安徽高中化学竞赛结构化学第四章分子的对称性习题-教学文档
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一、填空题
1.群的表示可分为可约表示和不可约表示。
2.判断分子有无旋光性的标准是是否具有反轴。
3. 分子有无偶极矩与分子对称性有密切关系,只有属于C n和C nv这两类点群的分子才具有偶极矩,而其它点群的分子偶极矩为0。
二、选择题
1. CO2分子没有偶极矩,表明该分子是【D 】
A. 以共价键结合的
B. 以离子键结合的
C. V形的
D. 线形的,并且有对称中心
2. 根据分子的对称性,可知CCl4分子的偶极矩等于【A 】
A. 0
B. 1.03
C. 1.85
D. 1.67
3. 组成点群的群元素是什么【A 】
A. 对称操作
B. 对称元素
C. 对称中心
D. 对称面
4. CH4属于下列哪类分子点群【A 】
A. T d
B. D h
C. C3v
D. C s
5. H2O属于下列哪类分子点群【 A 】
A. C2v
B. C3v
C. C2h
D. O h
三、回答问题
1. 找出H2O分子和NH3分子的对称元素和对称操作及其所属点群,并建立其对称操作的乘积表。
课本第125页:表4.2.1和表4.2.2
课本第142页:表4.6.3。
第四章分子对称性习题1、NF3分子属于_____________点群。
该分子是极性分子,其偶极矩向量位于__________上。
2、画出正八面体配位的Co(en)33+的结构示意图,指明其点群。
3、写出下列分子所属的点群:CHCl3,B2H6,SF6,NF3,SO32-4、下列说法正确的是:---------------------------- ( )(A) 凡是八面体络合物一定属于O h点群(B) 凡是四面体构型的分子一定属于T d点群(C) 异核双原子分子一定没有对称中心(D) 在分子点群中对称性最低的是C1群,对称性最高的是O h群5、判别分子有无旋光性的标准是__________。
6、偶极矩μ=0,而可能有旋光性的分子所属的点群为____________;偶极矩μ≠0,而一定没有旋光性的分子所属的点群为___________。
7、下列各组分子中,哪些有极性但无旋光性?----------------------------------- ( )(1)I3-(2)O3(3)N3-分子组:(A) 1,2 (B) 1,3 (C) 2,3 (D) 1,2,3 (E) 28、在下列空格中打上"+"或"-"以表示正确与错误。
分子所属点群C i C n vD n T d D n d分子必有偶极矩分子必无旋光性9、HCl的偶极矩是3.57×10-30C·m,键长是1.30Å。
如果把这个分子看作是由相距为1.30 Å 的电荷+q与-q组成的,求q并计算q/e。
(e=1.602×10-19C)10、分子有什么对称元素?属于何种点群?写出该群的乘法表。
11、CO2分子没有偶极矩,表明该分子是:-------------------------------------( )(A) 以共价键结合的(B) 以离子键结合的(C) V形的(D) 线形的,并且有对称中心(E) 非线形的11、一个具有一个三重轴、三个二重轴、三个对称面和一个对称中心的分子属于_______________________点群。
结构化学习题答案第4章------------------------------------------作者------------------------------------------日期组长:070601314组员:070601313070601315070601344070601345070601352第四章双原子分子结构与性质1.简述LCAO-MO 的三个基本原则,其依据是什么?由此可推出共价键应具有什么样的特征?答:1.(1)对称性一致(匹配)原则:φa =φs而φb=φpz时,φs和φpz在σˆyz 的操作下对称性一致。
故σˆyz ⎰φs Hˆφpzdτ=βs, pz,所以,βs , pz≠ 0 ,可以组合成分子轨道(2)最大重叠原则:在αa和αb 确定的条件下,要求β值越大越好,即要求S ab 应尽可能的大(3)能量相近原则:当αa =αb时,可得h =β,c1a= c1b, c1a=- c1b,能有效组合成分子轨道;2.共价键具有方向性。
2、以H2+为例,讨论共价键的本质。
答:下图给出了原子轨道等值线图。
在二核之间有较大几率振幅,没有节面,而在核间值则较小且存在节面。
从该图还可以看出,分子轨道不是原子轨道电子云的简单的加和,而是发生了波的叠加和强烈的干涉作用。
图4.1 H + 的ψ1(a)和ψ2(b)的等值线图研究表明,采用LCAO-MO 法处理H2+是成功的,反映了原子间形成共价键的本质。
但由计算的得到的Re=132pm,De=170.8kJ/mol,与实验测定值Re=106pm、De=269.0 kJ/mol 还有较大差别,要求精确解,还需改进。
所以上处理方法被称为简单分子轨道法。
当更精确的进行线性变分法处理,得到的最佳结果为Re=105.8pm、De=268.8 kJ/mol,十分接近H2+的实际状态。
成键后电子云向核和核间集中,被形象的称为电子桥。
通过以上讨论,我们看到,当二个原子相互接近时,由于原子轨道间的叠加,产生强烈的干涉作用,使核间电子密度增大。
安徽高中化学竞赛结构化学第四章分子的对称性习题-教学文档1. 下列哪种对称操作是真操作(B)A.反映 B.旋转 C.反演2. 下列哪种分子与立方烷具有完全相同的对称性:(C)A.C60 B.金刚烷 C.SF63. 设想从乙烷分子的重叠构象出发,经过非重叠非交叉构象,最后变为交叉构象. 点群的变化是:(B)A. D3→D3h→D3dB. D3h→D3→D3dC. C3h→C3→C3V4. S在室温下稳定存在的形式为正交硫, 其中的分子是S8环, 分子点群为(B)A.C4vB. D4dC. D8h5. 对s、p、d、f 原子轨道分别进行反演操作,可以看出它们的对称性分别是(B)A.u, g, u, g B. g, u, g, u C. g, g, g, g 6. CH4分子中具有映轴S4 (B )A.但旋转轴C4和与之垂直的镜面都不独立存在B.旋转轴C4和与之垂直的镜面也都独立存在C.旋转轴C4也存在,而与之垂直的镜面不存在7. 对映异构体的旋光大小相等、方向相反(B )A. 其中偏振面顺、逆时针旋转者分别称为右旋体和左旋体,记作(+)和(-)B. 其中偏振面顺、逆时针旋转者分别称为左旋体和右旋体,记作(-)和(+)C. 对映异构体的等量混合物称为内消旋体,用(±)标记.8. CH4分子中具有映轴S4 ( A)A.但旋转轴C4和与之垂直的镜面都不独立存在B.旋转轴C4和与之垂直的镜面也都独立存在C.旋转轴C4也存在,而与之垂直的镜面不存在9. 对映异构体的旋光大小相等、方向相反( A )A. 其中偏振面顺、逆时针旋转者分别称为右旋体和左旋体,记作(+)和(-)B. 其中偏振面顺、逆时针旋转者分别称为左旋体和右旋体,记作(-)和(+)C. 对映异构体的等量混合物称为内消旋体,用(±)标记.10. 丙二烯分子属于D 2d 点群. 由此推测 ( C ) A. 分子中只有σ键B. 分子中有一个大π键Π33C. 分子中有两个互相垂直的小π键11. 己三烯电环化反应, 在加热条件下保持什么对称性不变?( B )A .C 2B.mC. m 和C 212. 旋光性分子的对映异构体可用R 与S 区分, 分别取自拉丁词右和左的首字母;旋光方向用(+)与(-)区分, 分别代表右旋和左旋( C) A .R 型分子的旋光方向必定是(+),S 型分子必定是(-)B .R 型分子的旋光方向必定是(-),S 型分子必定是(+)C .一般地说,由R 、S 构型不能断定分子的旋光方向 13. 一个分子的分子点群是指:( A ) A .全部对称操作的集合 B .全部对称元素的集合 C .全部实对称操作的集合14. 对于CO 2和H 2O ,下列哪种说法是正确的:( A )A. CO 2振动的红外与拉曼活性是互斥的,而H 2O 则否B. SO 2振动的红外与拉曼活性是互斥的,而H 2O 则否C. 它们都属于C 2v 点群15. 群中的某些元素若可以通过相似变换联系起来,它们就共同组成( A ) A.一个类 B. 一个子群 C.一个不可约表示 16. 对一个可约表示进行约化得到几个不可约表示。
则二者的关系是(A) A.直和B.直积C.无关 17. 丙二烯属于D 2d 点群,表明它有( B )(A) 两个小π键 (B) 一个34∏ (C) 两个33∏ 二简答题1. CO 和CO 2都是直线型分子,试写出这两个分子各自的对称元素。
答案1. CO: C ∞, ∞个σv ;CO 2: C ∞, ∞个C 2, ∞个σv , σh . 2. 分别写出顺式和反式丁二稀分子的对称元素。
2. 顺丁二烯: C2, σv, σv/;反丁二烯: C2, σh, I3.指出下列几何构型所含的对称元素,并确定其所属对称点群:(1)菱形(2) 蝶形(3)三棱柱(4) 四角锥(5) 圆柱体(6) 五棱台3. (1)菱形: C2, C2', C2”, σh " D2h;(2) 蝶形: C2, σv, σv' "C2v(3) 三棱柱: C3,3C2,3σv, σh" D3h;(4) 四方锥: C4, 4σv" C4v(5) 圆柱体: C∞, ∞个C2, ∞个σv, σh. "D∞h(6) 五棱台: C5,5σv" C5v4.H2O属C2v点群,有4个对称元素:E、C2、、,试写出C2v点群的乘法表。
45 . BF3为平面三角形分子,属D3h点群,请写出其12个对称元素,并将其分为6类。
5. E,{C31, C32},{C2,C2',C2”},σh, {S31,S32}, {σv, σv',σv”}6.二氯乙烯属C2h点群,有4个对称元素:E、C2、、i,试造出C2h点群的乘法表。
6.7.判断下列分子所属的点群:苯、对二氯苯、间二氯苯、氯苯、萘。
7. 苯D6h; 对二氯苯D2h ; 间二氯苯C2v; 氯苯C2v;萘D2h8.指出下列分子中的对称元素及其所属点群:SO2(V型)、P4(四面体)、PCl5(三角双锥)、S6(船型)、S8(冠状)、Cl2。
8. SO2 C2v, P4 T d, PCl5 D3h, S6(椅式) D3d,S8 D4d, Cl2 D∞h9.指出下列有机分子所属的对称点群:①②③④⑤9. ①D2h②C2v ③D3h④C2v⑤D2hC2vE E C2σvσv' C2C2 E σv' σv σvσvσv' E C2σv' σv' σv C2 EC2hE E C2σh i C2C2 E i σh σhσh i E C2 i i σh C2 E10 . CoCl63+是八面体构型的分子,假设两个配位为F原子取代,形成CoCl4F2分子,可能属于什么对称点群?10. CoCl4F23+分子有2种异构体, 对二氟异构体为D4h, 邻二氟异构体为C2v11.环丁烷具有D4h对称,当被X或Y取代后的环丁烷属什么对称点群?①②③④⑤⑥⑦⑧11. ①C s②C2v③C s④C4v⑤D2h⑥C2v⑦C i⑧C2h12 找出下列分子对称性最高的点群及其可能的子群:①C60②二茂铁(交错型)③甲烷12. (1) C60 I h子群: D5d, D5, C5v, C5, D3h, D3, C3v, C3等.(2) 二茂铁D5d,子群D5, C5v等.(3)甲烷T d, 子群C3v, C3, D2d, D2等.13.根据偶极矩数据,推测分子立体构型及其点群:①C3O2(μ=0) ②H-O-O-H (μ=6.9×10-30C·m)③H2N-NH2(μ=6.14×10-30C·m) ④F2O (μ=0.9×10-30C·m)⑤N≡C-C≡N(μ=0)13. ①C3O2直线形D∞h②双氧水C2③NH2NH2鞍马型C2V④F2O V形C2v⑤NCCN 线形D∞h14.已知连接苯环上C-Cl键矩为5.17×10-30C·m,C-CH3键矩为-1.34×10-30C·m,试推算邻位、间位、对位C6H4ClCH3的偶极矩(实验值分别为4.15×10-30、5.49×10-30、6.34×10-30C·m)14. 8.7(邻), 5.0×10-30C﹒m (间), 0 (对)15.指出下列分子所属的点群,并判断其有无偶极矩、旋光性①②IF5③环己烷(船式和椅式)④SO42-(四面体)⑤(平面)⑥⑦XeOF4(四方锥)⑧15. ①~⑧均无旋光性; ①、③船式、⑦、⑧有偶极矩, 其余无。
16.已知C6H5Cl 和C6H5NO2偶极矩分别为1.55D 和3.95D, 试计算下列化合物的偶极矩: (1) 邻二氯苯(2) 间二硝基苯(3) 对硝基氯苯(4) 间硝基氯苯(5) 三硝基苯16. (1) 2.68D, (2) 3.95D, (3) 2.40D, (4) 3.45D, (5) 0 .17 已知立方烷C8H8为立方体构型,若2个H、3个H分别为Cl取代:①列出可形成的C8H6Cl2、C8H5Cl3可能的构型与所属的点群;②判别这些构型有无偶极矩、旋光性。
17. C8H6Cl2二氯原子可有邻、间、对3种关系,分别对应C2v,C2v,D3d对称性C8H5Cl3三氯原子也有3种排列方式, 分别属于C3v,C s,C s点群.18 下列分子具有偶极矩,而不属于C nv群的是①H2O2 ②NH3③CH2Cl2④H2C=CH218. H2O219 由下列分子的偶极矩数据,推测分子的立体构型及所属的点群⑴CS2μ=0⑷N2O μ=0.166D⑵SO2μ=1.62D ⑸O2N-NO2μ=0⑶PCl5μ=0⑹H2N-NH2μ=1.84D19. (1)CS2:直线形,D∞h; (2)SO2:V形,C2v; (3)PCl5: 三角双锥,D3h ;(4)N2O C¥v(5)O2N-NO2 :平面形,D2h; (6)NH2-NH2, 锥形,C2v.20.将分子或离子按下类条件归类:CH3CH3,NO2+, (NH2)2CO,C60,丁三烯,B(OH)3,CH4,乳酸⑴既有极性又有旋光性⑵既无极性有无旋光性⑶无极性但由旋光性⑷有极性但无旋光性20. (1)有极性及旋光性: 乳酸(2)无极性无旋光性: C60, CH4,B(OH)3,丁二烯,NO2+ .(3)无极性有旋光性: 交叉CH3-CH3;(4)有极性无旋光性: (NH2)2CO21. 对D6点群求出各表示的直积,并确定组成它们的不可约表示A1×A2,A1×B1,B1×B2,E1×E221. A1UA2=A2 ; A1UB1=B1 ;B1UB2=A2 ; E1UE2=E1?B1?。