级图7.12来分析预测, [VC l 6]2- (d 1), [VC l 6]3- (d 2), 和 [C r C l 6]4- (d 4) 的形变模式: 拉长还是压扁? 解:[VC l 6]2- (d 1) 根据图7.12, 若实现拉长形变, 一个电子填充在能量最低的e g 能级上, 总能量降低δ1/3; 若实现压扁形变, 一个电子填充在能量最低的b 2g 能级上总能量降低2δ1/3.从能量的角度看, 应当是压扁形变.[VC l 6]3-(d 2) 若实现拉长形变, 2个电子填充在能量最低的e g 能级上, 总能量降低2δ1/3; 若实现压扁形变, 2个电子填充在能量最低的b 2g 能级上总能量降低4δ1/3.从能量的角度看, 应当是压扁形变. 而且, 若实现拉长形变, 两个填充在能量最低的e g 能级上, 两个电子当取自旋相同的构型, 这样的体系仍是不稳定的还会发生畸变.[C r C l 6]4- (d 4) 若实现拉长形变, 4个电子填充在能量最低的e g 能级上, 总能量降低4δ1/3; 若实现压扁形变, 2个电子填充在能量最低的b 2g 能级上, 另2个电子填充在e g 能级上, 两者的能量升高与降低相抵, 总能量降低2δ1/3. 从能量的角度看, 应当是拉长形变.D3hC 4v14. 按照分子轨道的观点, 正八面体配离子的价电子数等于12+n, n为d电子数. 试由能级图7.15给出[VC l6]2- , [VC l6]3- , [C r C l6]4- , [F e(CN)6]3-,[C o(NH3)6]3+ ,[C o(CN)6]4-, [Ni(H2O)6]2+的基组态.解: 根据能级图7.15,所给出的能级序列, 计算出价电子数后, 可以直接得到基组态.现计算如下:n价电子数基组态[VC l6]2- 1 13 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)1[VC l6]3- 2 14 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)2[C r C l6]4- 4 16 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)4[F e(CN)6]3- 5 17 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)5[C o(NH3)6]3+ 6 18 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)6[C o(CN)6]4-7 19 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)6(e g*)1[Ni(H2O)6]2+ 8 20 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)6(e g*)215. 在正八面体配合物的能级序列(图7.15)中, t2g是非键轨道, e g*也可以近似看作非键(d z2,d x2-y2)分子轨道,因此, t2g→e g*的电子跃迁属于中心原子d→d跃迁, 不会伴随M,L之间的电荷转移;但下列跃迁: t2g→a1g*, e g*→t1u*以及e g→t2g, t1u→t2g将伴随电荷转移. 请分别指出它们之中那些属于M→L转移, 那些属于L→M的转移.解:判断电荷跃迁的方向主要根据所涉及的两个分子轨道的组成成分来判断.t2g, e g*是非键轨道, 基本由中心原子的d轨道组成. 电子由它们向其它分子轨道跃迁, 将导致M→L转移, 如t2g→a1g*, e g*→t1u*;t1u, e g是成键轨道,主要由配体原子的轨道组成. 电子由它们向其它分子轨道跃迁, 将导致L→M的转移. 如e g→t2g, t1u→t2g.16.请列举出10个单核配合物满足18电子规则, 再举出5个反例,它们均具有稳定的闭壳组态,表现为反磁性.解:满足18电子规则的例子有:[C o(NH3)6]3+,[C o(H2O)6]3+,[C o(CN)6]3-,[Zn(NH3)4]2+[F e(CN)6]4-,[F e(NCS)6]4-F e(CO)5, Ni(CO)4, F e(C5H5)2, C r(C6H6)2.不满足18电子规则的例子有:[Ni(C5H5N)4]2+, [Cu(NH3)4]2+,17.对于正四面体配合物ML4, [TiC l4, [NiC l4]2-等, 请通过群论方法,造出能级图; 指出与CH4的区别何在?解: 四个配体的轨道在T d群下分解为A1+T2, 若将四个配体原子按图5.7的CH4分子中的H原子的位置放置于立方体的相对的四个顶点, 中心原子按C原子的位置放置于立方体的中心. 造出配体的群轨道同5-8b式,⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛d c b a zy z t t t a 212121212121212121212121212121212221φφφφ中心原子的轨道按对称性分类为s 属于A 1, p 属于T 2, d z 2, d x 2-y 2属于E, d xy ,d yz ,d xz 属于T 2.上述中心原子的轨道按对称性与配体原子的群轨道组合成分子轨道 能级示意图为:与CH 4相比, 中心原子除了s , p 轨道外, 还有d 轨道参加成键. HOMO -LUMO 的能隙变得很小. 从而导致可见光区的吸收光谱带的出现.配体轨道中心离子轨道配合物分子轨道3t。
结构化学第七章习题
第七章一选择题1、KCI属于NaCI型晶体，一个晶胞中含（个K+：■A 、1B 、2C 、4D 2、CH属于下列哪类分子点群：（a ）A、Td B D Oh C C3v D C S3、晶包一定是一个：（c ）A、八面体B六方柱体C、平行六面体D正方体4、（312）晶面在a，b，c轴上的截距分别为（c ）:A、3a, b, 2c B 3a, 6b, 2c C、2a, 6b, 3c D 3a, b, c5、空间点阵中下列形式不存在的是（b ）。
A 立方IB 四方C C 四方ID 正交C6、假设有一AB晶体，属于正交底心，每个晶胞中有两个A原子和2个B原子，若A原子的坐标是（000）,（1/2 1/2 0），一个B原子的坐标是（1/4 1/4 1/2），则另一个B原子的分数坐标应是（d ）。
A （1/2 1/2 0）B （1/2 0 1/2）C （1/2 1/2 1/2）D （3/4 3/4 1/2）7、根据正当单位选取原则，下列各组平面格子属于正当格子的组是（c ）。
（1）正方及其带心格子（2）六方及其带心格子（3）平行四边行及其带心格子（4）矩形及其带心格子A （1）⑶⑷B （1）（2）⑷54） D（1）（3）&下列说法正确的是（b ）.A. 凡是八面体配合物，一定属于O点群.B. 异核双原子分子一定没有对称中心•C. 凡是四面体构型分子，一定属于T d点群.D. 在分子点群中，对称性最低的是C,对称性最高的是O群9、空间点阵中下列形式不存在的是（b ）A. 立方IB. 四方CC. 四方ID. 正交C10、有一AB型晶体，属立方晶系，每个晶胞中有一个A和四个B, —个A的坐标是（—，丄，—），四个B的坐标分别是（0，0，0），（—，—，0），（丄，2 2 2 2 2 2 0，1），21 1（0，-，—），此晶体的点阵形式是（b ）2 212. 下列哪一种表述是正确的：（A ）A. 各向异性是晶体区别于非晶体的一种特性.B. 各向同性是晶体区别于非晶体的一种特性.C.晶体的所有性质都是各向异性的.13. 晶胞的两个基本要素是（A ）A. 晶胞的大小、形状及晶胞中原子的位置.B. 晶胞的质量及结构基元数目.C. 晶胞中原子的数目及位置.14. 由正当晶胞抽象出的格子必然是（A ）A.对称性最高. B. 包含点阵点最少. C. 正方体格子.15. 素晶胞是 （B ）A. 只包含一个原子的晶胞.B. 只包含一个结构基元的晶胞.C.只有一种宏观对称元素的晶胞.16.一个点阵点必然对应着晶体中的一个（C ）A.原子 B. 分子 C.结构基元17. 点阵是： （B ）A. 按连接其中任意两点的向量平移而能复原的有限个点 .B. 按连接其中任意两点的向量平移而能复原的无限多个点 .C.按连接其中某些特定点的向量平移而能复原的无限多个点 .18. 干冰是CO 的晶体,其中不被周期性相联系的是（C ）A. 一个结构基元与另一个结构基元.B. 一个晶胞与另一个晶胞.C. CQ 分子中的一个原子与另一个原子.A.立方IB.立方PC. 立方FD. 立方C11、已知配合物MAB 的中心原子 些异构体分别属于的点群是（ M 是d 2SF 3杂化，该分子有2种构造异构体，这 a ） A. C 2V , D 4hB. C 2h , D 4dC.C 3V ,D 6h D.C 3h ,D 6d19 .对于金刚石与立方硫化锌，下列哪种说法是不正确的：（C ）A. 它们的点阵型式都是立方面心.B. 它们的结构基元都包含两个原子（或离子）.C. 它们的结构基元内容相同•20. MgS （NaCI型）与UO （CaF2型）晶体的不同之处是：（B ）A. 正当格子形状•B.负离子堆积方式•C.点阵型式.21 .正、负离子配位比为8 : 8的是下列哪一种晶体：（A ）A. CsCIB.NaCIC. 立方ZnS22 . CeO晶体结构属CaF2型.对于这种晶体，“简单立方” 一词描述的是（A ）A. 氧负离子堆积方式.B.铈正离子堆积方式.C.点阵型式23. 有人把CaF2晶体的点阵型式误认为是点阵点处于负离子位置的立方简单点阵,错误之处就在于（B）A. 立方简单本身违反点阵定义.B. 这种立方简单无法使CaF2晶体复原.C. 这样的立方简单格子比CaF2正当晶胞还要大.24. 当我们说某种离子晶体AB属于CsCI型时，意思是说（B ）A. 它由Cs和CI两种元素组成.B. 它的结构型式与CsCI晶体相同.C. 它的结构基元与CsCI晶体相同.25. 布拉维格子有多少种：（A ）A. 14B. 7C. 3226. 计算立方ZnS正当晶胞中正、负离子总数的算式是：（A ）A. （1/8）X 8 +（1/2）X 6 +4B. （1/8）X 8 +（1/2）X 6C. 8 + 6 + 427. 在A（立方面心）、A（立方体心）、A（金刚石型）三种金属结构中，晶胞边长与原子半径分别与下列三个关系式3a = 4r, 2a= 4r, •• 3a = 8r相符合的是：（B ）A. A 1 A2 A 4B. A2 A1 A 4C. A4 A 1 A28. 从点阵中一个指定的原点到点阵点mnp之间的向量为平移群T mnp=ma+nb+pc（m n、p为整数）,这两点之间的波程差为（A ）A. △ =(mh+nk+pl)入B. △ =(m+n+p)入C. △ =（hx+ky+lz）入（x、y、z 为分数）29. 金单晶为A i型结构（立方面心），每个正当晶胞中原子数、八面体空隙数、四面体空隙数分别为：（C ）A. 1 、1、2B. 2 、2、4C. 4 、4、830. KBr晶体具有立方面心点阵,负离子形成立方最密堆积，其中的正八面体空隙全部被正离子占据.其结构型式为：（A ）A. NaCl 型B.CsCI 型C. 立方ZnS型31. 立方体心点阵的系统消光规律是：（A ）A. h+k+l=奇数B. h+k+l= 偶数C. h 、k、丨奇偶混杂32. 立方底心格子不存在，是由于这种格子（B ）A. 可化为立方体心.B. 破坏了立方晶系的特征对称要素.C. 违反了点阵定义33. 对于二元离子晶体,下列哪一式不成立：（C ）A. n+/n -=Z/Z +B. n-/n += CN/CMC. Z-/Z+=CN/CN!34. HMO 理论适用于处理哪一种体系：（B ）A. c体系B. n体系C. er + n体系35. 轨道对称守恒原理表明,在加热条件下发生顺旋电环化反应的共轭烯烃衍生物具有的n电子数为（A ）A. 4n.B. 4n+2.C. 5n+1.36. 六方晶系的晶胞形状是（C ）A. 六棱柱.B.六个顶点的八面体.C. a = B =90o, 丫=120°的平行六面体37. 晶面与x、y、z轴分别相截于2、3、4,其晶面指标为（C ）A. （234）B. （432）C. （643）38.通过晶胞原点与晶胞中第j 个原子(坐标为为、力、乙)的波程差为(A ) A. △ = (hx j +ky j +lz j )入 B. A = (ax j +by j +cz j )入C. A = (x j +y j +Z j )入39. 由布拉格(Bragg)方程可知,衍射级数n 是(A )A. 数目有限的几个正整数.B. 数目无限的一系列正整数.C. 数目有限的、介于0至1之间的几个分数.40. A 1与A 金属晶体在哪方面不同：(C )A.配位数. B. 空间占有率. C. 点阵型式.41. 离子晶体中正离子配位数 CN 等于6时，离子半径比(r +/r -)的理论值应是44. 下列哪种物质最不可能是晶体(B)A •金刚石B •琥珀C•食盐粉末45. 晶系和晶体学点群各有多少种？ (A) A. 7 种晶系,32种晶体学点群 B. 14 种晶系,32种晶体学点群 C. 7种晶系,14种晶体学点群46. 下列哪一式是晶体结构的代数表示一一平移群： (A)A. T mnp =mc+nb+pc ( m n, p,=0, ± 1, ± 2, ................... )B. r = xa+yb+zcx , y , z 是零或小于1的分数47. 下列哪一种说法是错误的：（B ） A.属于同一晶系的晶体，可能分别属于不同的晶体学点群A. 0.225 < (r +/r J<0.414B. 0.414 < (r +/r -)<0.732C. 0.732 < (r +/r -)<1.00042、 与C 轴垂直的晶面的晶面指标是( (A ) (112)(B ) (100)43、 反式二氯乙烯所属点群为(c(A ) C 3 ( B ) D 3dd )(C ) (010)( D )(001) )C . △ =(mh+ nk+pl)入m n , p和h , k , l均为整数B. 属于同一晶体学点群的晶体，可能分别属于不同的晶系C. 属于同一晶体学点群的晶体，可能分别属于不同的空间群48. 某平面点阵在坐标轴x,y,z上的截数为3，3，5，则平面点阵指标（晶面指标）为（C）A. （335）B. （353）C. （553）49. Bragg方程中的正整数n的物理意义是（A）A.相邻平面点阵衍射波程差的波数B•晶胞中结构基元的数目C•晶胞中原子的数目50. 立方ZnS和六方ZnS晶体的CN/CN都是4:4，那么，它们在下列哪一点上不同？（C）A. 正离子所占空隙种类B. 正离子所占空隙分数C. 负离子堆积方式51. 为了区分素格子与复格子，空间格子中的每个顶点、棱心、面心只分别算作（B）A. 1, 1, 1B. 1/8, 1/4, 1/2C. 1, 1/2, 1/452. CuZn合金（即B黄铜）中两种金属原子的分数坐标分别为0, 0, 0和1/2，1/2，1/2。
江元生《结构化学》课后习题答案
第一章 量子理论1. 说明⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=) (2cos ),(0t x a t x a νλπ及⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=) (2sin ),(0t x a t x a νλπ都是波动方程22222),(1),(t t x a c x t x a ∂∂=∂∂的解。
提示：将),(t x a 代入方程式两端，经过运算后，视其是否相同。
解：利用三角函数的微分公式)cos()sin(ax a ax x=∂∂和)sin()cos(ax a ax x -=∂∂，将⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=) (2c o s ),(0t x a t x a νλπ代入方程：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡--∂∂=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂=) (2cos 2 ) (2sin 2 ) (2cos ) (2cos 2000022t x a t x x a t x x x a t x a x νλπλπνλπλπνλπνλπ左边 ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂=) (2cos 2 ) (2sin 2 ) (2cos ) (2cos 122020200222t x c a t x x c a t x t t c a t x a t c νλππννλππννλπνλπ右边 对于电磁波νλ=c ，所以⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=) (2cos ),(0t x a t x a νλπ是波动方程的一个解。
对于⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=) (2sin ),(0t x a t x a νλπ，可以通过类似的计算而加以证明：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂=) (2sin 2) (2sin 20022t x a t x a x νλπλπνλπ左边()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂=) (2sin 2) (2sin 12200222t x c a t x a t c νλππννλπ右边2. 试根据Planck 黑体辐射公式，推证Stefan 定律：4 T I σ=，给出σ的表示式，并计算它的数值。
结构化学课后习题答案
结构化学课后习题答案结构化化学课后习题答案一、化学键与分子结构1. 选择题a) 正确答案：D解析：选择题中，选项D提到了共价键的形成是通过电子的共享，符合共价键的定义。
b) 正确答案：B解析：选择题中，选项B提到了离子键的形成是通过电子的转移，符合离子键的定义。
c) 正确答案：C解析：选择题中，选项C提到了金属键的形成是通过金属原子之间的电子云重叠，符合金属键的定义。
d) 正确答案：A解析：选择题中，选项A提到了氢键的形成是通过氢原子与高电负性原子之间的吸引力，符合氢键的定义。
2. 填空题a) 正确答案：共价键解析：填空题中，根据问题描述，两个非金属原子之间的键称为共价键。
b) 正确答案：离子键解析：填空题中，根据问题描述，一个金属原子将电子转移到一个非金属原子上形成的键称为离子键。
c) 正确答案：金属键解析：填空题中，根据问题描述，金属原子之间的电子云重叠形成的键称为金属键。
d) 正确答案：氢键解析：填空题中，根据问题描述，氢原子与高电负性原子之间的吸引力形成的键称为氢键。
二、有机化学1. 选择题a) 正确答案：C解析：选择题中，选项C提到了烷烃是由碳和氢组成的，符合烷烃的定义。
b) 正确答案：D解析：选择题中，选项D提到了烯烃是由含有一个或多个双键的碳原子组成的，符合烯烃的定义。
c) 正确答案：B解析：选择题中，选项B提到了炔烃是由含有一个或多个三键的碳原子组成的，符合炔烃的定义。
d) 正确答案：A解析：选择题中，选项A提到了芳香烃是由芳香环结构组成的，符合芳香烃的定义。
2. 填空题a) 正确答案：醇解析：填空题中，根据问题描述，含有羟基（-OH）的有机化合物称为醇。
b) 正确答案：醚解析：填空题中，根据问题描述，含有氧原子连接两个碳原子的有机化合物称为醚。
c) 正确答案：酮解析：填空题中，根据问题描述，含有羰基（C=O）的有机化合物称为酮。
d) 正确答案：酯解析：填空题中，根据问题描述，含有羧基（-COO）的有机化合物称为酯。
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第七章 过渡金属化合物1. 对于四方配位场(7.1.1), 当点电荷与中心的距离不等, 但符合|±x |<|±y |时, 则中心原子的p 轨道和d 轨道的能级图7.3(a )及(b )将发生什么变化? 请根据你的直觉和简单分析做出最合理的判断, 画出能级图.解:当点电荷距中心距离不等时, 将导致在正四方配位场下的二维不可约表示进一步分裂为两个一维不可约表示,即 p x , p y , 和 d xz , d yz 轨道进一步分裂.若|±x |<|±y |, 则p x 将比p y 感受道更强的来至点电荷的排斥作用, 从而导致p x 能量高于p y .d xz , d yz 轨道的能量也将发生分裂, 但是由于点电荷不在轨道的最大值方向, 感受的排斥相对于p x , p y 要小. 故能级的分裂值较小, d xz 较高, d yz 较低. 能级图如下:2. 反式四配位配合物 t -MA 2B 2, 如[P t C l 2B r 2]2-及P t (NH 3)2B r 2的几何对称性为D 2h ,请以[P t C l 2B r 2]2-为对象, 给出其中的八个对称操作, 并将中心原子的原子轨道:{s , p x ,p y ,p z ,d z 2, d x 2-y 2,d xy ,d xz ,d yz }按D 2h 不可约表示分类;若按D 2h 的子群D 2分类, 结果又如何?(提示:参考特征标表)解:D 2h 的八个对称操作为 I, C 2(x ), C 2(y ), C 2(z ), i , σ(xy ), σ(yz ), σ(zx ). 特征标表为:s 轨道在所有对称操作下不变, 属于全对称表示A g .p x 轨道在I,C 2(x ), σ(xy ), σ(zx )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 1u .p y 轨道在I,C 2(y ), σ(xy ), σ(yz )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于p xp yp z原子p x , p y , p zdx 2-y 2dxz dz2原子ddxydyzB 2u ;p z 轨道在I, C 2(z ), σ(xz ), σ(yz )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 2u ;d z 2, d x 2-y 2轨道在在所有对称操作下不变, 属于全对称表示A g ;d xy 轨道在I,C 2(z ), i ,σ(xy )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 3g ;d xz 轨道在I,C 2(y ),i , σ(xz )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 2g ; d yz 轨道在I,C 2(x ),i , σ(yz )等四个对称操作下不变, 在其余四个对称操作下反号. 属于B 1g .若按D 2群分类, 所有不可约表示将不再按对称性分为 “g ” 和 “u ”, 其它与群D 2h 下的结果相同.3. 顺式四配位配合物c -MA2B2也是平面构型, 它属于什么点群? 请将中心原子的9个价原子轨道按这一点群分类. 解: 平面构型的顺式四配位配合物c -MA2B2属于C 2v 点群.本题可以采用上题同样的分析方法得到各原子轨道所属的不可约表示, 也可参见表5.1所给出的每一个不可约表示的基函数的性质, 直接得到分类结果: s , p z , d z 2, d x 2-y 2属于A 1; d xy 属于A 2; p x , d xz 属于B 1; p y , d yz 属于B 2.4. 请应用中心原子轨道为基的旋转操作的特征标公式(7-10)式,检验表7.2所列特征标数值是否正确无误; 然后由(4-40)式求出各原子轨函(l =0,1,2,3,4)在O h 配位场的约化(分裂)结果.解:根据(7-10)式, 角量子数为l 的原子轨道在绕z 轴旋转角度a 的旋转操作作用下, 特征标为:2s i n)21s i n ()(αααχ+=l ls 轨道, l =0, 12sin 21sin2sin)210sin()(==+=αααααχl,即对于所有不可约表示,特征表皆为1.p 轨道, l =1, 2sin23sin 2sin)211sin()(αααααχ=+=l所以, 321cos2123cos 23lim 21sin23sinlim)(00=⋅⋅=⋅⋅=→→ααααχααI l12121s i n2123s i n)(,03221s i n3223s i n)(,12s i n 23s i n )(432====-==ππχππχππχC C C l l l,说明表7.2中关于s , p 的两行特征标的值是正确的. 关于d , f , g 的特征标的计算过程略. 下面以f 轨道为例, 求解其在O h 群下的分裂.由于f 轨道属于 “u ”类, 所分裂出的不可约表示也将属于“u ”类,)]1(13)1(16)1(16118711[241)()(24111=-⨯⨯+-⨯⨯+-⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯==∑R R n l RA Auuχχ1)]1(13)1()1(6)1()1(6118711[241)()(24122=-⨯⨯+-⨯-⨯+-⨯-⨯+⨯⨯+⨯⨯==∑R R n l R A Auuχχ)]1(23)1(06)1(061)1(8721[241)()(241=-⨯⨯+-⨯⨯+-⨯⨯+⨯-⨯+⨯⨯==∑R R n l RE E uuχχ1)]1()1(3)1(16)1()1(6108731[241)()(24111=-⨯-⨯+-⨯⨯+-⨯-⨯+⨯⨯+⨯⨯==∑R R n l RT Tuuχχ1)]1()1(3)1()1(6)1(16108731[241)()(24122=-⨯-⨯+-⨯-⨯+-⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯==∑R R n l RT Tuuχχ所以f 分裂为A 2u +T 1u +T 2u .同样方法可以计算s , p , d , g 在O h 群下的分裂情况.5. 在四方配位场中, 中心原子能级(l =0, 1, 2, 3)将按D 4h 群的不可约表示类别约化(分裂)为s =a 1g , p =a 2u +e ud =a 1g +b 1g +b 2g +e g ,f =b 1u +a 2u +b 2u +2e u请按子群D 4计算各类旋转操作的特征标,证明以上结果.(提示:根据D 4h 及D 4特征标表, 仿照题4的计算处理.)解:s , p , d , f 轨道在D 4下的特征标利用(7-10)式计算得到:在D 4中约化得,Γ(s ) =a 1, Γ (p )=a 2+eΓ (d )=a 1+b 1+b 2+e , Γ (f )=b 1+a 2+b 2+2e在D 4h 中考虑原子轨道的 “g ”, “u ”对称性得:Γ (s )= a 1g , Γ (p )= a 2u +e uΓ (d )= a 1g +b 1g +b 2g +e g , Γ (f )= b 1u +a 2u +b 2u +2e u6. 当八面体场很强时, 单电子态(轨函)需按O h 群不可约表示分类, 请问组态 s 2, s 1p 1及p 2应如何表示, 相应的谱项是什么?解: 首先根据表7.2中所列s , p 轨道的特征标求出上述直积表示的O 群各操作的特征标为.再利用O 群的特征标表造出投影算符, 计算上述可约表示的约化结果. 最后得到,Γ(s2)=A1, Γ(s1p1)=T1, Γ(p2)=A1+T1+T2根据s, p轨道的“g”, “u”对称性, 再利用对称性, g×g=g, g×u=u, u×u=g, 就得到在O h 群下的约化结果:Γ(s2)=A1g, Γ(s1p1)=T1u, Γ(p2)=A1g+T1g+T2g7.[VC l6]2-的光谱吸收位置在13800c m-1, [VF6]2-的吸收峰在20120c m-1,请根据配位场理论指认它们属于何种谱项之间的跃迁: 2S+1Γ(基态)→ 2S+1Γ(激发态); 并计算出相应的∆值. 解: [VC l6]2-和[VF6]2-中, 中心原子V的d电子组态为3d1, 基态的对称性属于2t2g,激发态为2e, 光谱项反映从2t2g到2e g的跃迁.g由于上述体系中只有一个d电子,计算组态能量时不涉及库仑积分J和交换积分K, ∆值就是吸收光谱的光子能量: [VC l6]2- ∆值为13800c m-1, [VF6]2- ∆值为20120c m-1.8.正八面体三价钒配离子在可见紫外区有两个吸收峰,数据收集如下(单位:c m-1)[V(CN)6]3-22 200, 28 600;[V(NCS)6]3-16 700, 24 000;[VF6]3-14 800, 23 000;[VC l6]3-11 200, 18 020;请根据弱场方案指认, 求出∆, 排出光谱化学序列; 若采用强场方案, 指认应作何种变动? 解: 上述体系中心原子V的d的组态为d2, 基态谱相为3T1g,, 可见光区的低能量谱带属于3T→3T2g跃迁. 根据弱场方案, 3T1g,3T2g的谱项能量(在表7.4中给出), 以∆为单位分别为1g(-3/5, 1/5), 故上述体系的∆值为低能量谱带的能量乘以(5/4). 分别计算为:[V(CN)6]3-27 750;[V(NCS)6]3-20 870;[VF6]3-18 500;[VC l6]3-14 000.光谱序列为CN- > NC S> F-> C l-.若按强场方案, 3T1g,3T2g的谱项能量能量差即为∆.无需乘以系数(5/4), 所指认光谱化学序列不变.9.请按弱场方案(表7.4和图7.6( c)) ,指认下列光谱数据(单位:c m-1, 求出∆, 排出光谱化学序列.[V(H2O)]2+12 350, 18 500; [V(NCS)6]4-15 500, 22 000; [VC l6]4-7 200, 12 000; [V(NH3)6]2+14 800, 21200; [V(CN)6]4-22 300, 27 700.解:上述体系中心原子V的d的组态为d3, 基态谱相为4A2g,, 可见光区的低能量谱带属于4A→4T2g跃迁. 根据弱场方案, 4A2g,4T2g的谱项能量(在表7.4中给出), 以∆为单位分别2g为(-6/5, -2/5), 故上述体系的∆值为低能量谱带的能量乘以(5/4). 分别计算为:[V(H2O)]2+15 438; [V(NCS)6]4-19 375; [VC l6]4-9 000;[V(NH3)6]2+18 500; [V(CN)6]4-27 875.光谱序列为: CN- > NCS-> NH3 > H2O > C l-.10.请根据7.3.3的简单方法, 求出d5八面体配合物的高自旋和低自旋的能量差. 已知[F e(H2O)6]3+是高自旋, 你能否确定[F e(CN)6]3-究竟是高自旋还是低自旋?解: d5八面体配合物的高自旋组态为(t2g3e g2), 低自旋组态为(t2g5),E(t2g3e g2)=5E0+3(-2/5)∆+2(3/5)∆+10J-10K=5 E0+10J-10KE(t 2g 5)=5E 0+5(-2/5)∆ +10J -4K=5 E 0- 2∆ +10J -4K 两者能量差为E(t 2g 3e g 2) - E(t 2g 5)=2 ∆-6K.由于CN -在光谱化学序列中排在H 2O 的前面, [F e (CN)6]3-的∆要比[F e (H 2O)6]3+的大, 故如果[F e (H 2O)6]3+是高自旋, 则[F e (CN)6]3-一定是高自旋.11. 请通过你的计算, 检验表7.8的d 6与d 7八面体配合物的高自旋和低自旋能量即δ表示式. 解: d 6八面体配合物的高自旋组态为(t 2g 4e g 2), 低自旋组态为(t 2g 6),E(t 2g 4e g 2)=6E 0+4(-2/5)∆+2(3/5)∆+15J -10K=6 E 0-( 2/5) ∆ +15J -10K E(t 2g 6)=6E 0+6(-2/5)∆ +10J -6K=6 E 0-(12/5)∆ +15J -6K两者能量差为E(t 2g 4e g 2) - E(t 2g 6)=2 ∆-4K. d 7八面体配合物的高自旋组态为(t 2g 5e g 2), 低自旋组态为(t 2g 6 e g 1),E(t 2g 5e g 2)=7E 0+5(-2/5)∆+2(3/5)∆+21J -11K=7 E 0-(4/5) ∆ +21J -11K E(t 2g 6 e g 1)=7E 0+6(-2/5)∆ +(3/5)∆+21J -9K=7 E 0-(9/5)∆ +21J -9K 两者能量差为E(t 2g 4e g 2) - E(t 2g 6)= ∆-2K.12. 五配位配合物有两种稳定几何构型(图7.11(a )与(b)), 请根据图7.10中D 3h 和C 4v 能级模式讨论d 6离子为高自旋或低自旋的可能性.解: 由图7.10中所示的d 轨道在D 3h 和C 4v 下的能级分裂的情况容易判断, 在具有D 3h 对称性的双三角锥型配合物种d 6离子为高自旋, 而具有C 4v 对称性的四方锥型配合物种d 6离子为低自旋. 轨道电子填充情况如图所示:13. 在八面体配离子的J ahn -T eller 形变(O h -D 4h )中, 试简单地采用能级图7.12来分析预测, [VC l 6]2- (d 1), [VC l 6]3- (d 2), 和 [C r C l 6]4- (d 4) 的形变模式: 拉长还是压扁? 解:[VC l 6]2- (d 1) 根据图7.12, 若实现拉长形变, 一个电子填充在能量最低的e g 能级上, 总能量降低δ1/3; 若实现压扁形变, 一个电子填充在能量最低的b 2g 能级上总能量降低2δ1/3.从能量的角度看, 应当是压扁形变.[VC l 6]3-(d 2) 若实现拉长形变, 2个电子填充在能量最低的e g 能级上, 总能量降低2δ1/3; 若实现压扁形变, 2个电子填充在能量最低的b 2g 能级上总能量降低4δ1/3.从能量的角度看, 应当是压扁形变. 而且, 若实现拉长形变, 两个填充在能量最低的e g 能级上, 两个电子当取自旋相同的构型, 这样的体系仍是不稳定的还会发生畸变.[C r C l 6]4- (d 4) 若实现拉长形变, 4个电子填充在能量最低的e g 能级上, 总能量降低4δ1/3; 若实现压扁形变, 2个电子填充在能量最低的b 2g 能级上, 另2个电子填充在e g 能级上, 两者的能量升高与降低相抵, 总能量降低2δ1/3. 从能量的角度看, 应当是拉长形变.D3hC 4v14. 按照分子轨道的观点, 正八面体配离子的价电子数等于12+n, n为d电子数. 试由能级图7.15给出[VC l6]2- , [VC l6]3- , [C r C l6]4- , [F e(CN)6]3-,[C o(NH3)6]3+ ,[C o(CN)6]4-, [Ni(H2O)6]2+的基组态.解: 根据能级图7.15,所给出的能级序列, 计算出价电子数后, 可以直接得到基组态.现计算如下:n价电子数基组态[VC l6]2- 1 13 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)1[VC l6]3- 2 14 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)2[C r C l6]4- 4 16 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)4[F e(CN)6]3- 5 17 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)5[C o(NH3)6]3+ 6 18 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)6[C o(CN)6]4-7 19 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)6(e g*)1[Ni(H2O)6]2+ 8 20 (a1g)2(t1u)6(e g)4(t2g)6(e g*)215. 在正八面体配合物的能级序列(图7.15)中, t2g是非键轨道, e g*也可以近似看作非键(d z2,d x2-y2)分子轨道,因此, t2g→e g*的电子跃迁属于中心原子d→d跃迁, 不会伴随M,L之间的电荷转移;但下列跃迁: t2g→a1g*, e g*→t1u*以及e g→t2g, t1u→t2g将伴随电荷转移. 请分别指出它们之中那些属于M→L转移, 那些属于L→M的转移.解:判断电荷跃迁的方向主要根据所涉及的两个分子轨道的组成成分来判断.t2g, e g*是非键轨道, 基本由中心原子的d轨道组成. 电子由它们向其它分子轨道跃迁, 将导致M→L转移, 如t2g→a1g*, e g*→t1u*;t1u, e g是成键轨道,主要由配体原子的轨道组成. 电子由它们向其它分子轨道跃迁, 将导致L→M的转移. 如e g→t2g, t1u→t2g.16.请列举出10个单核配合物满足18电子规则, 再举出5个反例,它们均具有稳定的闭壳组态,表现为反磁性.解:满足18电子规则的例子有:[C o(NH3)6]3+,[C o(H2O)6]3+,[C o(CN)6]3-,[Zn(NH3)4]2+[F e(CN)6]4-,[F e(NCS)6]4-F e(CO)5, Ni(CO)4, F e(C5H5)2, C r(C6H6)2.不满足18电子规则的例子有:[Ni(C5H5N)4]2+, [Cu(NH3)4]2+,17.对于正四面体配合物ML4, [TiC l4, [NiC l4]2-等, 请通过群论方法,造出能级图; 指出与CH4的区别何在?解: 四个配体的轨道在T d群下分解为A1+T2, 若将四个配体原子按图5.7的CH4分子中的H原子的位置放置于立方体的相对的四个顶点, 中心原子按C原子的位置放置于立方体的中心. 造出配体的群轨道同5-8b式,⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛d c b a zy z t t t a 212121212121212121212121212121212221φφφφ中心原子的轨道按对称性分类为s 属于A 1, p 属于T 2, d z 2, d x 2-y 2属于E, d xy ,d yz ,d xz 属于T 2.上述中心原子的轨道按对称性与配体原子的群轨道组合成分子轨道 能级示意图为:与CH 4相比, 中心原子除了s , p 轨道外, 还有d 轨道参加成键. HOMO -LUMO 的能隙变得很小. 从而导致可见光区的吸收光谱带的出现.配体轨道中心离子轨道配合物分子轨道3t。