结构化学基础习题答案-周公度-第4版资料
结构化学基础习题答案-周公度-第4版精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除【1.3】金属钾的临阈频率为5.464×10-14s -1，如用它作为光电极的阴极当用波长为300nm 的紫外光照射该电池时，发射光电子的最大速度是多少？解：2012hv hv mv =+()1201812341419312 2.998102 6.62610 5.46410300109.10910h v v m m s J s s m kg υ------⎡⎤=⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎛⎫⨯⨯⨯-⨯⎢⎥ ⎪⨯⎝⎭⎢⎥=⎢⎥⨯⎢⎥⎣⎦g g134141231512 6.62610 4.529109.109108.1210J s s kg m s ----⎡⎤⨯⨯⨯⨯=⎢⎥⨯⎣⎦=⨯g g【1.4】计算下列粒子的德布罗意波的波长： （a ）质量为10-10kg ，运动速度为0.01m ·s -1的尘埃；（b ） 动能为0.1eV 的中子； （c ）动能为300eV 的自由电子。
解：根据关系式： (1)34221016.62610J s6.62610m 10kg 0.01m s h mv λ----⨯⋅===⨯⨯⋅34-11(2) 9.40310m h p λ-==⨯34(3) 7.0810mh p λ-==⨯【1.7】子弹（质量0.01kg ，速度1000m ·s -1），尘埃（质量10-9kg ，速度10m ·s -1）、作布郎运动的花粉（质量10-13kg ，速度1m ·s -1）、原子中电子（速度1000 m ·s -1）等，其速度的不确定度均为原速度的10%，判断在确定这些质点位置时，不确定度关系是否有实际意义？解：按测不准关系，诸粒子的坐标的不确定度分别为： 子弹：343416.2610 6.63100.01100010%h J sx mm v kg m s ---⨯⋅∆===⨯⋅∆⨯⨯⋅尘埃：3425916.62610 6.6310101010%h J sx m m v kg m s ----⨯⋅∆===⨯⋅∆⨯⨯⋅花粉：34201316.62610 6.631010110%h J s x mm v kg m s ----⨯⋅∆===⨯⋅∆⨯⨯⋅电子：3463116.626107.27109.10910100010%h J sx m m v kg m s ----⨯⋅∆===⨯⋅∆⨯⨯⨯⋅ 【1.9】用不确定度关系说明光学光栅（周期约610m -）观察不到电子衍射（用100000V 电压加速电子）。
解：解法一：根据不确定度关系，电子位置的不确定度为：9911 1.22610/1.226101.22610x h h x p h m λ---===⨯=⨯=⨯V V这不确定度约为光学光栅周期的10－5倍，即在此加速电压条件下电子波的波长约为光学光栅周期的10－5倍，用光学光栅观察不到电子衍射。
解法二：若电子位置的不确定度为10－6m ，则由不确定关系决定的动量不确定度为：3462816.62610106.62610x h J sp x mJ s m ----⨯∆==∆=⨯g g g在104V 的加速电压下，电子的动量为：5.40210x x p m J s m υ===⨯g g由Δp x 和p x 估算出现第一衍射极小值的偏离角为：2812315arcsin arcsin 6.62610arcsin 5.40210arcsin100xxop p J s m J s m θθ-----∆==⎛⎫⨯ ⎪⨯⎝⎭≈g g B g g B这说明电子通过光栅狭缝后沿直线前进，落到同一个点上。
因此，用光学光栅观察不到电子衍射。
【1.11】2ax xeϕ-=是算符22224d a x dx ⎛⎫- ⎪⎝⎭的本征函数，求其本征值。
解：应用量子力学基本假设Ⅱ（算符）和Ⅲ（本征函数，本征值和本征方程）得：22222222244ax d d a x a x xe dx dx ψ-⎛⎫⎛⎫-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ ()2222224ax ax d xe a x xe dx --=- ()22222222232323242444ax ax ax ax ax ax ax d e ax e a x e dxaxe axe a x e a x e -------=--=--+-266axaxe a ψ-=-=-因此，本征值为6a -。
【1.13】im e φ和cos m φ对算符did φ是否为本征函数？若是，求出本征值。
解：im im d ie ie d φφφ=，im im me φ=-所以，im e φ是算符d i d φ的本征函数，本征值为m -。
而()cos sin sin cos dim i m m im m c m d φφφφφ=-=-≠g所以cos m φ不是算符d id φ的本征函数。
【1.14】证明在一维势箱中运动的粒子的各个波函数互相正交。
证：在长度为l 的一维势箱中运动的粒子的波函数为：()n x ψ01x <<n =1，2，3，……令n 和n ’表示不同的量子数，积分：()()()()()()()()()()()()()()00002sin sin sin sin 222sinsin sin sin l n n llln x x x d dx l n x n x dx l l ln n n n x x l l l n n n n l l n n n n x x l l n n n n n n n n n n n n πψψτππππππππππππππ==⎡⎤-+⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥-+⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎡⎤-+⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥-+⎢⎥⎣⎦-+=--+⎰⎰gn 和n 皆为正整数，因而()n n -和()n n +皆为正整数，所以积分：()()0lnn x x d ψψτ=⎰根据定义，()n x ψ和()n x ψ互相正交。
【1.15】已知在一维势箱中粒子的归一化波函数为()n n x x l πϕ 1,2,3n =⋅⋅⋅式中l 是势箱的长度，x 是粒子的坐标()0x l <<，求粒子的能量，以及坐标、动量的平均值。
解：（1）将能量算符直接作用于波函数，所得常数即为粒子的能量：n n πx ˆH ψ(x )cos )l = =)x = 即：228n h E ml =（2）由于ˆˆx()(),x n n x c x ψψ≠无本征值，只能求粒子坐标的平均值：()()x l x n sin l x l x n sin l x x ˆx x l *l n l *n d 22d x 000⎰⎰⎰⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==ππψψ()x l x n cos x l dx l x n sin x l l l d 22122002⎰⎰⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=ππ2000122sin sin d 222l ll x l n x l n x x xl n l n l ππππ⎡⎤⎛⎫=-+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦⎰ 2l =（3）由于()()ˆˆp,p x n n x x c x ψψ≠无本征值。
按下式计算p x 的平均值:()()1*ˆd x n x n p x px x ψψ=⎰d 2n x ih d n x x l dx l πππ⎛=- ⎝⎰20sin cos d 0l n x nx x l l l ππ=-=⎰【1.19】若在下一离子中运动的π电子可用一维势箱近似表示其运动特征： 估计这一势箱的长度 1.3lnm =，根据能级公式222/8n E n h ml =估算π电子跃迁时所吸收的光的波长，并与实验值510.0nm 比较。
H 33解：该离子共有10个π电子，当离子处于基态时，这些电子填充在能级最低的前5个π型分子轨道上。
离子受到光的照射，π电子将从低能级跃迁到高能级，跃迁所需要的最低能量即第5和第6两个分子轨道的的能级差。
此能级差对应于棘手光谱的最大波长。
应用一维势箱粒子的能级表达式即可求出该波长：22222652226511888hch h h E E E ml ml ml λ∆==-=-=()22318193481189.109510 2.997910 1.31011 6.626210506.6mcl h kg m s m J snmλ----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=g g实验值为510.0nm ，计算值与实验值的相对误差为-0.67%。
【1.20】已知封闭的圆环中粒子的能级为：22228n n h E mR π=0,1,2,3,n =±±±⋅⋅⋅精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除式中n 为量子数，R 是圆环的半径，若将此能级公式近似地用于苯分子中66π离域π键，取R=140pm ，试求其电子从基态跃迁到第一激发态所吸收的光的波长。
解：由量子数n 可知，n=0为非简并态，|n|≥1都为二重简并态，6个π电子填入n=0，1，1-等3个轨道，如图图1.20苯分子66π能级和电子排布()22122418h hcE E E mR πλ-∆=-==()()()()22223110813498389.1110 1.4010 2.998103 6.6261021210212mR c hkg m m s J s m nmπλπ-----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=⨯=g g实验表明，苯的紫外光谱中出现β，Γ和α共3个吸收带，它们的吸收位置分别为184.0nm ，208.0nm 和263.0nm ，前两者为强吸收，后面一个是弱吸收。
由于最低反键轨道能级分裂为三种激发态，这3个吸收带皆源于π电子在最高成键轨道和最低反键之间的跃迁。
计算结果和实验测定值符合较好。
【1.21】函数()/)/)x x a x a ϕππ=-是否是一维势箱中粒子的一种可能状态？若是，其能量有无确定值？若有，其值为多少？若无，求其平均值。
解：该函数是长度为a 的一维势箱中粒子的一种可能状态。
因为函数()1/)x x a ψπ和()2/)x x a ψπ都是一维势箱中粒子的可能状态（本征态），根据量子力学基本假设Ⅳ（态叠加原理），它们的线性组合也是该体系的一种可能状态。
因为()()()1223H x H x x ψψψ∧∧=-⎡⎤⎣⎦()()1223H x H x ψψ∧∧=-()()22122242388h hx x ma ma ψψ=⨯-⨯≠常数()x ψ⨯所以，()x ψ不是H ∧的本征函数，即其能量无确定值，可按下述步骤计算其平均值。
将()x ψ归一化：设()x ψ=()c x ψ，即：()()()22220aaax dx c x dx c x dxψψψ==⎰⎰⎰2202ax x c dx a a ππ⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭⎰2131c == 2113c =()x ψ所代表的状态的能量平均值为：()()0a E x H x dxψψ∧=⎰222202238am x x h d a adx πππ⎛⎫⎛⎫=-- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰223x x dxa a ππ⎛⎫- ⎪ ⎪⎝⎭ 2222222233200015292sin sin sin sin 2a a a c h x c h x x c h x dx dx dxma a ma a a ma a ππππ=-+⎰⎰⎰ 222225513c h h ma ma ==也可先将()1x ψ和()2x ψ归一化，求出相应的能量，再利用式2i i E c E =∑求出()x ψ所代表的状态的能量平均值：222222222224049888h h c h E c c ma ma ma =⨯+⨯=22401813h ma =⨯22513h ma =【2.9】已知氢原子的200exp zp r r a a ϕ⎫⎡⎤-⎪⎢⎥⎭⎣⎦cos θ，试回答下列问题：(a)原子轨道能E=?(b)轨道角动量|M|=?轨道磁矩|μ|=?(c)轨道角动量M 和z 轴的夹角是多少度？ (d)列出计算电子离核平均距离的公式（不算出具体的数值）。
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【1.15】已知在一维势箱中粒子的归一化波函数为()n n x x l πϕ=1,2,3n =⋅⋅⋅ 式中l 是势箱的长度，x 是粒子的坐标)x l <，求粒子的能量，以及坐标、动量的平均值。
解：（1）将能量算符直接作用于波函数，所得常数即为粒子的能量：222n222h d n πx h d n πx ˆH ψ(x )-)-)8πm d x l 8πm d x l ==(sin )n n n x l l l πππ=⨯-22222222()88n h n n x n h x m l l ml ππψπ=-⨯= 即：2228n h E ml =（2）由于ˆˆx ()(),x n n x c x ψψ≠无本征值，只能求粒子坐标的平均值：()()x l x n sin l x l x n sin l x x ˆx x l *ln l*n d 22d x 000⎰⎰⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==ππψψ()x l x n cos x l dx l x n sin x l l l d 22122002⎰⎰⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=ππ2000122sin sin d 222l l l x l n x l n x x x l n l n l ππππ⎡⎤⎛⎫=-+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦⎰ 2l =（3）由于()()ˆˆp,p x n n x x c x ψψ≠无本征值。
按下式计算p x的平均值:()()1*ˆd x n x n p x px x ψψ=⎰0d 2n x ih d n x x l dx l πππ⎛=- ⎝⎰20sin cos d 0l nih n x n x x l l l ππ=-=⎰【1.20】若在下一离子中运动的π电子可用一维势箱近似表示其运动特征：估计这一势箱的长度 1.3l nm =，根据能级公式222/8n E n h ml =估算π电子跃迁时所吸收的光的波长，并与实验值510.0nm 比较。
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【1.3】金属钾的临阈频率为5.464×10-14s -1，如用它作为光电极的阴极当用波长为300nm 的紫外光照射该电池时，发射光电子的最大速度是多少？解：2012hv hv mv =+()1201812341419312 2.998102 6.62610 5.46410300109.10910h v v m m s J s s m kg υ------⎡⎤=⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎛⎫⨯⨯⨯-⨯⎢⎥ ⎪⨯⎝⎭⎢⎥=⎢⎥⨯⎢⎥⎣⎦134141231512 6.62610 4.529109.109108.1210J s s kg m s ----⎡⎤⨯⨯⨯⨯=⎢⎥⨯⎣⎦=⨯【1.4】计算下列粒子的德布罗意波的波长： （a ）质量为10-10kg ，运动速度为0.01m·s -1的尘埃；（b ）动能为0.1eV 的中子； （c ）动能为300eV 的自由电子。
解：根据关系式： (1)34221016.62610J s6.62610m 10kg 0.01m s h mv λ----⨯⋅===⨯⨯⋅34-11 (2) 9.40310mh p λ-==⨯ 34(3) 7.0810mh p λ-==⨯【1.7】子弹（质量0.01kg ，速度1000m ·s -1），尘埃（质量10-9kg ，速度10m ·s -1）、作布郎运动的花粉（质量10-13kg ，速度1m ·s -1）、原子中电子（速度1000 m ·s -1）等，其速度的不确定度均为原速度的10%，判断在确定这些质点位置时，不确定度关系是否有实际意义？解：按测不准关系，诸粒子的坐标的不确定度分别为： 子弹：343416.2610 6.63100.01100010%h J sx mm v kg m s ---⨯⋅∆===⨯⋅∆⨯⨯⋅尘埃：3425916.62610 6.6310101010%h J sx m m v kg m s ----⨯⋅∆===⨯⋅∆⨯⨯⋅花粉：34201316.62610 6.631010110%h J sx mm v kg m s ----⨯⋅∆===⨯⋅∆⨯⨯⋅电子：3463116.626107.27109.10910100010%h J s x m m v kg m s ----⨯⋅∆===⨯⋅∆⨯⨯⨯⋅ 【1.9】用不确定度关系说明光学光栅（周期约610m -）观察不到电子衍射（用100000V 电压加速电子）。
《结构化学》第三章习题答案
《结构化学》第三章习题答案3001 ( A, C )3002 H ab =∫ψa [-21∇2- a r 1 - br 1 +R 1 ] ψb d τ =E H S ab + R 1 S ab - ∫a r 1ψa ψb d τ= E H S ab + K因 E H = -13.6e V , S ab 为正值,故第一项为负值; 在分子的核间距条件下, K 为负值。
所以 H ab 为负值。
3003 ∫ψg ψu d τ=(4 - 4S 2)-1/2∫(ψa s 1+ψb s 1)((ψa s 1-ψb s 1)d τ = (4 - 4S 2)-1/2∫[ψa s 12 -ψb s 12 ] d τ= (4 - 4S 2)-1/2 [ 1 - 1 ] = 0故相互正交。
3004 ( C )3006 描述分子中单个电子空间运动状态的波函数叫分子轨道。
两个近似 (1) 波恩 - 奥本海默近似 ( 核质量 >> 电子质量 )(2) 单电子近似 (定态)3007 单个电子3008 (B)3009 (1) 能级高低相近(2) 对称性匹配(3) 轨道最大重叠3010 不正确3011 (B)3012 ψ= (0.8)1/2φA + (0.2)1/2φB3013 能量相近, 对称性匹配, 最大重叠> , < 或 < , >3014 正确3015 不正确3016 σ π π δ30173018 z3019 (C)3020 π3021 σ轨道: s -s , s -p z , s -d z , p z –p z , p z -2z d , 2z d -2z d ,π轨道p x –p x ,p x –d xz ,p y –p y ,p y –d yz ,d yz –d yz ,d xz –d xzδ轨道:d xy -d xy , d 22y x -- d 22y x -3022 σ δ π 不能 不能3023 (B)3024 原子轨道对 分子轨道p z -d xy ×p x -d xz πd 22y x -- d 22y x - δ2z d -2z d σp x –p x π3025 1σ22σ21π43σ2 , 3 , 反磁3026 d xy , δ3027 p y , d xy3028 C 2 ( 1σg )2( 1σu )2( 1πu )2+2 s -p 混杂显著.因1σu 为弱反键,而1σg 和1πu 均为强成键,故键级在2-3之间.3029 N 2: (1σg )2(1σu )2(1πu )4(2σg )2O 2: σ2s 2σ2s σ2pz 2π2px 2π2py 2π2px *π2py *1或 ( 1σg )2(1σu )22σg 2(1πu )4(1πg )23030 ( 1σg )2( 1σu )2( 1πu )4( 2σg )2的三重键为 1 个σ键 (1σg )2,2个π键 (1πu )4,键级为 3( 1σu )2和(2σg )2分别具有弱反键和弱成键性质, 实际上成为参加成键作用很小的两对孤对电子,可记为 :N ≡N: 。
结构化学基础习题答案-周公度-第4版
10次级键及超分子结构化学【10.1】在硫酸盐和硼酸盐中,SO2-和BO＞的构型分别 为正四面体和平面正三角形,S —O 键和B -O 键而键长平均值分别为 山 和,试计算S — O 和B —O 键的键价以及 原子和B原子的键价和.解：将查得的R 0值和B 值数据代入计算价键的公式.S 二 exp 侬/四一148Pm =1.4837 pmS 原子的键价和为4M1.48 =5.92.此值和S 原子的氧化态 相近.B 原子的键价和为3".01=3.03.止匕值和B 原子的原子价 相近.【10.2】沁一〔弯曲形〕、ClO【〔三角锥形〕和C 10『〔四面体形〕离子中,Cl-0键的平均键长值分别为157 pm 5 148P m和142.5pm ,试分别计算其键价及键价和.171Pm - 157 Pm S = exp1.46ClO2■中Cl 原子键价和为2M1.46 = 2.92和氧化态为3相近.ClO3"中Cl 原子的键价和为3M1.67 = 5.01和氧化态为5相近.ClO4"中Cl 原子的键价和为4M1.75 = 7.0和氧化态为7相近.【10.3］试计算以下化合物已标明键长值的 Xe-F 键键 价.说明稀有气体Xe 原子在不同条件下和其他原子形1 / 132SO ：BO 3S 二exp ；37.1pm —136.6pm I 37 pm-1.01解：ClO2■:37 pmClO 3-.167 pm-148 pmS 二 exp ---- - ----------37 pm = 1.67ClO 4-.SFy 2班".75为 Xe( 2 )200 pm Xe( 4 )193 pmXe- F 202 pm解：S=exp 200P m -200P m =1.00(a)Xe|||F ：-37P m」 S=exp 200Pm -190Pm =1.31(b)XeLF ：-37P m」S 二 exp 200Pm -214Pm = 0.68Xe|||F ：- 37pm 」 S= exp 189Pm -255Pm PR(C)Xe|||F:_37P m」 Sep 200Pm一279Pm =0.12(d)XelllF ：-37P m」S 二,乂「193P m一202P m =0.78(e)Xe-F :- 37pm 」Xe 和F 的范德华半径和为 216pm^ 147pm=363pm 上述化学键中成键两原子间的键距均短于范德华半径2 / 13成化学键的情况.I 按〔 7.1.3 )式计算*6»键时％值Xe (6)189pm, B值为 37 Pm 】.〔a 〕 XeF 2 〔直线形〕： Xe-F200pm(b)I Xe2 F3 I- lSbF6「・.F. 210pmF 「e151.Xe、、190Pm(c) I.NO 2 .r lXe 2F 13 厂.F. .(d)[(2,6 —F 2c 6H 3 )Xe 『lBF 4(e) lMe 4N I' lXeF5「・平面五角形的XeF5-离子中XeF 6 _■ *F 255pm和.Xe原子既可以和F, O, C等原子成共价键,也可结构化学根底习题答案-周公度-第4版形成次级键【10.4]CaO具有NaCl型的晶体结构,试根据表7,1.1 的数据估算Ca — O键的键长及Ca2十的半径[按.2-的离子半径为140pm , Ca"和.2-的离子半径和即为Ca-O的键长计算].解：CaO中Ca2+是+2价离子,Ca2+周围有6个距离相等的.2一,按键价和规那么,每个键的键价〔S〕为〔2/6〕=0.333.查表得Ca-O键的RHgTpmiBnSWm,代入得：S=0.333 ; exp196,7pm - dpm37 pmln[0,3331J96,7pm - dpm=-1.1037 pmd =237.4 pmCa2+的离子半径为237.4pm— 140pm=97.4pm【10.5]NiO具有NaCl型结构,试根据表7,1.1数据估算Ni2・离子半径.福：查袤得Ni2+和O2-结合时,R值为167.0p m.B值为牛. 代入〔1〕式得：167 pm - dpmS = 0.333 = exp I ----- ----- —J 37 pm _, 1167 Pm - dpmln 1.0,333 1.1037 pmNi -O 问键距 d = 207.7p mNi2+的离子半径为207.7 pm -140.0 pm = 67.7 pm【10.6]试说明氢键的本领及其形成的条件.解：在氢键XIIIHMIY中,当H原子以共价键和X结合时,由于X的电负性高,尖电子偏向X, H原子带局部正电荷,当和有孤对电子而电负性强的Y原子接触,彼此间的静电吸引作用使之结合而成氢键.对于假设干强氢键如O-H-O、F-H-F那么以形成三中央四电子的共价键为主.氢键的形成条件是X, Y都是强电负性原子,3 / 13结构化学根底习题答案-周公度-第4版/X - H|||Y一般不小于 120.【10.7］怎样知道液态水中仍保存一定的氢键？怎样 解释水在40C 时密度最大？解：从能量看,冰的升华热高达 51.0k 川mol 」.融化热为 6.0kJ由ol 」.冰中H 20分子间的结合力大局部是氢键力, 冰融化为水后,氢键结合力依然存在.从 Raman ^谱 等数据也证实水中仍保持一定的氢键.冰的结构中,每个H 2O 分子均和周围4个H 2O分子 按四面体方式形成氢键,因此它具有空旷的低密度的 结构,冰的密度比水低,冰变为水密度增加,氢键破 坏的多,谜底增加得多,另一方面温度升高热膨胀又 使密度降低,两种相反因素与致水有密度最大的温 度,至于出现在4c 那么由水的性质决定.【10.8］下表给出150C 时几种物质的粘度〔单位： 10%m~s 」〕,试说明为什么会有这样的大小次序.物质 丙酮 苯 HAcC 2 H 50HH 2sO 4粘度0^3409T1.311.33 32.8解：物质粘度的大小决定于分子间的作用力： H 2SO4中每个分子可形成4个氢键；C 2H 50H 和CH 3COOH那么平土匀可 形成2个氢键：强、黏度最大；C 2H 50H 和HAc 次之,这两者相差不多 苯因有离域冗键,色散力大,粘度大于丙酮.【10.9】水和乙触的外表能分别为72.8和17.1 〔10"J cm说明存在如此大差异的原因.结构化学根底习题答案-周公度-第4版...0°-心. 「S、0-H…O O H ...苯和丙酮不能生成氢键 c 」., C 2H 5 H所以 O ...CH 3-C 、3 \0——H ...H分子间作用力最解：水中小.分子间存在氢键,分子间作用力大.乙触(H5c2 —0 —C2H5 )分子间不能形成氢键,作用力仅是较微弱的范德华力,故表现在外表能上有较大差异.【10.10】举例说迷什么是配位水、骨架水、结构水和结晶水.为什么硫化物和磷化物一般不存在结晶解：以CuS.415H2.晶体为例,该晶体中每个Cu2+离子周围有4个H2.提供孤对电子和Cu2+白^dsp2杂化轨道形成4个EO T C U配键.晶体中的这种水称为配位水. CuS.415H2.晶体中有1个H2.分子不和金属离子配位,只通过.-HI".氢键和其他基团结合,这种山.分子称结构水.骨架水是指水作为构建晶体的主要组分组成骨架.例如气体水合物8cH4146H2.中,水分子通过氢键组成具有多面体孔穴的骨架,将客体小分子CH4包含在其结晶水是指晶态水合物中存在的水, 或是指除冰以外在晶体中和其他组分一起存在的水.结晶水除上述配位水、结构水和骨架水等组成确定的结晶水以外, 还包括层间水、沸石水和蛋白质晶体中连续分布的水等组成不确定的结晶水.硫化物和磷化物中由于S和P原子的电负性较低, 分别为2.6和2.2,和H相似(2.3),不能形成S-H|||S>P-HIHP..-H |||S和.-H|||P等型式氢锤,一般不存在结晶水.【10.11］根据SbF3晶体结构测定数据,Sb-F间除3个较短的强键呈三角形分布外,还有3个弱键和3个非常弱的键.它们的键长(以pm为单位)如下：195, 195, 206; 250, 250, 256; 375, 378, 378.解：按(2)式查得计算键价的R和N值,Sb(3) •一 F (― 1)的R0值为177.2Pm,N=3.7,计算所得各键键价及键价和如下：键195 195 206 250 256 256 375 378 3785 / 13长/pm键0.7 0.7 0.5 0.2 0.2 0.2 0.0 0.0 0.0价008866666键价和：2.96键价和为2.96接近于SbF3中Sb的原子价.【10.12］什么是绝对构型？画出R型甘油酸H250H卜CH(0H 卜co0H的立体结构式.解：绝对构型是指手性分子中各个基团在空间排列的真实结构.绝对构型是和相对构型相比拟而提出的概念,当还未能确定所指的手性分子是R型或S型之前,这种构型称为相对构型,确定后的真实构型称为绝对构型.R 型甘油酸的立体结构如图7.12.HOHCCOOHH2COH图7.2【10.13】乙酸、丙酸、丁酸、戊酸的密度分别为1.409 ,0.993 ,0.959 和0.939 g cm\ 试根据表7.5.1 所列原子基团的体积增量数据,计算分子的堆积系数.讨论它们的变化规律,解释其原因.解：查表得原子基团体积增量为：CH3 23.5父10.而,CH2 3四产加,COOH24 323.1 10 cm乙酸化学式CH3c00H 摩尔质量-1/ g mol 丙酸丁酸CH3cH2COOH CH3 CH2 2COOH戊酸CH 3 CH 2 3 COOH60 74 88 102密度/ gLcm^1.049 0.993^体积57.2 74.5/ cm 3mol-1基团体积增 量和28.1 38.4 /cm 3mol -1堆积系数 0.49 0.52 0.530.54由上述计算可见,随着碳氢链的增长,堆积系数加大, 这和COOH 间能形成氢键,缩短分子间距离有关.即在 分子中COOH 占的比例较大时,堆积系数较小.【10.14】邻位和对位硝基苯酚 20 c 时在水中的溶解 度之比为0.39,在苯中为1.93,请由氢键说明其差 异的原因.解：溶质在溶剂中的溶解性,可用“相似相溶〞 原理表达.这一经验原理指出：结构相似的物质易于 互溶,结构相差较大的物质不能互溶. “结构〞二字 的含义有：一是指物质结合在一起所依靠的化学键或 分子间结合力的形式,二是指分子、离子和原子的相 对大小及离子的电价.溶解过程总是嫡增加的.因此溶质在溶剂中的溶解 性在很大程度上决定于溶解过程的始变 A H o 假设A H 较 小,自由始减少,那么溶质易溶解于溶剂；假设 A H 增大, 超过了 TL&S,使A G >0,那么溶解不能进行.邻硝基苯酚可形成分子内氢键,极性减弱,与水〔极 性溶剂〕分子间的作用力小.而且,停止不能与水分 子形成氢键.相反,它分散到水中会破坏水本身的氢 键,使,H 增大,能量上不利.因此,邻硝基苯酚在水 中的溶解度很小,而在非极性的苯中溶解度较大.对硝基苯酚不能形成分子内氢键,极性较大,并能 与水形成氢键,使溶解过程的 阳较小,自由始减少, 因而在水中的溶解度较大,而在苯中的溶解度较小.【10.15】乙触分子量比丙酮大,但沸点〔34.6 C 〕7 / 13结构化学根底习题答案-周公度-第4版0.959 91.848.6 0.939 108.6比丙酮沸点〔56.5 C〕低；乙醇分子量更小,但沸点〔78.5 C〕更高.试分别解释其原因.解：物质沸点的上下是其汽化过程中焙变和嫡变的综合结果,其中始变起决定作用.而始变又决定于分子间作用能的大小,归根结底决定于分子的结构.分子量只是影响分子间作用能大小的因素之一.丙酮与乙触相比,虽然分子量小,但由于分子内有易于变形的冗键,极化率大,分子间作用能大,因而沸点高.而乙醇由于形成分子间氢键,作用能更大, 因而沸点更高〔乙触,丙酮和乙醇的摩尔汽化热分别为26.0 , 30.2 和39.4 k川moi」〕【10.16］请根据分子中原子的共价半径和范德华半径估算分子的形状和大小."共价双键半径假设不考虑尿素分子的共转效应,按正常的单、算键长,那么得各共价键的键长如下：双键计、C- N / C=N- H8 / 13结构化学根底习题答案-周公度-第4版第一套键长152 127/pm第二套键长147 119/pm实测键长133 126 /pm其中第一套数据是用同核键键键长的计算方法〔键长 等于两原子共价半径之和〕得到的.第二套数据是按 异核键键长的计算方法〔键长等于两原子共价半径之 和减去两元素电负性之差的9倍〕得到的.可见,两 套计算数据中有的与实测数据较吻合,有的那么差异较 大.根据实测键参数和范氏半径画出尿素分子的形状 如图7.16.【10.17】环氧乙烷中含少量水,试画出它们的分子模型,估计最小分子直径,并判断能否用 3A 型分子 筛〔孔径3.3A 〕作为环氧乙烷的枯燥剂？ 4A 和5A 型 〔孔径分别为4A 和5A 〕又如何？9 / 13107 9910解:用上列数据,按同〔异〕核键键长的计算方法得有关键长数据如下：M H C— O C— C C— H键长/pm 93.8 102 154 105.9这些计算值与实验测定值有的接近有的那么差异较大.图7.17所示的分子形状是按实测键参数和范氏半径画出来的.图7.17水分子和环H乙烷分子的大小〔图中数字篇位为pm〕由图可见,水分子和环氧乙烷分子的最小直径分别约为320pm^口440Pm因此,水分子能够进入3A分子筛的孔道而环氧乙烷分子不能. 所以,3A分子筛对环氧乙烷有枯燥作用.但由于水分子的最小直径与3A 分子筛的孔径相差很小,因而脱水效果不会太好.10 / 13用4A分子筛枯燥环氧乙烷效果很好,由于4A分子筛的孔道只允许水分子进入,而将环氧乙烷分子拒之门外.5A分子筛的孔径和环氧乙烷分子的最小直径非常接近,有可能也吸附环氧乙烷,因此不宜用作环氧乙烷的枯燥剂.环氧乙烷是最重要的一个环氧化合物,是以乙烯为原料的第三大产品,仅次于聚乙烯和苯乙烯.它是重要的石油化工原料及有机和精细化工的中间体.主要用来生产乙二醇、非离子外表活性剂等产品.工业上环氧乙烷是用乙烯和空气催化氧化〔以银/多孔载体为催化剂〕制得的.实验室中那么常用有机过酸〔如CHCGH等〕氧化乙烯来制备.水是平衡混合产物的组分之一,需要除去,简便而又经济的除水方法是使用4A分子筛脱水.所以,此题所涉及的是一个实际问题, 从沟通结构一一性能一一应用这一渠道来说也是很有意义的.【10.18］试根据苯分子的构型和液态水中和冰中分子的堆积系数.解：苯环中央到C原子距离为140PmC— H100Pm H原子范德华半径120Pm分子直径=2 140 100 120 pm = 2 360pm-720pmC原子范德华半径170Pm苯环厚度340pm【10.19】计算水分子的体积以及液态水中和冰中分11 / 13子的堆积系数.解：根据7.17所列数据.O 原子所占体积%和2个H 原子所占体积5432V O =- -： 140Pm ,-2二 60Pm i 140 Pm3.- J 11.49-2.71 106 pm 3 =8.87 1024cm 34 3 2VH=2 -二 120pm -二 100pm 120pm-一 3= 2 7.24—2.73I106 pm 3 = 9.02 10^4cm 324317.8 10 cm 冰中的堆积系数为32.5 10 24 cm 3= 0.55【10.20】举例说明什么是分子识别.解：分子识别是指一种接受体分子的特殊部位具有某 些基团或空间结构,正适合另一种底物分子的基团或 空间结构相结合,表达出锁和钥匙的原理.当这两种 分子相遇时,好似彼此相识,互相选择对方,形成次 级键结合在一起,使体系趋于稳定.例如三环纪杂冠 触分子形成孔穴的大小和四面体配位点的分布,正适 合于和N H 4'形成4个N^H ・・,N 氢键以及供N H 4十居留.【10.21】疏水效应为什么能降低体系能量、增高嫡 解：疏水效应是指水溶液中的疏水组分或基团倾向于60 pm 3100pm24一个H 2O 分子的体积为〔8.78+9.02产10 cm液态水中一个 七0分子占据的体积为:_243= 17.80 10 cm30.0 10 ^cm 3〔由摩尔体积/N A 得到〕冰中一个小0分子占据的体积为:体积/N A 得到〕32.5X10^4 cm 3 〔由摩尔所以液态水中的堆积系数为17.8 10 cm 354 3 :0.5930.0 10 cm结构化学根底习题答案-周公度-第4版和水疏远,疏水组分相互结合,或是被水充满而内壁带有疏水基团的空腔.当遇上疏水组分或基团时,疏水组分要进入空腔,排挤出水分子而和空腔内壁的疏水基团结合.疏水效应一方面要减少水和疏水基团问相互接触的时机,而增加水和水之间互相通过氢键结合,降低体系的能量；另一方面,滞留在空腔内相对有序的水被排挤出来,增加了自由活动的水,嫡增加.13 / 13。
《结构化学》(7-10章)习题答案全解
《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)。
结构化学习题答案(5)
《结构化学》第六章习题答案6001分裂成两组, d22yx 和2zd处于高能级,d xy,d yz,d xz处于低能级。
6002X-为弱场配体,CN-为强场配体, NH3介于两者之间。
6003(A)6004否6005(C)6006-2△06007此结论仅在O h场中,中心离子 d 电子数n=4--7 时才成立。
6008-0.4△0×6 =-2.4△06009假设填T d空隙LFSE(Td)=[4×(-0.267△)+4×0.178△] = -0.356△假设填O h空隙LFSE(Oh)=[6×(-0.4△)+2×0.6△] = -1.2△Ni2+倾向填入稳定化能大的空隙中,所以NiAl2O4为反尖晶石。
6010小 6011参看《结构化学基础》 (周公度编著) p.2756012(1) t 2g 4 e g 2(2) - 0.4△ (3) │M s │=6π2h(4) μ= 26μβ6013(D) 6014能级次序: d 22y x -最高, 2d z 次之,d xy 再次之,d yz ,d xz 最低。
理由:①因z 方向拉长,相应xy 平面上的 4 个L 靠近,所以d 22y x -能级升高,d z2能级下降; ②因为 d xy 在xy 平面内,受L 的影响大,所以d xy 能级上升,而d yz , d xz 受xy 平面上的 4 个L 排斥小,所以能级下降。
③但因z 方向上方还有 1 个L,加之2z d 的"小环"在xy 平面上,可受到L 的直接作用,所以2d z 能级高于 d xy 能级。
6015O h 点群,说明Jahn-Teller 效应为 0,按强场排:( t 2g )6(e g )0LFSE =-2.4△06016(B), (D)6017否6018(B)6019(1) [Fe(CN)6]3-: μ= [n(n+2)]1/2μβ; n1= 1[FeF6]3-: n2= 5(2) 中心离子Fe3+为d5结构,配位场为八面体场。
大学期间各科目的课后习题答案与模拟卷及往年原题
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结构化学习题答案
= 8.117×105 m•s -1
p = mυ = 9.110×10−31 kg ×8.117×105 m ∙ s -1
= 7.394×10−25 kg ∙ m ∙ s -1 λ = h /p = 6.626×10−34 J ∙ s / 7.394×10−25 kg∙m∙s -1 =8.961×10−10 m
= 2.863×10−12 m
10
解：
(3) λ = h/p = h/√ 2mT 6.626×10−34 J ∙ s =
√ 2×9.110×10-31 kg×200 ×1000eV ×1.602×10−19 C
= 2.743×10−12 m
11
测不准（不确定）关系式：∆x • ∆p x ≥ h / 4 π h/2π h 子弹： h ∆x = 4 π • ∆p
解：Cr的价电子排布为：3d54s1
0
2
1 0 -1 -2
0
ms = 3, S = 3，mL = 0 , L = 0, J = 3，基普支项是：
7S 3
1 0 -1
16. 已知44Ru的基普支项为5F5，确定Ru的基组态 解： 44Ru的基组态价电子排布可能为： 4d65s2或4d75s1
= ae-x + e-x+ e-x- xe-x = ae-x + 2e-x- xe-x = (a+ 2- x)e-x 2 d (a-x)e-x 不是算符 的本征函数。 2 dx
17
解：(1)∆E = En+1-En
n2h 2 (n+1) 2h 2 = 2 8ml 2 8ml h2 = (2n+1) 8ml 2 (6.626×10−34 J ∙ s )2 = (2×1+1) 8×9.110×10-31 kg×(200×10-12) 2 = 4.518×10-18 J λ = hc / ∆ E = 6.626×10−34 J ∙ s × 2.998×108 m ∙ s -1 4.518×10-18 J =4.397 × 10-8 m
结构化学第四章习题（周公度）
结构化学第四章习题（周公度）第四章分子的对称性1、HCN 和CS 2都是线性分子。
写出该分子的对称元素解：HCN 分子构型为线性不对称构型，具有的对称元素有：C ∞，n σV ；CS 2分子为线性对称性分子构型，具有对称元素有：C ∞，nC 2, n σV ,σh 2、写出H 3CCl 分子的对称元素解：H 3CCl 的对称元素有：C 3，3σV3、写出三重映轴S 3和三重反轴I 3的全部对称操作解：S 31=C 3σ; S 32=C 32 ; S 33=σ; S 34= C 3 ; S 35 = C 32σ I 31= C 3i ; I 32=C 32 ; I 33= i ; I 34= C 3 ; I 35 = C 32i4、写出四重映轴S 4和四重反轴I 4的全部对称操作解：S 41=C 4σ; S 42=C 2 ; S 43=C 43σ; S 44= E I 41= C 4i ; I 42=C 2 ; I 43=C 43 i ; I 44= E5、写出σxz 和通过原点并与x 轴重合的C 2轴的对称操作C 21的表示矩阵解：σxz 和C 2轴所在位置如图所示(基函数为坐标)σxz (x ，y ，z)’=(x ，-y ，z) σxz 的变换矩阵为-100010001C 21(x ，y ，z)’=(x ，-y ，-z) C 21的变换矩阵为--1000100016、用对称操作的表示矩阵证明(1) C 2(z) σxy = i(2) C 2(x)C 2(y) =C 2(z) (3) σyz σxz =C 2(z)解：C 2(x)，C 2(y)，C 2(z)，σxy ，σyz ，σxz ，i对称操作的变换矩阵分别为--100010001，??--100010001，??--100010001，??-100010001，-100010001-100010001，---100010001(1) C 2(z) σxy = i--100010001????? ??-100010001=???---100010001(2) C 2(x)C 2(y) =C 2(z)--100010001????? ??--100010001=????--100010001 (3) σyz σxz =C 2(z)-100010001????? ??-100010001=???--1000100017、写出ClCH=CHCl(反式)分子的全部对称操作及其乘法表解：反式1,2-二氯乙烯的结构为：具有的对称元素为C 2, I ; σh ，σh 即为分子平面，i 位于C-C 键中心C 2与σh 垂直。
结构化学基础习题答案_周公度_第4版
【】金属钾的临阈频率为×10-14s-1，如用它作为光电极的阴极当用波长为300nm的紫外光照射该电池时，发射光电子的最大速度是多少？解：【】计算下列粒子的德布罗意波的波长：（a）质量为10-10kg，运动速度为·s-1的尘埃；（b）动能为的中子；（c）动能为300eV的自由电子。
解：根据关系式：(1)【】子弹（质量，速度1000m·s-1），尘埃（质量10-9kg，速度10m·s-1）、作布郎运动的花粉（质量10-13kg，速度1m·s-1）、原子中电子（速度1000 m·s-1）等，其速度的不确定度均为原速度的10%，判断在确定这些质点位置时，不确定度关系是否有实际意义？解：按测不准关系，诸粒子的坐标的不确定度分别为：子弹：尘埃：花粉：电子：【】用不确定度关系说明光学光栅（周期约）观察不到电子衍射（用电压加速电子）。
解：解法一：根据不确定度关系，电子位置的不确定度为：这不确定度约为光学光栅周期的10－5倍，即在此加速电压条件下电子波的波长约为光学光栅周期的10－5倍，用光学光栅观察不到电子衍射。
解法二：若电子位置的不确定度为10－6m，则由不确定关系决定的动量不确定度为：在104V的加速电压下，电子的动量为：由Δp x和p x估算出现第一衍射极小值的偏离角为：这说明电子通过光栅狭缝后沿直线前进，落到同一个点上。
因此，用光学光栅观察不到电子衍射。
【】是算符的本征函数，求其本征值。
解：应用量子力学基本假设Ⅱ（算符）和Ⅲ（本征函数，本征值和本征方程）得：因此，本征值为。
【】和对算符是否为本征函数？若是，求出本征值。
解：，所以，是算符的本征函数，本征值为。
而所以不是算符的本征函数。
【】证明在一维势箱中运动的粒子的各个波函数互相正交。
证：在长度为的一维势箱中运动的粒子的波函数为：=1，2，3，……令n和n’表示不同的量子数，积分：和皆为正整数，因而和皆为正整数，所以积分：根据定义，和互相正交。