《化学学习手册》默求

8、番外1 习题解答

　　*VSEPR详细解析
　　Q1：原子轨道为何要进行杂化？
　　A1：VSEPR本质是一个模型，是薛定谔方程的近似，这里先不提。原子轨道杂化，这个过程本身是耗能的，但是这能够实现轨道的更大程度的重叠，整体来看是能量降低的。因此，会发生杂化。
　　Q2：试画出SF4的分子结构，并解释为何如此。
　　A2：简单的一道初学必做题，跷跷板形（变形四面体形），具体原因是孤对电子放在赤道面上斥力更小。
　　Q3：我们知道，有很多因素会影响分子的键角，请自行学习并参考书本知识，比较NF3，NH3，NCl3的键角。
　　A3：这道题有点难做，我翻看了无丛找到了这三个分子气态时的键角（至少要相同情况的比较吧，网传107°18’的键角是NH3的固态键角，而此时我怀疑氢键的作用会对键角产生影响，因此还是都拿气态的来比吧），NH3为109.1°,NCl3为107°，NF3为102.5°
　　事实上这道题出得不大好，但是可以通过比较电负性，原子半径得到NCl3＞NF3，NH3＞NF3，然而NH3和NF3之间的比较，由于因素有点多，所以在不知道结论之前比较有点难度，需要一定的背诵记忆。
　　Q4：自行学习分子轨道理论初步知识。
　　A4：这我无法回答，事关个人修行。

　　*晶体学提高详细解析
　　Q1：尝试观察ccp，hcp堆积的晶胞，找出八面体，四面体空隙。
　　A1：由于这里没办法放图，我就只能打出坐标了。最好自己找的时候也能够找到对应的坐标。
　　ccp：
　　八面体
　　（0,0,1/2）,(0,1/2,0),(1/2,0,0),(1/2,1/2,1/2)
　　四面体
　　(1/4,1/4,1/4),(1/4,1/4,3/4),(3/4,1/4,1/4),(1/4,3/4,1/4),(3/4,1/4,3/4),(3/4,3/4,1/4),(1/4,3/4,3/4),(3/4,3/4,3/4)
　　hcp：
　　八面体
　　(2/3,1/3,1/4),(2/3,1/3,3/4)
　　四面体
　　（1/3,2/3,1/8）,（0,0,3/8）,（1/3,2/3,7/8）,（0,0,5/8）
　　Q2：观察NiAs,金红石，尖晶石等奇形怪状的晶胞，努力搞明白它到底是怎么堆积的。
　　A2：NiAs有两种晶胞（Ni在顶点和As在顶点），注意里面出现了填三棱锥空隙。我觉得可以认为Ni和As共同[类]ccp堆积。
　　金红石晶胞有点麻烦，高无结上面的图不错，然而还是得自己认真看看，42螺旋轴在上下两条棱中点连线那边，O近似hcp堆积，Ti填1/2的八面体空隙。晶胞需要背诵。
　　另外，金红石变态的锐钛矿晶胞也是令人迷惑不已。感兴趣的同学可以去看看。
　　尖晶石（MgAl2O4）的晶胞我画不出来，但是我们可以看AB两个小单元。先需要知道。Mg2+填充1/8的四面体空隙，Al3+填充1/2的八面体空隙，然而这种填充是规律的而并不是随机的，因此我们可以确定它的具体位置。
　　观察A单元，Mg占据体心和立方体的四个顶点，形成四面体。O占据四个四面体空隙。
　　观察B单元，和A单元相比，差异就是没有填在体心的Mg，而Al占据剩余的四个四面体空隙。
　　这样的表述并不能很好的说明问题，在此用坐标阐述清楚。（不是晶胞，因此我在这里用1来表述。这种表示不规范，但是能够说清楚）
　　A单元：
　　Mg(0,0,0),(1,0,1),(1,1,0),(0,1,1),(1/2,1/2,1/2)
　　O(1/4,3/4,1/4),(3/4,1/4,1/4),(1/4,1/4,3/4),(3/4,3/4,3/4)
　　B单元：
　　Mg(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1),(1,1,1)
　　O(1/4,3/4,1/4),(3/4,1/4,1/4),(1/4,1/4,3/4),(3/4,3/4,3/4)
　　Al(1/4,1/4,1/4),(3/4,1/4,3/4),(3/4,3/4,1/4),(1/4,3/4,3/4)
　　然后八个这样的单元拼在一起就完事了
　　（唉真难数啊……）
　　Q3：试着搞明白R心六方和菱面体，面心立方晶胞的关系
　　A4：R心六方和菱面体都可以从面心立方晶胞中取出，当沿着c轴方向拉长面心立方晶胞的时候，对称性降低，此时采取R心六方或菱面体晶胞为正当晶胞。在布拉维系中，认为菱面体为正当晶胞。
　　Q4：尝试着理解并回答上述程寰同学不明白的问题
　　A4：暂略。

　　*参考资料：
　　《高等无机结构化学》，麦松威，周公度，李伟基编著，北京大学出版社，第二版
　　《无机化学丛书》（共十本），张青莲主编，科学出版社，典藏版
　　以及小部分的网络资料，由于来源繁杂在此不赘述