结构化学7
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习题选解第一章1.1 E = 1.988⨯10-18Jp = 6.626⨯10-27kg ⋅m ⋅s -1 1.2 h = 6.442⨯10-34J ⋅s w = 5.869⨯10-19J ν0 = 9.11⨯1014s -1 1.4 光子能量21.24eV ;电子动能 5.481eV 1.5 70.8pm1.9 (1)1/4;(2)2.63⨯10-5;(3)2/l ;(4)01.10 3个,E 1 = h 2/(8ml 2);E 2 = 4h 2/(8ml 2);E 3 = 9h 2/(8ml 2) 1.13 301.5 nm 1.16 0.14 nm 1.17 86.2nm1.20 (1)无,l /2;(2)无,0;(3)有,2224n h l ;(4)有,2228n h ml 1.21 (1)是,能量无确定值,22513h E mL =;(2) 是,能量无确定值,2297104h E mL = 1.22 (1) 2222k E mr =,i k φψ, k =0, ±1, ±2, …;(2) 136pm 1.23 (1) h 2/(8ml 2);(2) l /2,2/l ;(3)01.24 n x =3, n y =1, n z =2;n x =3, n y =2, n z =1;n x =2, n y =1, n z =3;n x =2, n y =3, n z =1;n x =1, n y =2, n z =3;n x =1, n y =3, n z =2 1.25 (1)不是,x →∞时,ψ→∞不满足平方可积;(2)不是,x →-∞时,ψ→∞不满足平方可积;(3)不是,在x =0处一阶微商不连续;(4)不是,ψ不满足平方可积;(5) 不是,ψ不满足平方可积,在x =0处一阶微商不连续;(6) 是 1.27 11πsin 42π2n n -;n =3;1/4;说明当n →∞时,一维势箱中运动的粒子,其概率分布与经典力学相同 1.28 (1)1ψ=;(2) ψ=(3) i m φψ=;(4) 0/r a ψ-=1.29 (1)是;(2) 是;(3) 不是;(4) 是;(5) 不是1.31 (1) 是d/d x 和d 2/d x 2的本征函数,本征值分别为a 、a 2(2) 不是d/d x 和d 2/d x 2的本征函数(3) 不是d/d x 的本征函数,是d 2/d x 2的本征函数,本征值为-a 2 (4) 不是d/d x 的本征函数,是d 2/d x 2的本征函数,本征值为-a 2 (5) 不是d/d x 和d 2/d x 2的本征函数 (6) 不是d/d x 和d 2/d x 2的本征函数1.34 无确定值,2258h E ml =1.351.36 (a /2, a /4, a /2),(a /2, 3a /4, a /2);y = a /2 1.37 (1) 是;(2) 是;(3) 不是;(1) 不是 1.38 |p |=nh /2l第二章 2.1 3a 0/2 2.5 22.6 (1) ()22212349R C C C ⎡⎤-++⎣⎦;(2)21C ;;(4)1;(5) 2223()C C - ;(6)0 2.14 (1) -3.4eV ;(2) ;(3)0;(4)r /a 0(5)(6)2.15 (1);(2) n =2, l =1, m =0;(3) E =-3.4eV ,|M | =0,M z = 02.16 (1) 1111(1)(1)(1)(1)(2)(2)(1)(2)s s s s αψβΦαψβ=;(2) E = -78.6eV2.17 (1) 112112112(1)(1)(1)(1)(3)(3)(2)(2)(2)(2)(3)(3)(3)(3)(3)(3)(3)(3)s s s s s s s s s αψβψαΦαψβψααψβψα=或112112112(1)(1)(1)(1)(3)(3)(2)(2)(2)(2)(3)(3)(3)(3)(3)(3)(3)(3)s s s s s s s s sαψβψβΦαψβψβαψβψβ=; (2) E = -204.03eV2.18 (1) 3P 0;(2) 3P 2;(3) 4S 3/2;(4) 6S 5/2;(5) 3F 2;(6) 3F 4;(7) 4F 3/2;(8) 4F 9/2;(9) 5D 4 2.19 (1) 1S(1S 0);(2) 2P(2P 3/2 2P 1/2);(3) 1S(1S 0), 3P(3P 2, 3P 1, 3P 0), 1D(1D 2);(4) 1S(1S 0), 3P(3P 2, 3P 1, 3P 0), 1D(1D 2), 3F(3F 4, 3F 3, 3F 2), 1G(1G 4); (5) 1P(1P 1),3P(3P 2, 3P 1, 3P 0);(6)1S(1S 0), 3S(3S 1), 1P(1P 1),3P(3P 2, 3P 1, 3P 0), 1D(1D 2), 3D(3D 3, 3D 2, 3D 1) 2.21 第一种2.22 未成对电子数:2l +1 基支项:2212l l S ++2.24 (1) 4S 、2D 、2P(2) 4D 、4P 、4S 、2D(2)、2P(2)、2S(2) (3) 4P 、2D 、2P 、2S(4) 4P 、4D 、4F 、2S 、2P(2)、2D(3)、2F(2)、2G (5)1S 3P 1D 1S 1S 3P 1D 3P 3P 5D, 5P,5S, 3D, 3P, 3S, 1D, 1P, 1S3F, 3D,3P1D 1D 3F, 3D, 3P 1G,1F, 1D, 1P,1S3 F 3F 5G, 5F , 5D, 3G, 3F , 3D, 1G, 1F , 1D 3H, 3G, 3F, 3D,3P1G 1G 3H, 3G, 3F 1I, 1H, 1G,1F,1D2.25 I 1= 11.46eV2.26 (1)5;(2)15;(3)4;(4)45;(5)675;(6)1350 ;;(4) 2, 1, 0, -1, -2;(5)5 2.29 (1)A, C ;(2)A, B ;(3)B, C 2.31 2个节面2.32 (1))122z s s p ψψψψ=++;(2) 无,<E>=-6.8eV ,1/3; (3) 3 ,2/3; (4) 有,0,0第三章3.7 (1)OF :(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(5σ)2(1π)4(2π)3,一个σ键,一个三电子π键,键级3/2,顺磁性(2)NO :(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(1π)4 (5σ)2(2π)1,1σ,1π,一个三电子π键,键级5/2,顺磁性 (3)CO :(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(1π)4 (5σ)2,一个σ键,二个π键,键级3,反磁性(4)CN :(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(1π)4 (5σ)1,一个单电子σ键,二个π键,键级5/2,顺磁性 (5)HF :(1σ)2(2σ)2(3σ)2(1π)4,一个σ键,键级1,反磁性3.8 (1) O 2:2*22*2222*1*1112222222s s s s pz px py px py σσσσσππππ;O 2+:2*22*2222*111222222s s s s pz px py px σσσσσπππ;O 2-:2*22*2222*2*1112222222s s s s pz px py px py σσσσσππππ;键级:O 2+ > O 2 > O 2-;键长:O 2+ < O 2 < O 2- (2) OF :(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(5σ)2(1π)4(2π)3;OF +:(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(5σ)2(1π)4(2π)2;OF -:(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(5σ)2(1π)4(2π)4;键级:OF + > OF > OF -;键长:OF + < OF < OF -3.10 (1)得电子变为AB -型负离子后比原来中性分子键能大的分子:C 2,CN(2)失电子变为AB +型正离子后比原来中性分子键能大的分子:O 2,F 2,NO 3.12 p x -d xy (否);p y -d yz (π);d x 2-y 2-d x 2-y 2(δ);d z 2-d z 2(σ);p x -p x (π) 3.13原子轨道3s 3p z 3p x 3p y 3d z 23d zx 3d yz 3d xy 3d x 2-y 2沿z 轴对称类型(节面数) 0 0 1 10 1 1 2 2 有14对轨道对符合对称性匹配:原子轨道对 3s -3s 3s -3p z 3s -3d z 2 3p z -3p z 3p z -3d z 23d z 2-3d z 2 3p x -3p x 分子轨道类型 σ σ σ σσσπ原子轨道对 3p x -3d xz 3p y -3p y 3p y -3d yz 3d xz -3d xz 3d yz -3d yz 3d xy -3d xy 3d x 2-y 2-3d x 2-y 2分子轨道类型 π π π ππδδ3.14 (1) E I <E 1<E 2<E II ;(2) 222112/()a a a +;(3) 222112/()b b b +;(4) ψI 含φ1(A)原子轨道的成份多一些,ψII 含φ2(B)原子轨道的成份多一些;(5) 这个化学键的电子云会偏向A 原子3.15 1122x s p ψψ=+;21263x y s p p ψψψψ=-+;312662x y z s p p p ψψψψψ=--+;412662x y z s p p p ψψψψψ=---3.17 (1)0.73;(2)0.71;(3)0.683.23 NF :1σ22σ23σ24σ25σ21π42π2,键级:2,顺磁性;NF +:1σ22σ23σ24σ25σ21π42π1,键级:2.5,顺磁性;NF -:1σ22σ23σ24σ25σ21π42π3,键级:1.5,顺磁性第四章4.1 (1)π34,(2)π78,(3) π78,(4) π88,(5) π910,(6) π78,(7) π34,(8) π34,(9)无,(10) π1414,(11) π44,(12) π34(2个),(13) π34(2个),(14) π34(2个),(15)无,(16) π34(2个),(17) π34,(18) π46,(19) π46,(20)π46,(21) π344.6 (1) 1E α=,E 2 = α,3E α=;(2) ()112312φψψ=++)213φψψ-()312312φψψ=-+; (3) -0.828β;(4) C C C0.51.00.7074.8 (1) E 1=α+2β,E 2=E 3=α-β(2) 环丙烯正离子、自由基和负离子的离域能分别为-2β、-β和0(3) )1123φψψψ++,)21232φψψψ=--,)323φψψ=-(4) 4.11 (1) 2个π34,(2) E 1=α+2β, E 2=α+β,E 3=α-β(3) α+2βα+βα-β(4) 离域能为-1.528β 4.14 6α+5.656β第六章6.2 存在对称中心i : C 2h C 4h C 6h D 2h D 4h D 6h D 3d D 5d S 2 S 6存在垂直于主轴的镜面σh :C 2h C 3h C 4h C 5h C 6h D 2h D 3h D 4h D 5h D 6h S 3 S 5 6.3(1) CO —C ∞v ,CO 2—D ∞h ,NO 2+—D ∞h ,乙炔—D ∞h ,H 2S —C 2v ,NH 3—C 3v ,CH 3Cl —C 3v ,HOCl —C s ,H 2O 2—C 2,NO 2—C 2v ,CH 4—T d ,SF 6—O h(2) 重叠式乙烷—D 3h ,交叉式乙烷—D 3d ,椅式环己烷—D 3d ,船式环己烷—C 2v ,丙二烯—D 2d ,CHCl 2Br —C s ,CH 2=C=CCl 2—C 2v ,CHCl=C=CHCl —C 2,CH 3-CCl 3(交叉式)—C 3v , CH 3-CCl 3(重叠式)—C 3v(3) 顺式(重叠式)二茂铁—D 5h ,反式(交叉式)二茂铁—D 5d ,[Co(NH 2–CH 2–CH 2–NH 2)3]3+—D 3,1,3,5,7四甲基–环辛四烯—S 4(4) [PtCl 4]2-—D 4h ,HCHO —C 2v ,顺式二氯乙烯—C 2v ,反式二氯乙烯—C 2h ,CH 2=CCl 2—C 2v ,苯分子—D 6h ,萘分子—D 2h ,对二氯苯—D 2h ,邻二氯苯—C 2v ,间二氯苯—C 2v , BCl 3—D 3h ,[CO 3]2-—D 3h6.4B N B N B N H H H H H HD 3h ,B B BNH 2NH 2H 2ND 3hFH HFHHC 2h , H FF HHH C 2h, HHHHFFC2h ,CC FC 2h ,6.5 (1)D 2h (2)D 2d (3)D 26.6 (1) 去掉2个球有以下3种情况:2vvd (2) 去掉3个球有以下3种情况:s s 3v6.7⑴正三角形D 3h ⑵正方形 D 4h ⑶正六边形D 6h ⑷长方形 D 2h ⑸中国国旗上的一个五角星 D 5h ⑹正三棱锥 C 3v ⑺正三棱柱D 3h ⑻正四棱锥C 4v ⑼正四棱柱 D 4h ⑽双正四棱锥D 4h ⑾正六棱柱D 6h ⑿正四面体T d ⒀正八面体 O h⒁正六面体(即立方体)O h⒂圆锥体C ∞v ⒃园柱体D ∞h6.8 XX XXXXXXXX XXX XXX X XXXXXXX XXXXXX XXX XX Y XXY XYXYYXX YC s C 2D 2dC 2vC i C 1C 2hC s C sC 2vD 2hC 2hC 2hC 4v C 2C 2v第七章 7.1点阵点数目1 1 1 1每个点阵点代表的内容 白1、黑2白1、黑1白1、黑1白3 黑球和白球的数目 白1、黑2白1、黑1白1、黑1白37.7(1)0,0,0; 1/2,1/2,0; 1/2,0,1/2; 0,1/2,1/2; 1/4,1/4,1/4; 1/4,3/4,3/4; 3/4,1/4,3/4; 3/4,3/4,1/4;(2)154.5pm 7.8 (右图)7.9 d 110=233.8pm ;d 220=143.2pm7.10 201pm7.11 (100)与(010):90°;(100)与(001):90°;(100)与(210):26.56°7.14 (1)C 2v ,正交;(2) C 2h ,单斜;(3)D 2h ,正交;(4) D 4h ,四方; (5)D 6h ,六方;(6)C 3v ,三方;(7)C 3i ,三方(8)C 3h ,六方;(9)D 3h ,六方; (10)S 4,四方;(11)C s ,单斜;(12) O h ,立方;(13)T d ,立方; (14) D 2d ,四方;(15)O ,立方;(16) C 6h ,六方;(17) D 3,三方; (18) T ,立方;(19) D 3d 三方;(20)T h ,立方 7.157.17(100)(010)(120)(230)第八章8.1 28.0748.2 21.453gcm-3r=138.7pm8.3 a=b=328pm,c=536pm;3.187gcm-38.4 r =185.8pm,0.967gcm-3,d=303pm8.8 a=352.4pm,8.908gcm-3,r=124.6pm8.14 r=146pm8.17 CaS:正负离子配位数皆为6,正八面体,A1,晶体结构型式为cF;CsBr:正负离子配位数皆为8,立方体,立方简单,晶体结构型式为cP8.18 (2) 154pm;(3) 1.53gcm-3;(4) 274pm8.20 cF;分数坐标:0,0,0; 1/2,1/2,0; 1/2,0,1/2; 0,1/2,1/2;80.99%8.22 (1)Ti4+:000;Ba2+:1/2,1/2,1/2;O2-:0,0,1/2; 0,1/2,0; 1/2,0,0(2) BaTiO3 (3)cP(4)与Ba2+离子配位的O2-负离子数为12;与Ti4+离子配位的O2-负离子数为6(6) A1第九章9.2 cF,a=359pm9.5 (1) a=415.8pm;(2) x = 0.92,(NiO)76(Ni2O3)8;(3) A1,正八面体空隙,92%;(4) 294pm9.8 (1) 21.45gcm-3,r = 186.7pm;(2)有两个,分别来自200和4009.9 (1)19.356gcm-3;(2) 共有7对粉末线,衍射指标依次为(110), (200), (211), (220), (310), (222) (321) 9.10 (1) r = 128pm;(2) 仅有(200)和(400)的衍射峰;(3) (200)与(400)衍射峰对应的2L值分别为50.4mm和116.8mm9.11 (1) a=565.9pm;(2)cF;(3)n = 49.12 (1) r=137.0pm;(2)2级9.16 106.6pm9.17 141.9pm9.18 k1/k2=1.7149.19 11MHz9.26 λ1,λ3,λ5由HCl产生,HCl核间距129pm;λ2,λ4,λ6由HBr产生,HBr核间距143pm9.28 131pm;477.7Nm−19.30 64.32⨯1012s−1;1.5547⨯10−14s;1859.7 Nm−1;12.83kJ;3.859cm−1附录III 模型实习实习一、分子的对称性目的:1. 掌握寻找分子中独立对称元素、判断分子点群的方法;2. 根据分子所属点群判断分子有无偶极矩3. 根据分子所属点群判断分子有无旋光性。
《结构化学》教案教案主题:结构化学教学目标:1.了解分子和化学键的基本概念。
2.掌握常见化合物的结构和命名规则。
3.理解分子的立体构型和它对化学性质的影响。
4.能够用分子模型表示化学反应的过程。
教学重点:1.化学键的概念和分类。
2.分子的结构和命名规则。
3.分子的立体构型和它对化学性质的影响。
教学难点:1.立体构型的理解和应用。
2.分子模型在化学反应中的应用。
教学准备:1. PowerPoint课件。
2.分子模型。
教学过程:Step 1:导入1.引导学生思考:化学是由什么组成的?2.引出本课的主题:结构化学。
3.提出问题:你们知道分子是由什么组成的吗?Step 2:讲解分子的基本概念1.分子的定义:由两个或多个原子通过化学键相连接而成的粒子。
2.化学键的定义:原子之间的相互作用力。
3.分子的分类:单原子分子和多原子分子。
4.分子式的表示方法:用化学符号表示分子中各种原子的种类和数量。
Step 3:讲解化学键的分类1.离子键:电荷相互吸引形成的化学键。
2.共价键:原子之间通过共用电子形成的化学键。
3.金属键:金属原子之间因金属离子和自由电子的相互吸引而形成的化学键。
Step 4:讲解分子的结构和命名规则1.分子式的命名规则:先写元素符号,然后写下标。
2.分子结构的命名规则:根据元素化合价和化学键的性质确定分子结构。
Step 5:讲解分子的立体构型1.立体构型的定义:分子在空间中的排列方式。
2.饱和度的概念:分子中双键数量和环数的总和。
3.分子结构和饱和度的关系:饱和度越高,分子结构越稳定。
4.常见的分子构型:线性、平面三角形、平面四边形、平面五边形、立体四边形等。
Step 6:讲解分子模型在化学反应中的应用1.化学反应过程的表示方法:用分子模型表示反应物和产物。
2.分子模型和化学反应的关系:分子模型能够直观地表示化学反应的过程。
Step 7:小结和反思1.小结本课的主要内容。
2.引导学生思考:结构化学在哪些方面有应用?为什么分子模型在化学反应中有重要作用?教学延伸:1.学生可以自行选择一个分子进行立体构型推测,并用分子模型表示出来。
《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)。
结构化学重点掌握内容结构化学是研究和描述物质的组成、结构、性质及其在化学反应中的变化的一门学科。
以下是结构化学的重点掌握内容:1.原子结构和元素周期表:了解原子的组成,包括质子、中子和电子,以及元素周期表的组织和特点。
元素周期表按照元素的原子序数排列,可以根据周期表的位置推测元素的性质。
2.化学键:掌握化学键的种类和特点,包括离子键、共价键和金属键。
理解键的形成和断裂对化学反应的影响。
3.分子结构:了解分子的组成和结构,包括原子之间的排列和连接方式。
掌握分子的三维结构对其性质和反应的影响。
4.功能基团:掌握常见的有机功能基团,如醇、酮、醛等,并理解它们在有机化合物中的作用和重要性。
了解它们的命名规则和结构特点。
5.分子间相互作用力:了解分子间相互作用力对物质性质的影响,包括范德华力、氢键和离子-离子相互作用力。
理解这些相互作用力在物质的溶解、熔点和沸点等方面的作用。
6.反应速率和反应机理:掌握反应速率和反应机理的基本概念和计算方法。
理解反应动力学和化学平衡的关系,以及影响反应速率的因素。
7.配位化学:了解配位化学的基本概念和配位化合物的结构特点。
掌握配位键的形成和配位化合物的命名规则。
8.离子化合物的结构和性质:了解离子化合物的晶体结构和性质,包括离子半径比和离子键的强度。
了解溶液中离子的行为和离子反应的特点。
9.有机化学基本反应:掌握有机化学的基本反应类型,如取代反应、加成反应和消除反应。
理解这些反应的机理和实际应用。
10.分析化学方法:了解常见的分析化学方法,如质谱法、红外光谱法和核磁共振法。
理解这些方法的原理和应用。
此外,重点掌握实验技能和实验室安全知识也是结构化学的重要内容。
掌握正确的实验操作和安全措施,可以确保实验的准确性和安全性。
实验技能的掌握还包括实验仪器的使用和数据处理的方法。
总之,结构化学是化学学科的重要分支,掌握以上内容可以帮助理解物质的组成和性质,以及化学反应的基本原理和机理。
结构化学物理化学结构化学物理化学是研究物质的分子结构和物理化学性质的学科。
它通过对物质的组成和结构进行分析和研究,揭示物质的物理性质和化学反应机理,为实现物质的功能设计和制备提供理论基础和指导。
本文将从分子结构、物理性质和化学反应机理三个方面介绍结构化学物理化学的基本概念和研究方法。
分子结构是物质的基本组成单位,也是物质性质的基础。
结构化学物理化学通过实验和理论研究,揭示了不同物质的分子结构。
例如,通过光谱学和X射线衍射等实验手段,可以确定有机分子的化学键类型和空间构型,从而推断分子的立体结构。
通过分子力场计算和量子化学计算等理论方法,可以预测和优化分子的结构。
分子结构的研究有助于理解物质的性质和反应机理。
物理性质是物质在物理条件下所表现出的特征。
结构化学物理化学通过实验和理论研究,揭示了物质的物理性质与其分子结构之间的关系。
例如,通过测量物质的熔点、沸点、密度、折射率等物理性质,可以了解物质的分子间相互作用力和分子运动方式。
通过分子动力学模拟和量子力学计算等理论方法,可以预测和解释物质的物理性质。
物理性质的研究有助于揭示物质的宏观性质和应用特性。
化学反应机理是物质在化学条件下发生变化的过程。
结构化学物理化学通过实验和理论研究,揭示了化学反应的机理和动力学。
例如,通过反应动力学实验和理论模拟,可以确定化学反应的速率方程和活化能。
通过红外光谱、质谱和核磁共振等实验手段,可以探测和鉴定反应中的中间体和过渡态。
化学反应机理的研究有助于优化化学反应条件和提高反应效率。
结构化学物理化学的研究方法包括实验和理论两个方面。
实验方法主要包括光谱学、热分析、电化学、表面分析和物理性质测量等。
理论方法主要包括分子力场计算、量子化学计算、分子动力学模拟、反应动力学模拟和电子结构计算等。
实验和理论相互结合,可以更全面地揭示物质的结构和性质,为物质的功能设计和制备提供理论基础和指导。
总结起来,结构化学物理化学是研究物质的分子结构和物理化学性质的学科。
结构化学基础第五版第七章课后答案1、不属于木脂素类化合物的物理性质的是()[单选题] *A一般没有挥发性B有光学活性C易溶于有机溶剂D有色晶体(正确答案)2、容易发霉变质的是()[单选题] *A中药水提取液(正确答案)B中药乙醇提取液C二者均是D二者均非3、颜色随pH值不同而变化的是()[单选题] *A黄酮B花青素(正确答案)C二氢黄酮D查耳酮4、萜类化合物在化学结构上的明显区别是()[单选题] * A氮原子数不同B碳原子数不同(正确答案)C碳环数不同D硫原子数不同5、分馏法分离挥发油的主要依据是()[单选题] *A密度的差异B沸点的差异(正确答案)C溶解性的差异D旋光性的差异6、在简单萃取法中,一般萃取几次即可()[单选题] * A3~4次(正确答案)B1~2次C4~5次D3~7次7、下列含有蒽醌类成分的中药是()*A丹参B决明子(正确答案)C芦荟(正确答案)D紫草8、游离生物碱和生物碱盐都易溶解的溶剂是()[单选题] *A三氯甲烷B正丁醇C乙醇(正确答案)D水9、所有游离香豆素均可溶于热的氢氧化钠水溶液,是由于其结构中存在()[单选题]* A酮基B亚甲二氧基C内酯环(正确答案)D酚羟基对10、黄酮母核具有的下列何种结构特点在碱液中不稳定()[单选题] *A邻二酚羟基(正确答案)B3-羟基C5-羟基D7-羟基11、以下哪种分离方法是利用分子筛的原理的()[单选题] *A吸附色谱法B萃取法C沉淀法D透析法(正确答案)12、溶剂极性由小到大的是()[单选题] *A石油醚、乙醚、乙酸乙酯(正确答案)B石油醚、丙酮、乙酸乙酯C石油醚、乙酸乙酯、三氯甲烷D三氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚13、下列基团在极性吸附色谱中的被吸附作用最强的是()[单选题] *A羧基(正确答案)B羟基C氨基D醛基14、能提取出中药中的大部分亲水性成分和绝大部分亲脂性成分的溶剂是()[单选题]*A乙醚B乙醇(正确答案)C水D苯15、四氢硼钠反应变红的是()[单选题] *A山柰酚B橙皮素(正确答案)C大豆素D红花苷16、萃取时易发生乳化现象的是()[单选题] * A简单萃取法(正确答案)B逆流连续萃取法C二者均是D二者均不是17、组成木脂素的单体基本结构是()[单选题] * AC5-C3BC5-C2CC6-C3(正确答案)DC6-C418、在溶剂提取法中,更换新鲜溶剂可以创造新的(),从而使有效成分能够继续被提取出来。
结构化学复习题一、选择填空题第一章量子力学基础知识1.实物微粒和光一样,既有性,又有性,这种性质称为性。
2.光的微粒性由实验证实,电子波动性由实验证实。
3.电子具有波动性,其波长与下列哪种电磁波同数量级?(A)X射线(B)紫外线(C)可见光(D)红外线4.电子自旋的假设是被下列何人的实验证明的?(A)Zeeman (B)Gouy (C)Stark (D)Stern-Gerlach5.如果f和g是算符,则 (f+g)(f-g)等于下列的哪一个?(A)f2-g2; (B)f2-g2-fg+gf; (C)f2+g2; (D)(f-g)(f+g)6.在能量的本征态下,下列哪种说法是正确的?(A)只有能量有确定值;(B)所有力学量都有确定值;(C)动量一定有确定值;(D)几个力学量可同时有确定值;7.试将指数函数e±ix表示成三角函数的形式------8.微观粒子的任何一个状态都可以用来描述;表示粒子出现的概率密度。
9.Planck常数h的值为下列的哪一个?(A)1.38×10-30J/s (B)1.38×10-16J/s (C)6.02×10-27J·s (D)6.62×10-34J·s 10.一维势箱中粒子的零点能是答案: 1.略. 2.略. 3.A 4.D 5.B 6.D 7.略 8.略 9.D 10.略第二章原子的结构性质1.用来表示核外某电子的运动状态的下列各组量子数(n, 1, m, m s)中,哪一组是合理的?(A)2,1,-1,-1/2;(B)0,0,0,1/2;(C)3,1,2,1/2;(D)2,1,0,0。
2.若氢原子中的电子处于主量子数n=100的能级上,其能量是下列的哪一个:(A)13.6Ev; (B)13.6/10000eV; (C)-13.6/100eV; (D)-13.6/10000eV;3.氢原子的p x状态,其磁量子数为下列的哪一个?(A)m=+1; (B)m=-1; (C)|m|=1; (D)m=0;4.若将N原子的基电子组态写成1s22s22p x22p y1违背了下列哪一条?(A)Pauli原理;(B)Hund规则;(C)对称性一致的原则;(D)Bohr理论5.B原子的基态为1s22s2p1,其光谱项为下列的哪一个?(A) 2P;(B)1S; (C)2D; (D)3P;6.p2组态的光谱基项是下列的哪一个?(A)3F;(B)1D ;(C)3P;(D)1S;7.p电子的角动量大小为下列的哪一个?(A)h/2π;(B)31/2h/4π;(C)21/2h/2π;(D)2h/2π;8.采用原子单位,写出He原子的SchrÖdinger方程。
结构化学试题库及答案1. 请简述原子轨道的概念,并说明s、p、d轨道的形状。
答案:原子轨道是描述电子在原子核外的空间运动状态的数学函数。
s轨道呈球形,p轨道呈哑铃形,d轨道则有四个瓣状结构。
2. 什么是化学键?请列举三种常见的化学键类型。
答案:化学键是相邻原子之间强烈的相互作用,使得原子能够结合在一起形成分子或晶体。
常见的化学键类型包括离子键、共价键和金属键。
3. 描述分子轨道理论的基本原理。
答案:分子轨道理论是基于量子力学的化学键理论,认为分子中的电子不再属于单个原子,而是在整个分子范围内分布,形成分子轨道。
4. 什么是杂化轨道?请举例说明sp3杂化。
答案:杂化轨道是指原子轨道在形成化学键时,由于原子间的相互作用而重新组合成新的等价轨道。
sp3杂化是指一个s轨道和三个p轨道混合形成四个等价的sp3杂化轨道,常见于四面体构型的分子中。
5. 请解释价层电子对互斥理论(VSEPR)。
答案:价层电子对互斥理论是一种用来预测分子几何形状的理论,它基于中心原子周围的价层电子对(包括成键电子对和孤对电子)之间的排斥作用,从而推断出分子的空间几何结构。
6. 什么是超共轭效应?请给出一个例子。
答案:超共轭效应是指在有机分子中,非成键的σ电子与π电子之间的相互作用,这种效应可以增强分子的稳定性。
例如,在乙烷分子中,甲基上的σ电子可以与乙烯的π电子发生超共轭,从而稳定乙烯。
7. 描述共振结构的概念及其在化学中的重要性。
答案:共振结构是指分子中电子分布的两种或多种等效的描述方式,这些描述方式虽然不同,但都能合理地解释分子的性质。
共振结构在化学中的重要性在于它们提供了一种理解分子稳定性和反应活性的方法。
8. 什么是芳香性?请列举三个具有芳香性的化合物。
答案:芳香性是指某些环状有机化合物具有的特殊稳定性,这种稳定性来源于环上的π电子的离域化。
具有芳香性的化合物包括苯、吡啶和呋喃。
9. 请解释什么是分子的极性,并举例说明。
第七章 晶体的点阵结构和晶体的性质1. (东北师大98)简答(1)讨论晶体的周期性结构用什么理论,(2)在A 1,A 2,A 3型密堆积中,哪种空间利用率低。
解:(1) 用点阵理论(2) 空间利用率:A 1(74.05%), A 2(68.02%), A 3(74.05%) 2.东北师大98(1)用0.579Ǻ的X 衍射得某立方晶体衍射指标为111的衍射角为5.1度,计算该晶体的晶胞参数a.(2)钨属于立方体心结构, 每个晶胞可以摊到几个钨原子, 分数坐标为什么?若钨的晶胞的大小为a=3.165Ǻ, 求其原子半径。
解:(1) 2 d hkl sin θ = λ222222222222sin () () 44sin h k l a h k l aλλθθ=++=++a=5.641 Ǻ(2) 每个晶胞可以摊到2个钨原子,分数坐标为(0, 0, 0)(1/2, 1/2, 1/2) ,W 原子半径: 4 1.37r r === Ǻ 3. 东北师大99已知CsCl 晶体中正负离子半径分别为1.69 Ǻ 和1.81 Ǻ ,试确定该晶体的配位数和结构形式。
解:0.732 < r +/r -=0.9337 <1.0, 配位数为8,配位多面体为立方体,体心为Cs+, 顶点为Cl 。
晶体的结构形式为简单立方。
4.东北师大2000某金属单晶为立方P 晶格, 在戴维逊-革末实验中测得该晶体(100)晶面上的一级反射型衍射的布拉格角为30。
,若已知晶格常数a=250pm ,求金属半径和加速电子电压。
解:立方P, r=a/2=125 pm, d hkld 100=250/1=250 pm,2d h*k*l* sin θ=n λ 2d hkl sin θ=λ 2×250×sin30。
=λ λ=250 pm2k =E 2p ev p m==h p λ== 5.(清华)S 8分子可形成单斜S 和正交S, 用X 射线衍射法(CuK 2线)测得某正交晶体的参数a=1048pm,b=1292pm,c=2455pm, λ=1.542 Ǻ, 已知密度为2.07g/cm 3,原子质量S=32, 求(a)每个晶胞中S 8的分子数目,(b)计算224衍射的Bragg 角θ。
结构化学习题习题类型包括:选择答案、填空、概念辨析、查错改正、填表、计算、利用结构化学原理分析问题;内容涵盖整个课程,即量子力学基础、原子结构、分子结构与化学键、晶体结构与点阵、X射线衍射、金属晶体与离子晶体结构、结构分析原理、结构数据采掘与QSAR等;难度包括容易、中等、较难、难4级;能力层次分为了解、理解、综合应用。
传统形式的习题,通常要求学生在课本所学知识范围内即可完成,而且答案是唯一的,即可以给出所谓“标准答案”。
根据21世纪化学演变的要求,我们希望再给学生一些新型的题目,体现开放性、自主性、答案的多样性,即:习题不仅与课本内容有关,而且还需要查阅少量文献才能完成;完成习题更多地需要学生主动思考,而不是完全跟随教师的思路;习题并不一定有唯一的“标准答案”,而可能具有多样性,每一种答案都可能是“参考答案”。
学生接触这类习题,有助于培养学习的主动性,同时认识到实际问题是复杂的,解决问题可能有多钟途径。
但是,这种题目在基础课中不宜多,只要有代表性即可。
以下各章的名称与《结构化学》多媒体版相同,但习题内容并不完全相同。
第一章量子力学基础1.1 选择题(1) 若用电子束与中子束分别作衍射实验,得到大小相同的环纹,则说明二者(A) 动量相同(B) 动能相同(C) 质量相同(2) 为了写出一个经典力学量对应的量子力学算符,若坐标算符取作坐标本身,动量算符应是(以一维运动为例)(A) mv (B) (C)(3) 若∫|ψ|2dτ=K,利用下列哪个常数乘ψ可以使之归一化:(A) K(B) K2 (C) 1/(4) 丁二烯等共轭分子中π电子的离域化可降低体系的能量,这与简单的一维势阱模型是一致的,因为一维势阱中粒子的能量(A) 反比于势阱长度平方(B) 正比于势阱长度(C) 正比于量子数(5) 对于厄米算符, 下面哪种说法是对的(A) 厄米算符中必然不包含虚数(B) 厄米算符的本征值必定是实数(C) 厄米算符的本征函数中必然不包含虚数(6) 对于算符Ĝ的非本征态Ψ(A) 不可能测量其本征值g.(B) 不可能测量其平均值<g>.(C) 本征值与平均值均可测量,且二者相等(7) 将几个非简并的本征函数进行线形组合,结果(A) 再不是原算符的本征函数(B) 仍是原算符的本征函数,且本征值不变(C) 仍是原算符的本征函数,但本征值改变1.2 辨析下列概念,注意它们是否有相互联系, 尤其要注意它们之间的区别:(1) 算符的线性与厄米性(2) 本征态与非本征态(3) 本征函数与本征值(4) 本征值与平均值(5) 几率密度与几率(6) 波函数的正交性与归一性(7) 简并态与非简并态1.3 原子光谱和分子光谱的谱线总是存在一定的线宽,而且不可能通过仪器技术的改进来使之无限地变窄. 这种现象是什么原因造成的?1.4 几率波的波长与动量成反比. 如何理解这一点?1.5 细菌的大小为微米量级, 而病毒的大小为纳米量级. 试通过计算粗略估计: 为了观察到病毒, 电子显微镜至少需要多高的加速电压.1.6 将一维无限深势阱中粒子的波函数任取几个, 验证它们都是相互正交的.1.7 厄米算符的非简并本征函数相互正交. 简并本征函数虽不一定正交, 但可用数学处理使之正交. 例如,若ψ1与ψ2不正交,可以造出与ψ1正交的新函数ψ’2ψ’2=ψ2+cψ1试推导c的表达式(这种方法称为Schmidt正交化方法).1.8 对于一维无限深势阱中粒子的基态, 计算坐标平均值和动量平均值, 并解释它们的物理意义.1.9 一维无限深势阱中粒子波函数的节点数目随量子数增加而增加. 试解释: 为什么节点越多, 能量越高. 再想一想: 阱中只有一个粒子, 它是如何不穿越节点而出现在每个节点两侧的?1.10 下列哪些函数是d2/dx2的本征函数: (1) e x (2) e2x(3) 5sin x(4) sin x+cos x(5)x3. 求出本征函数的本征值.1.11 对于三维无限深正方形势阱中粒子, 若三个量子数平方和等于9, 简并度是多少?1.12 利用结构化学原理,分析并回答下列问题:纳米粒子属于介观粒子,有些性质与宏观和微观粒子都有所不同. 不过,借用无限深势阱中粒子模型,对纳米材料中的“量子尺寸效应”还是可以作一些定性解释.例如: 为什么半导体中的窄能隙(<3eV)在纳米颗粒中会变宽, 甚至连纳米Ag也会成为绝缘体?第二章原子结构2.1 选择题(1) 对s、p、d、f 原子轨道进行反演操作,可以看出它们的对称性分别是(A) u, g, u, g (B) g, u, g, u (C) g, g, g, g(2) H原子的电离能为13.6 eV, He+的电离能为(A) 13.6 eV (B) 54.4 eV (C) 27.2 eV(3) 原子的轨道角动量绝对值为(A) l(l+1)2(B) (C) l(4) p2组态的原子光谱项为(A) 1D、3P、1S(B) 3D、1P、3S(C) 3D、3P、1D(5) Hund规则适用于下列哪种情况(A) 求出激发组态下的能量最低谱项(B) 求出基组态下的基谱项(C) 在基组态下为谱项的能量排序(6) 配位化合物中d→d跃迁一般都很弱,因为这种跃迁属于:(A) g←/→g(B) g←→u(C) u←/→u(7) Cl原子基态的光谱项为2P,其能量最低的光谱支项为(A) 2P3/2(B) 2P1/2(C) 2P02.2 辨析下列概念,注意它们的相互联系和区别:(1) 复波函数与实波函数(2) 轨道与电子云(3) 轨道的位相与电荷的正负(4) 径向密度函数与径向分布函数(5)原子轨道的角度分布图与界面图(6)空间波函数、自旋波函数与自旋-轨道(7)自旋-轨道与Slater行列式(8)组态与状态2.3 请找出下列叙述中可能包含着的错误,并加以改正:原子轨道(AO)是原子中的单电子波函数,它描述了电子运动的确切轨迹. 原子轨道的正、负号分别代表正、负电荷. 原子轨道的绝对值平方就是化学中广为使用的“电子云”概念,即几率密度. 若将原子轨道乘以任意常数C,电子在每一点出现的可能性就增大到原来的C2倍.2.4(1) 计算节面对应的θ;(2) 计算极大值对应的θ;(3) 在yz平面上画出波函数角度分布图的剖面, 绕z轴旋转一周即成波函数角度分布图. 对照下列所示的轨道界面图,从物理意义和图形特征来说明二者的相似与相异.2.5 氢原子基态的波函数为试计算1/r的平均值,进而计算势能平均值<V>, 验证下列关系:<V> = 2E= -2<T>此即量子力学维里定理,适用于库仑作用下达到平衡的粒子体系(氢原子基态只有一个1s电子,其能量等于体系的能量) 的定态, 对单电子原子和多电子原子具有相同的形式.2.6 R. Mulliken用原子中电子的电离能与电子亲合能的平均值来定义元素电负性. 试从原子中电子最高占有轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)的角度想一想,这种定义有什么道理?2.7 原子中电子的电离能与电子亲合能之差值的一半, 可以作为元素化学硬度的一种量度(硬度较大的原子,其极化率较低).根据这种定义,化学硬度较大的原子,其HOMO与LUMO之间的能隙应当较大还是较小?2.8 将2p+1与2p-1线性组合得到的2p x与2p y, 是否还有确定的能量和轨道角动量z分量?为什么?2.9 原子的轨道角动量为什么永远不会与外磁场方向z重合, 而是形成一定大小的夹角? 计算f轨道与z轴的所有可能的夹角.为什么每种夹角对应于一个锥面, 而不是一个确定的方向?2.10 快速求出P原子的基谱项.2.11 Ni2+的电子组态为d8, 试用M L表方法写出它的所有谱项, 并确定基谱项. 原子光谱表明, 除基谱项外, 其余谱项的能级顺序是1D<3P<1G<1S, 你是否能用Hund规则预料到这个结果?2.12 d n组态产生的谱项, 其宇称与电子数n无关, 而p n组态产生的谱项, 其宇称与电子数n有关. 为什么?2.13 试写出闭壳层原子Be的Slater行列式.2.14 Pauli原理适用于玻色子和费米子, 为什么说Pauli不相容原理只适用于费米子?第三章双原子分子结构与化学键理论3.1 选择题(1) 用线性变分法求出的分子基态能量比起基态真实能量,只可能(A) 更高或相等(B) 更低(C) 相等(2) N2、O2、F2的键长递增是因为(A) 核外电子数依次减少(B) 键级依次增大(C) 净成键电子数依次减少(3) 下列哪一条属于所谓的“成键三原则”之一:(A) 原子半径相似(B) 对称性匹配(C) 电负性相似(4) 下列哪种说法是正确的(A) 原子轨道只能以同号重叠组成分子轨道(B) 原子轨道以异号重叠组成非键分子轨道(C) 原子轨道可以按同号重叠或异号重叠,分别组成成键或反键轨道(5) 氧的O2+ , O2 , O2- , O22-对应于下列哪种键级顺序(A) 2.5,2.0, 1.5, 1.0(B) 1.0, 1.5,2.0, 2.5(C) 2.5,1.5, 1.0 2.0(6) 下列哪些分子或分子离子具有顺磁性(A) O2、NO (B) N2、F2(C) O22+、NO+(7) B2和C2中的共价键分别是(A)π1+π1,π+π(B)π+π,π1+π1 (C)σ+π,σ3.2 MO与VB理论在解释共价键的饱和性和方向性上都取得了很大的成功, 但两种理论各有特色. 试指出它们各自的要点(若将两种理论各自作一些改进, 其结果会彼此接近).3.3 考察共价键的形成时, 为什么先考虑原子轨道形成分子轨道, 再填充电子形成分子轨道上的电子云, 而不直接用原子轨道上的电子云叠加来形成分子轨道上的电子云?3.4 “成键轨道的对称性总是g, 反键轨道的对称性总是u”. 这种说法对不对? 为什么?3.5 一般地说, π键要比σ键弱一些. 但在任何情况下都是如此吗? 请举实例来说明.3.6 N2作为配位体形成配合物时, 通常以2σg电子对去进行端基配位(即N ≡ N→), 而不以1πu电子对去进行侧基配位。
结构化学练习(4-7章)第四章练习(1)I3和I6不是独立的对称元素,因为I3= ,I6= 。
(2)下列等式成立的是A S3=C3+B S3=C6+σhC S3=C3+iD S3=C6+i(3)如果图形中有对称元素S6,那么该图形中必然包含A C6, σhB C3,C C3,iD C6,i(4)下列说法错误的是A 分子中有S n轴,则此分子必然同时存在C n轴和σh。
B 反映面σd一定也是反映面。
C I4是个独立的对称元素。
D 分子既有C n轴又有垂直于C n轴的σh,此分子必有Sn轴。
(5)对称元素C2与σh组合得到,C n轴与垂直于它的C2轴组合可得到。
(6)写出如下点群所具有的全部对称元素及其对称操作:(1)C2h (2)D3 (3)C3i(7)已知配合物MA2B4的中心原子M是d2sp3杂化,该分子中有多少种构造异构体,这些异构体各属于什么点群。
(8)下列说法正确的是A 凡是八面体配合物一定属于Oh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Td点群D 在分子点群中,对称性最低的是C1,对称性最高的是Oh(9)下列分子具有偶极矩,而不属于C nv群的是A H2O2B NH3C CH2Cl2D H2C=CH2(10)下列各组分子中有极性,但无旋光性的是(1)N3- (2)I3- (3)O3A (1),(2)B (2),(3)C (1),(2),(3)D (3)(11)下列具有相同阶的分子是(1)B2H6 (2)BrCl5 (3)SiF4A (1),(2)B (2),(3) B (1),(3) D 都不同(12)下列分子的点群不是16个群元素的是A CCl4B XeO4C S8D Ni(CN)4(13)(1)SO42- (2)PO43- (3)ClO4-三者中不是T d点群的是A (1)B (2)C (3)D 都是T d点群(14)下列空格中打上“+”或“-”分别表示对与错。
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Schrödinger 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。
07晶体的点阵结构和晶体的性质【】若平面周期性结构系按下列单位并置重复堆砌而成,请画出它们的点阵素单位,并写出每个素单位中白圈和黑圈的数目。
解:用实线画出素单位示于图(a)。
各素单位黑点数和圈数列于下表:图(a)号数1234567黑点数目1111024圈数目1112313-键长为142,试根据它的结构画出层型石墨分子的原子分布图,【】层状石墨分子中C C画出二维六方素晶胞,用对称元素的图示记号标明晶胞中存在的全部六重轴,并计算每一个-键数。
晶胞的面积、晶胞中包含的原子数和C C解:石墨层型分子结构示于图(a),晶胞示于图(b),在晶胞中六重轴位置示于图(c),图中数字单位为pm。
图石墨层型分子的结构由图(a)可见,在层型石墨分子结构中,六元环中心具有六重轴对称性,而每个C原子则具有六重反轴对称性。
晶胞边长a和b可按下式计算:2142cos30246a b pm pm==⨯⨯=o晶胞面积可按下式计算;42sin60246246sin60 5.2410a b pm pm pm⨯⨯=⨯⨯=⨯o o晶胞中有2个C原子,3个C-CN键。
【】画出层状石墨分子的点阵素单位及石墨晶体的空间点阵素单位(参照图8.1.4),分别说明它们的结构基元。
解:按上题可得层型石墨分子的晶胞结构,示于图(a),它的点阵素单位示于图(b),结构基元中含2个C原子。
石墨晶体的晶胞示于图(c),点阵单位示于图(d)。
结构基元中含4个C原子。
图石墨的结构【】有一型晶体,晶胞中和的坐标分别为()0,0,0和()1/2,1/2,1/2。
指明该晶体的结构基元。
解:不论该晶体属于哪一个晶系,均为简单的空间点阵,结构基元为AB。
【】下表给出由射线衍射法测得一些链型高分子的周期。
请根据原子的立体化学,画出这些聚合物的一维结构;找出他们的结构基元;画出相应的直线点阵;比较这些聚合物链周期大小,并解释原因。
高分子 化学式链周期 聚乙烯()22n -CH -CH -252聚乙烯醇 ( )-CH 2-CH- | OHn252聚氯乙烯(-CH 2-Ch-)n | Cl510聚偏二氯乙烯Cl |(-CH 2-C-)n|Cl470解:依次画出这些高分子的结构于下:在聚乙烯,聚乙烯醇和聚氯乙烯分子中,C 原子以杂化轨道成键,呈四面体构型, C -C 键长154pm ,C C C ∠--为109.5o,全部C 原子都处在同一平面上,呈伸展的构象。
07晶体的点阵结构和晶体的性质【7.1】若平面周期性结构系按下列单位并置重复堆砌而成,请画出它们的点阵素单位,并写出每个素单位中白圈和黑圈的数目。
解:用实线画出素单位示于图8.1(a)。
各素单位黑点数和圈数列于下表:图8.1(a)号数 1 2 3 4 5 6 7黑点数目 1 1 1 1 0 2 4圈数目 1 1 1 2 3 1 3-键长为142pm,试根据它的结构画出层型石墨分子的原子分【7.2】层状石墨分子中C C布图,画出二维六方素晶胞,用对称元素的图示记号标明晶胞中存在的全部六重轴,并计算-键数。
每一个晶胞的面积、晶胞中包含的C原子数和C C解:石墨层型分子结构示于图8.2(a),晶胞示于图8.2(b),在晶胞中六重轴位置示于图8.2(c),图中数字单位为pm。
图8.2 石墨层型分子的结构由图(a)可见,在层型石墨分子结构中,六元环中心具有六重轴对称性,而每个C原子则具有六重反轴对称性。
晶胞边长a和b可按下式计算:2142cos30246a b pm pm==⨯⨯=o晶胞面积可按下式计算;42sin60246246sin60 5.2410a b pm pm pm⨯⨯=⨯⨯=⨯o o晶胞中有2个C原子,3个C-CN键。
【7.3】画出层状石墨分子的点阵素单位及石墨晶体的空间点阵素单位(参照图8.1.4),分别说明它们的结构基元。
解:按上题可得层型石墨分子的晶胞结构,示于图8.3(a),它的点阵素单位示于图8.3(b),结构基元中含2个C原子。
石墨晶体的晶胞示于图8.3(c),点阵单位示于图8.3(d)。
结构基元中含4个C原子。
图8.3 石墨的结构【7.4】有一AB型晶体,晶胞中A和B的坐标分别为()0,0,0和()1/2,1/2,1/2。
指明该晶体的结构基元。
解:不论该晶体属于哪一个晶系,均为简单的空间点阵,结构基元为AB。
【7.5】下表给出由X射线衍射法测得一些链型高分子的周期。
请根据C原子的立体化学,画出这些聚合物的一维结构;找出他们的结构基元;画出相应的直线点阵;比较这些聚合物链周期大小,并解释原因。
高分子 化学式链周期/pm聚乙烯()22n -CH -CH -252聚乙烯醇 ( )-CH 2-CH- | OHn252聚氯乙烯(-CH 2-Ch-)n | Cl510聚偏二氯乙烯Cl |(-CH 2-C-)n|Cl470解:依次画出这些高分子的结构于下:在聚乙烯,聚乙烯醇和聚氯乙烯分子中,C 原子以3sp 杂化轨道成键,呈四面体构型,C -C 键长154pm ,C C C ∠--为109.5o,全部C 原子都处在同一平面上,呈伸展的构象。
重复周期长度前两个为252pm ,这数值正好等于:109.52154sin 2522pm pm⎛⎫⨯⨯= ⎪⎝⎭o聚氯乙烯因Cl 原子的范德华半径为184pm ,需要交错排列,因而它的周期接近252pm 的2倍。
聚偏二氯乙烯因为同一个C 原子上连接了2个Cl 原子,必须改变-C -C -C -键的伸展构象,利用单键可旋转的性质,改变扭角,分子中的C 原子不在一个平面上,如图所示。
这时因碳链扭曲而使周期长度缩短至470pm 。
高分子立体结构结构基元聚乙烯()22CH聚乙烯醇2CH CHOH聚氯乙烯()22CH CHCl聚偏二氯乙烯()222CH CCl【7.6】有一组点,周期地分布于空间,其平行六面体单位如右下图所示,问这一组点是否构成一点阵?是够构成一点阵结构?请画出能够概括这一组点的周期性的点阵及其素单位。
AAAAAABBCC解:不能将这一组点中的每一个点都作为点阵点,因为它不符合点阵的要求,所以这一组点不能构成一点阵。
但这组点是按平行六面体单位周期地排布于空间,它构成一点阵结构。
能概括这组点的点阵素单位如图8.6(b)。
图8.6【7.7】列表比较晶体结构和分子结构的对称元素和对称操作。
晶体结构比分子结构增加了哪几类对称元素和对称操作?晶体结构的对称元素和对称操作受到哪些限制?原因是什么?分子对称性晶体对称性(1)旋转操作——旋转轴 (2)反映操作——镜面 (3)反演操作——对称中心(5)平行操作——点阵 (6)螺旋旋转操作——螺旋轴 (7)反映滑移操作——滑移面由表可见,晶体结构比分子结构增加了(5)—(7)3类对称元素和对称操作。
晶体结构因为是点阵结构,其对称元素和对称操作要受到点阵制约,对称轴轴次为1,2,3,4,6。
螺旋轴和滑移面中的滑移量只能为点阵结构所允许的几种数值。
【7.8】根据点阵的性质作图证明晶体中不可能存在的五重对称轴。
解:若有五重轴,由该轴联系的5个点阵点的分布如图8.8。
连接AB 矢量,将它平移到E ,矢量一端为点阵点E ,另一端没有点阵点,不合点阵的定义,所以晶体的点阵结构不可能存在五重对称轴。
图8.8【7.9】分别写出晶体中可能存在的独立的宏观对称元素和微观对称元素,并说明它们之间的关系。
解:宏观对称元素有; 1,2,3,4,6,,,4i m 。
微观对称元素有:()112123123451,2,2,3,3,3,4,4,4,4,6,6,6,6,6,6,,,,,,,,4,i m a b c n d 点阵。
微观对称元素比宏观对称元素多相应轴次的螺旋轴和相同方向的滑移面,而且通过平移操作其数目是无限的。
【7.10】晶体的宏观对称操作集合可构成多少个晶体学点群?这些点群分属于多少个晶系?这些晶系共有多少种空间点阵型式?晶体的微观对称操作的集合可构成多少个空间群?这些空间群分属于多少个点群?解:32个晶体学点群,7个晶系,14种空间点阵型式,230个空间群,这些空间群分属于32个点群。
【7.11】从某晶体中找到3C 、23C 、h σ和3d σ等对称元素,则该晶体所属的晶系和点群各是什么?解:六方晶系,因为36h C σ+-。
点群是3h D 。
【7.12】六方晶体可按六方柱体(八面体)结合而成,但为什么六方晶胞不能划分六方柱体?解:晶胞一定是平行六面体,它的不相平行的3条边分别和3个单位平移矢量平行。
六方柱体不符合这个条件。
【7.13】按下图堆砌而成的结构为什么不是晶体中晶胞并列排列的结构?解:晶胞并置排列时,晶胞顶点为8个晶胞所共有。
对于二维结构,晶胞顶点应为4个晶胞共有,才能保证晶胞顶点上的点有着相同的周围环境。
今将团中不同位置标上A ,B 如图8.13b 所示,若每个矩形代表一个结构基元,由于A 点和B 点的周围环境不同(A 点上方没有连接线、B 点下方没有连接线),上图的矩形不是品胞。
晶胞可选连接A 点的虚线所成的单位,形成由晶胞并置排列的结构,如图8.13b 所示。
图8.13a 图8.13b【7.14】已知金刚石立方晶胞的晶胞参数356.7a pm =。
写出其中碳原子的分数坐标,并计算C C -键长和晶体密度。
解:金刚石中碳原子分数坐标为:1111111113313131330,0,0;,,0;,0,;0,,;,,;,,;,,;,,222222444444444444。
C -C 键长可由()0,0,0及111,,444⎛⎫ ⎪⎝⎭两个原子的距离求出;因为立方金刚石356.7a b c pm ===222111444C Cr a b c -⎛⎫⎛⎫⎛⎫=++ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭33356.744154.4a pm pm ==⨯= 密度/A D ZM N V =()()31231103812.0/6.0210/356.7103.51g mol mol cm g cm ----=⨯⨯⨯=g g【7.15】四方晶系的金红石晶体结构中,晶胞参数458a pm =,298c pm =;原子分数坐标为:()0,0,0;1/2,1/2,1/2Ti ,()0.31,0.31,0;0.69,0.69,0;0.81,0.19,1/2;0.19,0.81,1/2O 。
计算z 值相同的Ti O -键长。
解:z 值相同的Ti -O 键是Ti ()0,0,0和O ()0.31,0.31,0之间的键,其键长Ti O r -为:()()220.310.31Ti O r a a -=+0.4380.438458201a pmpm ==⨯=【7.16】许多由有机分子堆积成的晶体属于单斜晶系,其空间群记号为5212/h C P c -,说明该记号中各符号的意义。
利用图8.3.2中12/P c 空间群对称元素的分布。
推出晶胞中和原子(0.15,0.25,0.10)属同一等效点系的其他3个原子的坐标,并作图表示。
解:在空间群记号5212/h C P c -中,2h C 为点群Schonflies 记号,52h C 为该点群的第5号空间群,“—”记号是空间群的国际记号,P 为简单点阵,对单斜晶系平行b 轴有12螺旋轴,垂直b 轴有c 滑移面。
该空间群对称元素分布如下:b 轴从纸面向上1(0.15,0.25,0.10);3(0.15,0.25,0.60); 2(0.85,0.75,0.40);4(0.85,0.75,0.90)图8.16【7.17】写出在3个坐标轴上的截距分别为-2a ,-3b 和-3c 的点阵面的指标;写出指标为(321)的点阵面在3个坐标轴上的截距之比。
解:点阵面指标为三个轴上截数倒数的互质整数之比,即()111::3:2:2233⎛⎫= ⎪--⎝⎭,点阵面指标为()322或()322。
指标为()321的点阵面在三个轴上的截距之比为:2a :3b :6c 。
【7.18】标出下面点阵结构的晶体指标()100,()210,()120,()210,()230,()010。
每组面话出3条相邻的直线表示。
解:图8.18【7.19】金属镍的立方晶胞参数352.4a pm =,试求200d ,111d ,220d 。
解:立方晶系的衍射指标hkl 和衍射面间距hkl d 的关系为: ()12222hkl d a h k l-=++故:()12220012176.22d a a pm -===()122221111113203.5d a a pm-=++==()122222022/8124.6d a a pm-=+==【7.20】在直径为57.3mm 的相机中,用Cu K α射线拍金属铜的粉末图。
从图上量得8对粉末线的2L 值为:44.0,51.4,75.4,90.4,95.6,117.4,137.0,145.6mm 。
试计算下表序号 2/L mm()0/θ2sin θ 222h k l ++hkl22/4a λ解:由L 求θ可按下式:()()()180218024457.3/2L mm L R mm θππ⨯⨯⨯==⨯度()L =度由2sin θ求222h k l ++可用第1条线的2sin θ值去除各线的2sin θ值,然后乘一个合适的整数使之都接近整数值。