第一课时杂化轨道理论
一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)
1.(2021·雅安高二检测)下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.并不是所有的原子轨道都参与杂化
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.杂化轨道中一定有电子
2.鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一。杂化轨道是鲍林为了解释分子的立体构型提出的,下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较,得出结论正确的是( )
A.sp杂化轨道的夹角最大
B.sp2杂化轨道的夹角最大
C.sp3杂化轨道的夹角最大
D.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
3.(2021·厦门高二检测)有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A.杂化轨道全部形成化学键
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
C.部分四面体形、三角锥形、角形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释
D.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
4.(2021·南京高二检测)下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A.CS2与C6H6 B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4
5.PH3是一种无色有毒气体,其分子结构与NH3相似,但P—H键的键能比N—H键的键能低。下列判断错误的是( )
A PH3分子的中心原子采取sp2杂化
B.PH3分子呈三角锥形
C.1个PH3分子中含有3个σ键
D.PH3分子的稳定性低于NH3分子,其原因是N—H键的键能高
6.(2021·成都高二检测)下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ② ③ ④C2H2
⑤N2H4 ⑥
A.①②③ B.①②⑥ C.②③⑤ D.③④⑥
7.(2021·三门峡高二检测)关于原子轨道的说法正确的是( )
A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体形
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个氢原子的1s 轨道和碳原子的2p轨道杂化而形成的
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s 轨道和p轨道杂化形成的一组能量相近的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
8.下列说法正确的是( )
A.H2SO4分子中三种原子均以杂化轨道成键
B. NH的电子式为,该离子呈平面正方形
C.SF2分子中的中心原子S通过sp2杂化轨道成键
D.CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—H键
二、非选择题(本题包括2小题)
9.(16分)小明同学上网查阅了如下资料:
中心原子杂化类型的判断方法:
(1)公式:n=(中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数)÷2。
说明:配位原子为氧原子或硫原子时,成键电子数看为0;当电荷数为正值时,公式中取“-”号,当电荷数为负值时,公式中取“+”号。
(2)根据n值判断杂化类型:当n=2时为sp杂化,n=3时为sp2杂化,n=4时为sp3杂化。
请运用该方法计算下列微粒的n值,并判断中心原子的杂化类型。
①NH3:n=______________,______________杂化。
②NO:n=______________,______________杂化。
③NH:n=______________,______________杂化。
④SO2:n=______________,______________杂化。
10.(14分)A、B、C、D、E、F都是短周期元素,原子序数依次增大,B、C、D同周期,A、E同主族。A、C能形成两种液态化合物甲和乙,原子个数比分别为2∶1和1∶1。B元素原子有两个未成对电子,D是周期表中电负性最大的元素,F是地壳中含量最多的金属元素。根据以上信息回答下列问题:
(1)比较C、D对应氢化物的稳定性______________(填分子式)。
(2)甲、乙两分子中含有非极性共价键的是________________(填分子式),它的电子式为___________________。
(3)C、D、E、F的离子中,半径最小的是________(填离子符号)。
(4)B的氢化物的空间构型是__________________。
素养达标
一、选择题(本题包括2小题)
11.(双选)(2021·枣庄高二检测)乙烯分子中含有4个C—H键和1个CC键,6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是( )
A.每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化,形成两个sp杂化轨道
B.每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化,形成3个sp2杂化轨道
C.每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化,形成4个sp3杂化轨道
D.每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道,1个价电子占据1个2p轨道
12.(双选)(2020·青岛高二检测) 如图在乙烯分子中有5个σ键、1个π键,它们分别是( )
A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C—H之间是s-sp2形成的σ键,C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键以及sp2-sp2σ键
D.C—C之间是sp2形成的σ键,C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键以及sp2-sp2σ键
二、非选择题(本题包括2小题)
13.(10分)(1)COCl2分子中所有原子均满足8电子构型,COCl2分子中σ键和π键的个数比为________,中心原子的杂化方式为______________。
(2)As4O6的分子结构如图所示,其中As原子的杂化方式为______________。
(3) AlH中,Al原子的轨道杂化方式为_____________;
列举与AlH空间构型相同的一种离子和一种分子:_________、_________(填化学式)。
(4)用价电子对互斥理论推断SnBr2分子中,Sn原子的轨道杂化方式为_______。
14.(10分)(2021·泰安高二检测)(1)据科技日报网报道,南开大学科研团队借助镍和苯基硼酸共催化剂,首次实现烯丙醇高效、绿色合成。烯丙醇的结构简式为
CH2＝CH—CH2OH。请回答下列问题:
①基态镍原子的价电子排布式为______________。
②烯丙醇分子中碳原子的杂化类型是________________。
(2)乙炔是有机合成的一种重要原料。实验室可用CaC2与水反应得到乙炔。
①将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液中生成Cu2C2红棕色沉淀。基态Cu+的核外电子排布式为_______________________。
②乙炔与HCN反应可得丙烯腈(H2C＝CH—C≡N),丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型是__________,分子中含有π键的数目为________________。
一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)
1.(2021·雅安高二检测)下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.并不是所有的原子轨道都参与杂化
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.杂化轨道中一定有电子
【解析】选D。参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,即并不是所有的原子轨道都参与杂化,故A正确;原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道,所以同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化,故B正确;杂化轨道能量集中,有利于牢固成键,故C正确;并不是所有的杂化轨道中都会有电子,故D错误。
2.鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一。杂化轨道是鲍林为了解释分子的立体构型提出的,下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较,得出结论正确的是( )
A.sp杂化轨道的夹角最大
B.sp2杂化轨道的夹角最大
C.sp3杂化轨道的夹角最大
D.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
【解析】选A。sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°。
3.(2021·厦门高二检测)有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A.杂化轨道全部形成化学键
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
C.部分四面体形、三角锥形、角形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释
D.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
【解析】选A。杂化轨道可以部分参与形成化学键,例如NH3中N发生了sp3杂化,形成了4个sp3杂化轨道,但是只有3个参与形成化学键,故A错误;sp3、sp2、sp杂化轨道其空间构型分别是正四面体形、平面三角形、直线形,夹角分别为109°28'、120°、180°,故B正确;部分四面体形、三角锥形、角形分子的结构可以用sp3杂化轨道理论解释,如甲烷分子、氨气分子、水分子,故C正确;杂化前后的轨道数不变,杂化后,各个轨道尽可能分散、对称分布,导致轨道的形状发生了改变,故D正确。
4.(2021·南京高二检测)下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A.CS2与C6H6 B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4
【解析】选B。A项,CS2:S＝C＝S,C原子采用sp杂化,C6H6:C原子采用sp2杂化;B项,CH4和NH3分子中C、N原子均采用sp3杂化;C项,BeCl2分子中Be原子为sp杂化,BF3分子中B原子为sp2杂化;D项,C2H2分子中C原子为sp杂化,C2H4分子中C原子为sp2杂化。
5.PH3是一种无色有毒气体,其分子结构与NH3相似,但P—H键的键能比N—H键的键能低。下列判断错误的是( )
A PH3分子的中心原子采取sp2杂化
B.PH3分子呈三角锥形
C.1个PH3分子中含有3个σ键
D.PH3分子的稳定性低于NH3分子,其原因是N—H键的键能高
【解析】选A。PH3分子中P原子形成3个σ键,且含有一对孤电子对,则P原子采取sp3杂化,PH3分子为三角锥形结构。PH3分子中有3个P—H键,单键都是σ键,故1个PH3分子含有3个σ键。N—H键的键能高于P—H键的键能,导致NH3的稳定性强于PH3。
6.(2021·成都高二检测)下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ② ③ ④C2H2
⑤N2H4 ⑥
A.①②③ B.①②⑥ C.②③⑤ D.③④⑥
【解析】选B。①BF3分子中硼原子杂化轨道数为3,所以采取sp2杂化,正确; ②中心原子C形成3个σ键且中心原子C无孤电子对,所以采取sp2杂化,正确;③中心原子S形成3个σ键和1对孤电子对,所以采取sp3杂化,错误; ④C2H2中心原子C形成2个σ键且无孤电子对,所以采取sp杂化,错误;⑤N2H4中心原子N形成3个σ键和1对孤对电子,所以采取sp3杂化,错误;⑥苯分子中碳原子采取sp2杂化,正确;故选B。
7.(2021·三门峡高二检测)关于原子轨道的说法正确的是( )
A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体形
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个氢原子的1s 轨道和碳原子的2p轨道杂化而形成的
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s 轨道和p轨道杂化形成的一组能量相近的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
【解析】选C。中心原子采取sp3杂化,四个sp3杂化轨道在空间的形状是正四面体形,但如果中心原子上还有孤电子对,分子的空间构型就不是正四面体形。CH4分子中的sp3杂化轨道是碳原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的。AB3型的共价化合物,A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。
8.下列说法正确的是( )
A.H2SO4分子中三种原子均以杂化轨道成键
B. NH的电子式为,该离子呈平面正方形
C.SF2分子中的中心原子S通过sp2杂化轨道成键
D.CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—H键
【解析】选D。H2SO4分子中H、O原子没有发生轨道杂化,A项错误; NH呈正四面体形,B项错误;SF2中心原子S价层电子对个数=(6+1×2)×=4,为sp3杂化,C项错误,D项正确。
二、非选择题(本题包括2小题)
9.(16分)小明同学上网查阅了如下资料:
中心原子杂化类型的判断方法:
(1)公式:n=(中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数)÷2。
说明:配位原子为氧原子或硫原子时,成键电子数看为0;当电荷数为正值时,公式中取“-”号,当电荷数为负值时,公式中取“+”号。
(2)根据n值判断杂化类型:当n=2时为sp杂化,n=3时为sp2杂化,n=4时为sp3杂化。
请运用该方法计算下列微粒的n值,并判断中心原子的杂化类型。
①NH3:n=______________,______________杂化。
②NO:n=______________,______________杂化。
③NH:n=______________,______________杂化。
④SO2:n=______________,______________杂化。
【解析】①NH3中n＝＝4，N为sp3杂化。
②NO中n＝＝3，N为sp2杂化。
③NH中n＝＝4，N为sp3杂化。
④SO2中n==3,S为sp2杂化。
答案:①4 sp3 ②3 sp2 ③4 sp3 ④3 sp2
10.(14分)A、B、C、D、E、F都是短周期元素,原子序数依次增大,B、C、D同周期,A、E同主族。A、C能形成两种液态化合物甲和乙,原子个数比分别为2∶1和1∶1。B元素原子有两个未成对电子,D是周期表中电负性最大的元素,F是地壳中含量最多的金属元素。根据以上信息回答下列问题:
(1)比较C、D对应氢化物的稳定性______________(填分子式)。
(2)甲、乙两分子中含有非极性共价键的是________________(填分子式),它的电子式为___________________。
(3)C、D、E、F的离子中,半径最小的是________(填离子符号)。
(4)B的氢化物的空间构型是__________________。
【解析】A、C能形成两种液态化合物甲和乙,则甲和乙为H2O和H2O2,且原子序数A答案:(1)H2O(3)Al3＋ (4)正四面体形
素养达标
一、选择题(本题包括2小题)
11.(双选)(2021·枣庄高二检测)乙烯分子中含有4个C—H键和1个CC键,6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是( )
A.每个C原子的2s轨道与2p轨道杂化,形成两个sp杂化轨道
B.每个C原子的2s轨道与2个2p轨道杂化,形成3个sp2杂化轨道
C.每个C原子的2s轨道与3个2p轨道杂化,形成4个sp3杂化轨道
D.每个C原子的3个价电子占据3个杂化轨道,1个价电子占据1个2p轨道
【解析】选B、D。乙烯分子中存在4个C—H键和1个CC双键,C原子上没有孤电子对,成键数为3,所以C原子采取sp2杂化,C—H键为σ键,CC键中有1个σ键,还有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键,故选B、D。
12.(双选)(2020·青岛高二检测) 如图在乙烯分子中有5个σ键、1个π键,它们分别是( )
A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C—H之间是s-sp2形成的σ键,C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键以及sp2-sp2σ键
D.C—C之间是sp2形成的σ键,C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键以及sp2-sp2σ键
【解析】选A、C。乙烯分子中每个碳原子均采取sp2杂化,其中杂化轨道形成5个σ键,未杂化的2p轨道形成π键。
二、非选择题(本题包括2小题)
13.(10分)(1)COCl2分子中所有原子均满足8电子构型,COCl2分子中σ键和π键的个数比为________,中心原子的杂化方式为______________。
(2)As4O6的分子结构如图所示,其中As原子的杂化方式为______________。
(3) AlH中,Al原子的轨道杂化方式为_____________;
列举与AlH空间构型相同的一种离子和一种分子:_________、_________(填化学式)。
(4)用价电子对互斥理论推断SnBr2分子中,Sn原子的轨道杂化方式为_______。
【解析】(1)COCl2分子中有1个C＝O键和2个C—Cl键,所以COCl2分子中σ键的数目为3,π键的数目为1,个数比为3∶1,中心原子C价电子对数=3+=3,故中心原子杂化方式为sp2。
(2)As4O6的分子中As原子形成3个As—O键,含有1对孤电子对,杂化轨道数目为4,杂化类型为sp3杂化。
(3)AlH中Al原子孤电子对数＝＝0，杂化轨道数目＝4＋0＝4，Al原子杂化方式为sp3。互为等电子体的微粒空间构型相同。与AlH空间构型相同的离子，可以用C原子替换Al原子则不带电荷：CH4；可以用N原子与1个单位正电荷替换Al原子：NH。
(4)SnBr2分子中Sn原子价电子对数=2+×(4-2×1)=3,所以Sn原子的轨道杂化方式为sp2杂化。
答案:(1)3∶1 sp2 (2)sp3
(3)sp3 NH CH4(合理即可) (4)sp2
14.(10分)(2021·泰安高二检测)(1)据科技日报网报道,南开大学科研团队借助镍和苯基硼酸共催化剂,首次实现烯丙醇高效、绿色合成。烯丙醇的结构简式为
CH2＝CH—CH2OH。请回答下列问题:
①基态镍原子的价电子排布式为______________。
②烯丙醇分子中碳原子的杂化类型是________________。
(2)乙炔是有机合成的一种重要原料。实验室可用CaC2与水反应得到乙炔。
①将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液中生成Cu2C2红棕色沉淀。基态Cu+的核外电子排布式为_______________________。
②乙炔与HCN反应可得丙烯腈(H2C＝CH—C≡N),丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型是__________,分子中含有π键的数目为________________。
【解析】(1)①根据能量最低原理知基态镍原子的价电子排布式为3d84s2;
②烯丙醇分子碳碳双键两端的碳原子轨道杂化类型与乙烯分子中碳原子杂化类型相同,为sp2杂化,—CH2OH结构中的碳原子与甲烷中碳原子杂化类型相同,为sp3杂化;
(2)①根据核外电子排布规律得基态Cu+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10;
②丙烯腈分子中碳原子连有双键和三键,碳原子采取sp2和sp杂化;双键中有一个π键,三键中有两个π键,所以一共含有3个π键。
答案:(1)①3d84s2 ②sp2杂化、sp3杂化
(2)①1s22s22p63s23p63d10 ②sp2杂化、sp杂化 3
- 1 -第二课时价电子对互斥理论
一、选择题(本题包括8小题)
1.下列说法中不正确的是( )
A.分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)之间存在相互排斥作用
B.分子中的价电子对之间趋向于彼此远离
C.分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型
D.当价电子对数目分别是2、3、4时,价电子对分布的几何构型分别为直线形、平面三角形、正四面体形
2.(2021·天津新华中学高二检测)下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是( )
A.PCl3中磷原子发生sp3杂化,为三角锥形
B.BCl3中硼原子发生sp2杂化,为三角形
C.CS2中碳原子发生sp杂化,为直线形
D.H2S中硫原子发生sp杂化,为直线形
3.(2021·贵阳高二检测)氨气分子空间构型是三角锥形,而甲烷是正四面体形,这是因为( )
A.两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同,NH3为sp2杂化,而CH4是sp3杂化
B.NH3分子中有一对未成键的孤电子对,它对成键电子的排斥作用较强
C.NH3分子中N原子形成3个杂化轨道,CH4分子中C原子形成4个杂化轨道
D.氨气分子极易溶于水而甲烷不易溶于水
4.(2021·连云港高二检测)某化合物的分子式为AB2,A属于第ⅥA族元素,B属于第ⅦA族元素,A和B在同一周期,它们的电负性分别为3.44和3.98,已知AB2分子的键角为103.3°。下列推断不正确的是( )
A.AB2分子的空间构型为角形
B.A—B键为极性共价键,AB2分子为非极性分子
C.AB2分子中A原子采取sp3杂化
D.AB2分子中无H原子,分子间不能形成氢键
5.(2021·乐山高二检测)下列分子或离子的中心原子为sp3杂化,且杂化轨道容纳1对孤电子对的是( )
A.CH4、NH3、H2O B.CO2、BF3、SO
C.C2H4、SO2、BeCl2 D.NH3、PCl3、N2H4
6.通常把化学通式和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体,等电子体具有相似的化学结构,则下列有关说法中正确的是( )
A．CH4和NH是等电子体，化学键类型完全相同
B．NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构
C.H3O+和PCl3是等电子体,均为三角锥形结构
D.SO2和O3是等电子体,SO2和O3具有相同的化学性质
7.(双选)碳酸亚乙酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂,其结构如图。下列有关该物质的说法不正确的是( )
A.分子式为C3H4O3
B.分子中σ键与π键个数之比为3∶1
C.分子中既有极性键也有非极性键
D.分子中碳原子的杂化方式全部为sp2杂化
8.若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对,运用价层电子对互斥理论,下列说法正确的是( )
A.若n=2,则分子的空间构型为角形
B.若n=3,则分子的空间构型为三角锥形
C.若n=4,则分子的空间构型为正四面体形
D.以上说法都不正确
二、非选择题(本题包括2小题)
9.(16分)(2021·开封高二检测)A、B、C、D、E五种微粒,它们可能是原子或离子,并且所含的元素都在短周期。A显负价时,不能被任何氧化剂氧化;金属B的原子核内质子数比前一周期的同族元素多8,其单质不能从CuSO4溶液中置换出Cu;C元素有三种同位素,Cl、C2、C3,C1的质量数分别为C2、C3的和;D的气态氢化物溶于水后显碱性;E是由两种不同元素组成的带负电荷的微粒,它共有10个电子,E极易与C+结合成中性微粒。回答:
(1)写出五种微粒的符号:A________、B________、C________、D________、E________。
(2)C和D形成分子的电子式为______________,空间结构为______________。
10.(14分)已知A、B、C、D、E为中学常见的五种物质,均含元素Y,有的还可能含有元素X、Z,元素X、Y、Z的原子序数依次递增。
①元素Y在A、B、C、D、E中所呈化合价依次递增,其中只有B为单质。
②常温下将气体D通入水中发生反应,生成C和E。
③工业上以A、空气和水为原料,通过催化氧化法制成E。
请回答以下问题:
(1)A分子的空间构型是__________;从轨道重叠的方式看,B分子中的共价键类型有______________。
(2)写出②中反应的化学方程式:___________。
(3)工业上,若输送Cl2的管道漏气,用A进行检验时可观察到大量白烟,同时有B生成,写出有关反应的化学方程式:__________________。
素养达标
一、选择题(本题包括3小题)
11.(2021·泰安高二检测)价电子对互斥(VSEPR)理论是关于分子几何构型的经验规律,该理论认为,分子的稳定结构应使中心原子价层电子对之间的斥力最小,且不同价层电子对之间排斥力相对大小满足:孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对。如H2O分子中∠H—O—H≈104.5°,下列推断不合理的是( )
A.NH3分子中∠H—N—H<109°28'
B.H2O键角∠H—O—H小于H3O+键角∠H—O—H
C.已知P4分子为正四面体,P4O6中的∠O—P—O小于P4O10中的∠O—P—O
D.[Zn(NH3)6]2+中∠H—N—H小于NH3分子中∠H—N—H
12.(2021·成都高二检测)一种叠氮桥基配位化合物C的合成方法如图,下列叙述正确的是( )
A.基态Br价电子排布式为3d104s24p5
B.NaN3中N立体构型为角形
C.物质C中氮原子杂化形式有sp、sp2、sp3
D.CH3OH分子的空间构型是正四面体形
13.(双选)下表中各粒子、粒子对应的立体构型及解释均正确的是( )
选项 粒子 空间构型 解释
A 氨基负离子(NH) 直线形 N原子采用sp杂化
B 二氧化硫(SO2) 角形 S原子采用sp2杂化
C 碳酸根离子(CO) 三角锥形 C原子采用sp3杂化
D 碘三正离子(I) 角形 I原子采用sp3杂化
二、非选择题(本题包括1小题)
14.(2021·乌鲁木齐高二检测)20世纪50年代科学家提出价电子对互斥(简称VSEPR)理论,用于预测简单分子立体结构。其要点可以概括为:
Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成,A为中心原子,X为与中心原子相结合的原子,E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对),(n+m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥,均匀地分布在中心原子周围的空间;
Ⅱ.分子的空间结构是指分子中的原子在空间的排布,不包括中心原子未成键的孤电子对;
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为:
i.孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力;
ii.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力;
iii.X原子得电子能力越弱,A—X形成的成键电子对之间的斥力越强;
iv.其他。
请仔细阅读上述材料,回答下列问题:
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型,请填写下表:
n+m 2 __________
VSEPR理想模型 ______ 正四面体
价层电子对之间的理想键角 ______ 109°28'
(2)请用VSEPR理论解释CO2为直线形分子的原因_____________________;
(3)H2O分子的立体构型为________________,预测水分子中∠H-O-H的大小范围并解释原因________________________________;
(4)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子,S＝O之间以双键结合,S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测 SO2Cl2和SO2F2分子的立体构型为________,SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(选填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中∠F—S—F。
(5)用价电子对互斥(VSEPR)理论判断下列分子或离子的空间构型。
分子或离子 PbCl2 HgCl ClO
空间构型 ____ ____ ____
一、选择题(本题包括8小题)
1.下列说法中不正确的是( )
A.分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)之间存在相互排斥作用
B.分子中的价电子对之间趋向于彼此远离
C.分子在很多情况下并不是尽可能采取对称的空间构型
D.当价电子对数目分别是2、3、4时,价电子对分布的几何构型分别为直线形、平面三角形、正四面体形
【解析】选C。分子在很多情况下是尽可能采用对称空间构型,以使体系能量最低。
2.(2021·天津新华中学高二检测)下列中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构不正确的是( )
A.PCl3中磷原子发生sp3杂化,为三角锥形
B.BCl3中硼原子发生sp2杂化,为三角形
C.CS2中碳原子发生sp杂化,为直线形
D.H2S中硫原子发生sp杂化,为直线形
【解析】选D。H2S中硫原子形成2个σ键,孤电子对数为=2,则硫原子发生sp3杂化,空间结构为角形,故D错误。
3.(2021·贵阳高二检测)氨气分子空间构型是三角锥形,而甲烷是正四面体形,这是因为( )
A.两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同,NH3为sp2杂化,而CH4是sp3杂化
B.NH3分子中有一对未成键的孤电子对,它对成键电子的排斥作用较强
C.NH3分子中N原子形成3个杂化轨道,CH4分子中C原子形成4个杂化轨道
D.氨气分子极易溶于水而甲烷不易溶于水
【解析】选B。根据价电子对互斥理论可知,两种分子的中心原子均为sp3杂化,A项错误;氨气中氮原子含有1对孤电子对,而甲烷中碳原子没有孤电子对,B正确;杂化轨道均为4个,C项错误;水溶性与分子的极性有关,极性是由共价键类型和构型决定的,所以D项为空间构型的结果,D项错误。
4.(2021·连云港高二检测)某化合物的分子式为AB2,A属于第ⅥA族元素,B属于第ⅦA族元素,A和B在同一周期,它们的电负性分别为3.44和3.98,已知AB2分子的键角为103.3°。下列推断不正确的是( )
A.AB2分子的空间构型为角形
B.A—B键为极性共价键,AB2分子为非极性分子
C.AB2分子中A原子采取sp3杂化
D.AB2分子中无H原子,分子间不能形成氢键
【解析】选B。A属于第ⅥA族元素,最外层有6个电子,与B形成2个A—B单键,含有2对孤电子对,故A原子采取sp3杂化,AB2分子的键角为103.3°,VSEPR理论为四面体,减去孤电子对,分子的立体构型为角形,故A正确; 由电负性可知,B元素的非金属性更强,A—B键为极性共价键,且分子构型为角形,正、负电荷重心不重合,故AB2分子为极性分子,B错误;A属于第ⅥA族元素,最外层有6个电子,与B形成2个A—B单键,含有2对孤电子对,故A原子采取sp3杂化,故C正确;A属于第ⅥA族元素,B属于第ⅦA族元素,AB2分子中不可能含有H原子,分子间不能形成氢键,故D正确。
5.(2021·乐山高二检测)下列分子或离子的中心原子为sp3杂化,且杂化轨道容纳1对孤电子对的是( )
A.CH4、NH3、H2O B.CO2、BF3、SO
C.C2H4、SO2、BeCl2 D.NH3、PCl3、N2H4
【解析】选D。 CH4、NH3、H2O中心原子都为sp3杂化,CH4中没有孤电子对,NH3中有一对孤电子对,H2O中有2对孤电子对,A不符合题意。CO2中心原子为sp杂化没有孤电子对,BF3中心原子为sp2杂化没有孤电子对, SO中心原子为sp3杂化没有孤电子对,B不符合题意。C2H4中心原子为sp2杂化没有孤电子对,SO2中心原子为sp2杂化有一个孤电子对,BeCl2中心原子为sp杂化,没有孤电子对,C不符合题意。 NH3、PCl3、N2H4中心原子都为sp3杂化,且杂化轨道容纳1对孤电子对,D符合题意。
6.通常把化学通式和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体,等电子体具有相似的化学结构,则下列有关说法中正确的是( )
A．CH4和NH是等电子体，化学键类型完全相同
B．NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构
C.H3O+和PCl3是等电子体,均为三角锥形结构
D.SO2和O3是等电子体,SO2和O3具有相同的化学性质
【解析】选B。CH4和NH原子数都是5，价电子数都是8，是等电子体，空间构型均为正四面体结构，都为共价键，但NH中有三个属于极性共价键，一个属于配位键，A错误；NO和CO化学通式相同，价电子数都是24，是等电子体，均为平面正三角形结构，B正确；H3O＋价电子数是8，PCl3价电子数是26，价电子数不同，不是等电子体，C错误；SO2和O3是等电子体，价电子数都为18，具有相似的结构，但化学性质不同，二氧化硫以还原性为主，而臭氧具有强氧化性，D错误。
7.(双选)碳酸亚乙酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂,其结构如图。下列有关该物质的说法不正确的是( )
A.分子式为C3H4O3
B.分子中σ键与π键个数之比为3∶1
C.分子中既有极性键也有非极性键
D.分子中碳原子的杂化方式全部为sp2杂化
【解析】选B、D。根据该分子的结构简式可知,碳酸亚乙酯的不饱和度为2,所以分子式为C3H4O3,选项A正确;分子中的单键为σ键有9个,双键中含1个σ键和1个π键,则分子中σ键与π键个数之比为10∶1,选项B错误;该分子中碳碳单键属于非极性键,C—H键、C—O键、C＝O键是极性键,选项C正确;该分子中的两个饱和碳原子为sp3杂化,C＝O键中碳的杂化方式为sp2杂化,选项D错误。
8.若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对,运用价层电子对互斥理论,下列说法正确的是( )
A.若n=2,则分子的空间构型为角形
B.若n=3,则分子的空间构型为三角锥形
C.若n=4,则分子的空间构型为正四面体形
D.以上说法都不正确
【解析】选C。根据价电子对互斥理论知,若ABn型分子的中心原子A上没有未参与形成共价键的孤电子对,则:若n=2,则分子的空间结构为直线形,故A错误;若n=3,则分子的空间结构为平面三角形,故B错误;若n=4,则分子的立体构型为正四面体形,故C正确;由以上分析可知,D错误。
二、非选择题(本题包括2小题)
9.(16分)(2021·开封高二检测)A、B、C、D、E五种微粒,它们可能是原子或离子,并且所含的元素都在短周期。A显负价时,不能被任何氧化剂氧化;金属B的原子核内质子数比前一周期的同族元素多8,其单质不能从CuSO4溶液中置换出Cu;C元素有三种同位素,Cl、C2、C3,C1的质量数分别为C2、C3的和;D的气态氢化物溶于水后显碱性;E是由两种不同元素组成的带负电荷的微粒,它共有10个电子,E极易与C+结合成中性微粒。回答:
(1)写出五种微粒的符号:A________、B________、C________、D________、E________。
(2)C和D形成分子的电子式为______________,空间结构为______________。
【解析】A、B、C、D、E五种微粒,它们可能是原子或离子,并且所含的元素都在短周期。A显负价时,不能被任何氧化剂氧化,则A为F原子;金属B的原子核内质子数比前一周期的同族元素多8,处于第三周期,其单质不能从CuSO4溶液中置换出Cu,则B为Na;C元素有三种同位素Cl、C2、C3,C1的质量数分别为C2、C3的和,则C为H原子;D的气态氢化物溶于水后显碱性,则D为N原子;E是由两种不同元素组成的带负电荷的微粒,它共有10个电子,E极易与H+结合成中性微粒,则E为OH-。 (1)根据分析,A为F、B为Na、C为H、D为N、E为OH-;(2)H和N形成的分子为NH3,N和3个H分别共用1对电子,电子式为;根据价电子对互斥理论,N的价层电子对数为3+ QUOTE QUOTE eq \f(1,2) ×(5-3×1)=4,有1对孤电子对,故空间构型为三角锥形。
答案:(1)F Na H N OH-
(2) 三角锥形
10.(14分)已知A、B、C、D、E为中学常见的五种物质,均含元素Y,有的还可能含有元素X、Z,元素X、Y、Z的原子序数依次递增。
①元素Y在A、B、C、D、E中所呈化合价依次递增,其中只有B为单质。
②常温下将气体D通入水中发生反应,生成C和E。
③工业上以A、空气和水为原料,通过催化氧化法制成E。
请回答以下问题:
(1)A分子的空间构型是__________;从轨道重叠的方式看,B分子中的共价键类型有______________。
(2)写出②中反应的化学方程式:___________。
(3)工业上,若输送Cl2的管道漏气,用A进行检验时可观察到大量白烟,同时有B生成,写出有关反应的化学方程式:__________________。
【解析】根据题给信息工业上以A、空气和水为原料,通过催化氧化法制成E,可知工业上用催化氧化制取硝酸,A是氨气,E是硝酸;元素Y在A、B、C、D、E中所呈化合价依次递增,其中只有B为单质,B为氮气;常温下将气体D通入水中发生反应,生成C和硝酸,D中的氮元素化合价大于C而小于E,且D能够和水发生反应,则D是NO2,C是NO;综上所述,元素X、Y、Z的原子序数依次递增,Y为氮,所以X为氢元素、Z为氧元素;
(1)A分子是NH3,空间构型为三角锥形;B分子是N2, 从轨道重叠的方式看,有 “头对头”形成的σ键、“肩并肩”形成的π键。
(2)NO2与水反应生成硝酸和一氧化氮,反应的化学方程式:3NO2+H2O=== 2HNO3+NO。
(3)Cl2与氨气反应生成氯化铵(白烟)和氮气,反应的化学方程式:8NH3+3Cl2=== N2+6NH4Cl。
答案:(1)三角锥形 σ键和π键
(2)3NO2+H2O===2HNO3+NO
(3)8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl
素养达标
一、选择题(本题包括3小题)
11.(2021·泰安高二检测)价电子对互斥(VSEPR)理论是关于分子几何构型的经验规律,该理论认为,分子的稳定结构应使中心原子价层电子对之间的斥力最小,且不同价层电子对之间排斥力相对大小满足:孤电子对-孤电子对>孤电子对-成键电子对>成键电子对-成键电子对。如H2O分子中∠H—O—H≈104.5°,下列推断不合理的是( )
A.NH3分子中∠H—N—H<109°28'
B.H2O键角∠H—O—H小于H3O+键角∠H—O—H
C.已知P4分子为正四面体,P4O6中的∠O—P—O小于P4O10中的∠O—P—O
D.[Zn(NH3)6]2+中∠H—N—H小于NH3分子中∠H—N—H
【解析】选D。NH3分子中N原子的最外层有1对孤电子对,而NH中N原子最外层没有孤电子对,所以∠H—N—H<109°28',A合理;因为H2O中O原子的最外层有2对孤电子对,而H3O+中O原子最外层只有1对孤电子对,所以键角∠H—O—H小于H3O+键角∠H—O—H,B合理;已知P4O6和P4O10的结构式分别为和,前者P原子的最外层有1对孤电子对,所以P4O6中的∠O—P—O小于P4O10中的∠O—P—O,C合理;[Zn(NH3)6]2+中N原子的最外层孤电子对参与成键,对N—H键不再产生排斥作用,所以∠H—N—H大于NH3分子中∠H—N—H,D不合理。
12.(2021·成都高二检测)一种叠氮桥基配位化合物C的合成方法如图,下列叙述正确的是( )
A.基态Br价电子排布式为3d104s24p5
B.NaN3中N立体构型为角形
C.物质C中氮原子杂化形式有sp、sp2、sp3
D.CH3OH分子的空间构型是正四面体形
【解析】选C。Br价电子数为7,为N层电子,Br价电子排布式为4s24p5,故A错误; N与CO2为等电子体,价电子数都为16,为直线形分子,故B错误;物质C中氮原子成键方式有、和—N＝NN三种方式,氮原子杂化形式为sp、sp2、sp3,故C正确;CH3OH分子的空间构型不是正四面体形,故D错误。
13.(双选)下表中各粒子、粒子对应的立体构型及解释均正确的是( )
选项 粒子 空间构型 解释
A 氨基负离子(NH) 直线形 N原子采用sp杂化
B 二氧化硫(SO2) 角形 S原子采用sp2杂化
C 碳酸根离子(CO) 三角锥形 C原子采用sp3杂化
D 碘三正离子(I) 角形 I原子采用sp3杂化
【解析】选B、D。NH中心原子N原子采用sp3杂化但N原子有两对价电子未参与成键，所以分子的空间构型为角形，选项A错误；SO2中S原子的价电子对数＝σ键数＋孤电子对数＝2＋(6－2×2)＝3，含孤电子对数为1，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，结构为角形，选项B正确；CO中，价电子对数＝3＋(4＋2－3×2)＝3，含孤电子对数为0，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，空间构型为平面三角形，选项C错误；碘三正离子(I)中I原子的价电子对数＝σ键数＋孤电子对数＝2＋(7－1－2×1)＝4，含孤电子对数为2，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，结构为角形，选项D正确。
二、非选择题(本题包括1小题)
14.(2021·乌鲁木齐高二检测)20世纪50年代科学家提出价电子对互斥(简称VSEPR)理论,用于预测简单分子立体结构。其要点可以概括为:
Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成,A为中心原子,X为与中心原子相结合的原子,E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对),(n+m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥,均匀地分布在中心原子周围的空间;
Ⅱ.分子的空间结构是指分子中的原子在空间的排布,不包括中心原子未成键的孤电子对;
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为:
i.孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力;
ii.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力;
iii.X原子得电子能力越弱,A—X形成的成键电子对之间的斥力越强;
iv.其他。
请仔细阅读上述材料,回答下列问题:
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型,请填写下表:
n+m 2 __________
VSEPR理想模型 ______ 正四面体
价层电子对之间的理想键角 ______ 109°28'
(2)请用VSEPR理论解释CO2为直线形分子的原因_____________________;
(3)H2O分子的立体构型为________________,预测水分子中∠H-O-H的大小范围并解释原因________________________________;
(4)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子,S＝O之间以双键结合,S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测 SO2Cl2和SO2F2分子的立体构型为________,SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(选填“<”“>”或“=”)SO2F2分子中∠F—S—F。
(5)用价电子对互斥(VSEPR)理论判断下列分子或离子的空间构型。
分子或离子 PbCl2 HgCl ClO
空间构型 ____ ____ ____
【解析】(1)当n+m=4时,VSEPR模型为四面体形,其键角是109°28',当n+m=2时,VSEPR模型为直线形,其键角是180°;(2) 根据 CO2属AX2E0,n+m=2,故为直线形;(3)H2O属AX2E2,n+m=4,VSEPR模型为四面体形,但氧原子有2对孤电子对,所以分子的构型为角形;水分子属AX2E2,n+m=4,VSEPR理想模型为正四面体,价层电子对之间的夹角均为109°28',根据Ⅲ-i,应有∠H—O—H<109°28';(4)当n+m=4时,VSEPR模型为四面体形,硫原子无孤电子对,所以分子构型为四面体形,F原子的得电子能力大于氯原子,因为X原子得电子能力越弱,A—X形成的成键电子对之间的斥力越强,所以SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl>SO2F2分子中∠F—S—F; (5)PbCl2中,中心原子Pb原子的孤电子对数是=1,即Pb原子是sp2杂化,所以是角形; HgCl分子中价层电子对个数=4+0=4,所以是正四面体;高氯酸根离子中价层电子对个数=4+×(7+1-4×2)=4,且不含孤电子对,为正四面体结构;故答案为
分子或离子 PbCl2 HgCl ClO
空间构型 角形 正四面体 正四面体
答案:(1)4 直线形 180° (2)CO2属AX2E0,n+m=2,故为直线形
(3)角形 水分子属AX2E2,n+m=4,VSEPR理想模型为正四面体,价层电子对之间的夹角均为109°28'。根据Ⅲ-i,应有∠H—O—H<109°28'
(4)四面体 > (5)角形 正四面体 正四面体
- 1 -第三课时分子的空间结构与分子性质
一、选择题(本题包括7小题)
1.2020年1月11日科教频道,以短片介绍了周其林院士“万能”手性催化剂。手性一词来源于希腊语手,是自然界中广泛存在的一种现象。比如我们的左手照镜子时看到的模样与右手一模一样。但在现实世界中,我们的左手却永远无法与右手完全重合,这种现象就叫手性。具有手性特征的物体就叫手性物体。下列说法正确是( )
A.催化剂在催化过程中实际参与了反应,并改变反应的进程
B.“万能”手性催化剂可以催化任何一种反应
C.催化剂可以加快反应速率,提高反应物的转化率
D.氯仿、甲醇具有手性
2.利用“相似相溶”这一经验规律可说明的事实是( )
①HCl易溶于水 ②I2微溶于水 ③Cl2能溶于水 ④NH3易溶于水
A.①②④ B.②③
C.①②③ D.①②③④
3.(双选)(2021·长沙高二检测)关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法中正确的是( )
A.CS2在水中的溶解度很小,是由于其属于极性分子
B.SO2和NH3均易溶于水,原因之一是它们都是极性分子
C.CS2为非极性分子,所以在三种物质中熔、沸点最低
D.NH3在水中溶解度很大只是由于NH3分子有极性
4.(2021·北京通州区高二检测)下列说法正确的是( )
A.甘油(CH2OH—CHOH—CH2OH)分子中含有1个手性碳原子
B.互为手性异构体的化合物,所含化学键的种类和数目完全相同
C.互为手性异构体的化合物,在三维空间不能重合,但物理、化学性质却几乎完全相同
D.互为手性异构体的化合物,分子组成不同,所以物理、化学性质也不同
5.(双选) 如图为酷似奥林匹克旗中五环的一种有机物被称为奥林匹克烃,下列说法中正确的是( )
A.该有机物属于芳香族化合物,是苯的同系物
B.该有机物是只含非极性键的非极性分子
C.该有机物的一氯代物只有七种
D.该有机物完全燃烧生成H2O的物质的量小于CO2的物质的量
6.下列有关锗(Ge)及其化合物的叙述中不正确的是( )
A.Ge的第一电离能高于碳而电负性低于碳
B.GeCl4和CCl4分子都是正四面体构型
C.GeO2和CO2都是非极性分子
D.GeCl4和CCl4分子都是含有极性键的非极性分子
7.(2021·连云港高二检测)如图为N2分子在催化剂作用下发生一系列转化的示意图,下列叙述正确的是( )
A.若N≡N键能是a kJ·mol-1,H—H键能是b kJ·mol-1,H—N键能是c kJ·mol-1,则每生成2 mol NH3,放出(6c-a-3b)kJ热量
B.NH3分子和H2O分子的中心原子杂化类型不同
C.催化剂a、b表面均发生了极性共价键的断裂
D.在催化剂b作用下发生转化得到的两种生成物,均为直线形分子
二、非选择题(本题包括2小题)
8.(16分)(2021·济宁高二检测)根据图示和所学化学键知识回答下列问题:
(1)甲醛(CH2O)分子的空间结构为________,其中碳原子的杂化方式是________。
(2)下列对甲醛分子碳氧键的判断中,正确的是______。
①单键 ②双键 ③极性键 ④非极性键 ⑤σ键 ⑥π键 ⑦σ键和π键 ⑧配位键
(3)下列关于CH4和CO2的说法正确的是________(填序号)。
a.固态CO2属于分子晶体
b.CH4分子中含有极性共价键,是极性分子
c.因为碳氢键键能小于碳氧键,所以CH4熔点低于CO2
d.CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
9.(19分)X、Y、Z、M、R五种元素的原子序数依次增大,只有X、Y、Z为短周期元素,相关信息如表:
元素 相关信息
X 基态原子核外有3个能级,且各能级电子数目相等
Y 常见化合价只有0、-1、-2
Z 单质为黄绿色有毒气体
M 第四周期d区元素,基态原子的核外有6个未成对电子
R 第五周期,与X处于同一主族
(1)元素X、Y电负性的大小顺序是________(用元素符号表示)。
(2)XYZ2分子中所有原子均满足8电子构型,分子中σ键与π键的数目比为______。
(3)元素Y可形成一种氢化物的空间结构如图所示,中心原子Y的杂化方式是________,该分子为_____________(填“极性”或“非极性”)分子。
(4)元素M基态原子的价电子排布式为________,MO5中M的化合价为+6价,则该分子中含有过氧键的数目为________________。
(5)元素R与Z可形成化合物RZ2,用价电子对互斥理论推断该分子的空间构型为________,分子中Z—R—Z的键角________120°(填“>”“=”或“<”)。
素养达标
一、选择题(本题包括3小题)
10.下列有机物中含有两个手性碳原子的是( )
A.
B.
C.
D.
11.(双选)(2021·石家庄高二检测)CO的催化氧化在消除环境污染、净化空气等方面有重要价值。最新研究发现:常温下CO在Au/BN表面很难被O2氧化,但在H2O的参与下反应很容易发生,转化示意图如图:
下列说法正确的是( )
A.CO2和H2O均只含极性共价键,且为极性分子
B.过程①有氢键形成
C.催化剂可以改变反应的路径,但不会改变反应速率和限度
D.在H2O和Au/BN的共同作用下,CO易被O2氧化
12.(双选)硅烷是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。其分子结构和CH4相似,但Si—H键键能比C—H键键能低。下列判断错误的是( )
A.SiH4分子呈正四面体形
B.SiH4分子是极性分子
C.因为Si—H键键能比C—H键键能低,所以SiH4沸点低于CH4沸点
D.SiH4分子稳定性低于CH4分子,因为C—H键键能高
二、非选择题(本题包括1小题)
13.(2021·吉林高二检测)有A、B、C、D、E五种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中C、E是金属元素;A和E属同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1。B和D也属同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。请回答下列问题:
(1)写出A、B、C、D、E五种元素的元素符号:
A是___________,B是______________,C是______________,D是_________,E是_______________。
(2)D元素在周期表中的位置为_____________。
(3)B元素的价电子排布为________________。
(4)元素的电负性的大小关系是B______________D(填“>”“<”或“=”),C与E的第一电离能的大小关系是C______________E(填“>”“<”或“=”)。
(5)A2D属于______________(填“极性”或“非极性”)分子,其分子的空间构型为______________,其中所含化学键类型为______________(填“极性键”或“非极性键”)。
(6)D、E元素形成的化合物的电子式为________________。
一、选择题(本题包括7小题)
1.2020年1月11日科教频道,以短片介绍了周其林院士“万能”手性催化剂。手性一词来源于希腊语手,是自然界中广泛存在的一种现象。比如我们的左手照镜子时看到的模样与右手一模一样。但在现实世界中,我们的左手却永远无法与右手完全重合,这种现象就叫手性。具有手性特征的物体就叫手性物体。下列说法正确是( )
A.催化剂在催化过程中实际参与了反应,并改变反应的进程
B.“万能”手性催化剂可以催化任何一种反应
C.催化剂可以加快反应速率,提高反应物的转化率
D.氯仿、甲醇具有手性
【解析】选A。催化剂参加了反应,降低反应的活化能,实际上在反应过程改变反应的进程;但催化剂理论上在整个反应前后是质量不变和化学组成均不变的物质,故A正确;催化剂具有高度的选择性(或专一性),一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用,故B错误;催化剂可以加快反应速率,缩短反应达到平衡的时间,并不能提高反应物的转化率,故C错误;氯仿(CHCl3)与甲醇(CH3OH)无论空间怎么摆放都可以通过旋转与原来分子重合,因而氯仿、甲醇都不具有手性,故D错误。
2.利用“相似相溶”这一经验规律可说明的事实是( )
①HCl易溶于水 ②I2微溶于水 ③Cl2能溶于水 ④NH3易溶于水
A.①②④ B.②③
C.①②③ D.①②③④
【解析】选A。HCl、NH3均为极性分子,易溶解在极性溶剂水中。I2是非极性分子故微溶于水。
3.(双选)(2021·长沙高二检测)关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法中正确的是( )
A.CS2在水中的溶解度很小,是由于其属于极性分子
B.SO2和NH3均易溶于水,原因之一是它们都是极性分子
C.CS2为非极性分子,所以在三种物质中熔、沸点最低
D.NH3在水中溶解度很大只是由于NH3分子有极性
【解析】选B、C。CS2在水中溶解度很小,是因CS2为非极性分子,H2O为极性分子,故A不正确;SO2、NH3均为极性分子,H2O为极性分子,故均易溶于水,B正确;CS2为非极性分子,故在三种物质中熔沸点最低,C正确;NH3在水中溶解度很大除其分子极性之外,还因NH3与H2O分子可形成氢键,D不正确。
4.(2021·北京通州区高二检测)下列说法正确的是( )
A.甘油(CH2OH—CHOH—CH2OH)分子中含有1个手性碳原子
B.互为手性异构体的化合物,所含化学键的种类和数目完全相同
C.互为手性异构体的化合物,在三维空间不能重合,但物理、化学性质却几乎完全相同
D.互为手性异构体的化合物,分子组成不同,所以物理、化学性质也不同
【解析】选B。CH2OH—CHOH—CH2OH分子中不存在手性碳原子,故A错误; 手性碳原子为具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,所含化学键的种类和数目完全相同,故B正确;互为手性异构体的化合物,物理性质不同,光学活性不同,故C错误; 互为手性异构体的化合物,分子组成相同,故D错误。
5.(双选) 如图为酷似奥林匹克旗中五环的一种有机物被称为奥林匹克烃,下列说法中正确的是( )
A.该有机物属于芳香族化合物,是苯的同系物
B.该有机物是只含非极性键的非极性分子
C.该有机物的一氯代物只有七种
D.该有机物完全燃烧生成H2O的物质的量小于CO2的物质的量
【解析】选C、D。含有苯环的有机物为芳香族化合物,该有机物中含有苯环,所以属于芳香族化合物;苯的同系物中只含一个苯环,且侧链为烷烃基,该分子中含有多个苯环,所以不是苯的同系物,A错误;该有机物分子中含有C—H键,为极性键,B错误;由物质分子结构对称性可知,分子中含7种不同位置的H原子,因此该有机物的一氯代物有7种,C正确;由物质分子结构可知,其分子式为C22H14,1 mol该物质完全燃烧生成22 mol CO2,7 mol H2O,燃烧生成H2O的物质的量小于CO2的物质的量,D正确。
6.下列有关锗(Ge)及其化合物的叙述中不正确的是( )
A.Ge的第一电离能高于碳而电负性低于碳
B.GeCl4和CCl4分子都是正四面体构型
C.GeO2和CO2都是非极性分子
D.GeCl4和CCl4分子都是含有极性键的非极性分子
【解析】选A。A项,Ge和C同处于周期表中第ⅣA族,锗原子比碳原子的电子层多,则Ge的第一电离能和电负性均小于C;B项,GeCl4中锗原子和CCl4分子中碳原子均采取sp3杂化,均为正四面体形分子;C项,GeO2和CO2均为直线形分子,分子存在对称性,故二者均为非极性分子;D项,GeCl4和CCl4中含有极性键(分别为Ge—Cl键、C—Cl键),分子均为正四面体结构,存在对称性,则二者均为非极性分子。
7.(2021·连云港高二检测)如图为N2分子在催化剂作用下发生一系列转化的示意图,下列叙述正确的是( )
A.若N≡N键能是a kJ·mol-1,H—H键能是b kJ·mol-1,H—N键能是c kJ·mol-1,则每生成2 mol NH3,放出(6c-a-3b)kJ热量
B.NH3分子和H2O分子的中心原子杂化类型不同
C.催化剂a、b表面均发生了极性共价键的断裂
D.在催化剂b作用下发生转化得到的两种生成物,均为直线形分子
【解析】选A。反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值,则根据键能数据可知,该反应的反应热ΔH=a kJ·mol-1+3b kJ·mol-1-2×3c kJ·mol-1,则每生成2 mol NH3,放出(6c-a-3b)kJ热量,选项A正确;水分子中价电子数=2+×(6-2×1)=4,水分子中含有2个孤电子对,所以氧原子采取sp3 杂化,氨气中价层电子对个数=3+×(5-3×1)=4且含有1个孤电子对,所以N原子采用sp3杂化,杂化方式相同, 选项B错误;催化剂a表面是氢气和氮气反应生成氨气,催化剂a表面发生了非极性键(氢氢键和氮氮键)的断裂,催化剂b表面发生了非极性共价键(氧氧双键)的断裂,选项C错误;在催化剂b作用下发生转化得到的两种生成物H2O和NO,NO为直线形分子,H2O为角形分子,选项D错误。
二、非选择题(本题包括2小题)
8.(16分)(2021·济宁高二检测)根据图示和所学化学键知识回答下列问题:
(1)甲醛(CH2O)分子的空间结构为________,其中碳原子的杂化方式是________。
(2)下列对甲醛分子碳氧键的判断中,正确的是______。
①单键 ②双键 ③极性键 ④非极性键 ⑤σ键 ⑥π键 ⑦σ键和π键 ⑧配位键
(3)下列关于CH4和CO2的说法正确的是________(填序号)。
a.固态CO2属于分子晶体
b.CH4分子中含有极性共价键,是极性分子
c.因为碳氢键键能小于碳氧键,所以CH4熔点低于CO2
d.CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
【解析】(1)根据球棍模型可知甲醛(CH2O)分子的空间结构为平面三角形,其中碳原子的杂化方式是sp2;(2)甲醛分子中碳氧键是双键,①错误,②正确;碳和氧是不同的非金属元素,因此二者形成的是极性键,③正确,④错误;双键中含有1个σ键和1个π键,⑤、⑥错误,⑦正确,甲醛分子中不存在配位键,⑧错误,答案选②③⑦;(3)a.固态CO2属于分子晶体,a正确;b.CH4分子中含有极性共价键,属于正四面体结构,是非极性分子,b错误;c.分子晶体的熔点与分子间作用力有关系,与化学键无关,c错误;d.CH4和CO2分别是正四面体形和直线形结构,分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp杂化,d正确,答案选a、d。
答案:(1)平面三角形 sp2 (2)②③⑦ (3)a、d
9.(19分)X、Y、Z、M、R五种元素的原子序数依次增大,只有X、Y、Z为短周期元素,相关信息如表:
元素 相关信息
X 基态原子核外有3个能级,且各能级电子数目相等
Y 常见化合价只有0、-1、-2
Z 单质为黄绿色有毒气体
M 第四周期d区元素,基态原子的核外有6个未成对电子
R 第五周期,与X处于同一主族
(1)元素X、Y电负性的大小顺序是________(用元素符号表示)。
(2)XYZ2分子中所有原子均满足8电子构型,分子中σ键与π键的数目比为______。
(3)元素Y可形成一种氢化物的空间结构如图所示,中心原子Y的杂化方式是________,该分子为_____________(填“极性”或“非极性”)分子。
(4)元素M基态原子的价电子排布式为________,MO5中M的化合价为+6价,则该分子中含有过氧键的数目为________________。
(5)元素R与Z可形成化合物RZ2,用价电子对互斥理论推断该分子的空间构型为________,分子中Z—R—Z的键角________120°(填“>”“=”或“<”)。
【解析】X、Y、Z、M、R五种元素的原子序数依次增大,只有X、Y、Z为短周期元素,X的基态原子核外有3个能级,且各能级电子数目相等,其核外电子排布为1s22s22p2,则X为C元素;Y的常见化合价只有0价、-1价、-2价,则Y为O元素;Z单质为黄绿色有毒气体,Z为Cl元素;M为第四周期d区元素,基态原子的核外有6个未成对电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,则M为Cr元素;R位于第五周期,与X处于同一主族,则R为Sn元素。根据上述分析,X为C元素,Y为O元素,Z为Cl元素,M为Cr元素,R为Sn元素。
(1)X为C,Y为O,同一周期从左向右,电负性逐渐增强,则电负性:O>C;
(2)XYZ2为COCl2,COCl2分子中所有原子均满足8电子构型,说明其分子中含有1个C＝O键和两个C—Cl键,每个双键中含有1个σ键和1个π键,则COCl2分子中σ键与π键之比为 (1+2)∶1=3∶1;
(3)Y为O,根据图示可知,该氢化物为H2O2,其分子中含有的H—O键为极性键,且分子结构不对称,属于极性分子;H2O2的中心原子O原子杂化轨道数为4,采取sp3杂化;
(4)M为Cr,原子序数为24,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,则Cr的价电子排布式为3d54s1;CrO5中Cr的化合价为+6价,设过氧键的数目为x,由化合物中正负化合价代数和为0可知,x×2×(-1)+(5-2x)×(-2)+6=0,解得:x=2;
(5)元素R与Z可形成化合物RZ2为SnCl2,分子中Sn原子价层电子对个数=2+=3,含有一个孤电子对,Sn原子是sp2杂化,为角形结构,孤电子对之间的排斥力>孤电子对和成键电子对之间的排斥力>成键电子对之间的排斥力,所以Cl—Sn—Cl的键角<120°。
答案:(1)O>C (2)3∶1 (3)sp3 极性 (4)3d54s1 2 (5)角形 <
素养达标
一、选择题(本题包括3小题)
10.下列有机物中含有两个手性碳原子的是( )
A.
B.
C.
D.
【解析】选B。由有机物的结构可以看出,A、C、D三项中没有手性碳原子;B项中每个与氯原子相连的碳原子都是手性碳原子。
11.(双选)(2021·石家庄高二检测)CO的催化氧化在消除环境污染、净化空气等方面有重要价值。最新研究发现:常温下CO在Au/BN表面很难被O2氧化,但在H2O的参与下反应很容易发生,转化示意图如图:
下列说法正确的是( )
A.CO2和H2O均只含极性共价键,且为极性分子
B.过程①有氢键形成
C.催化剂可以改变反应的路径,但不会改变反应速率和限度
D.在H2O和Au/BN的共同作用下,CO易被O2氧化
【解析】选B、D。CO2和H2O的结构式分别为O＝C＝O、,二者均只含极性共价键,H2O为极性分子,但CO2为非极性分子,A不正确;从图中可以看出,过程①中O2中的1个O原子与H2O分子中的1个H原子形成氢键,B正确;温度、压强一定时,催化剂可以改变反应的路径和反应速率,但不能改变反应的限度,C不正确;从图中可以看出,常温下,在H2O和Au/BN的共同作用下,CO易被O2氧化成CO2,D正确。
12.(双选)硅烷是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。其分子结构和CH4相似,但Si—H键键能比C—H键键能低。下列判断错误的是( )
A.SiH4分子呈正四面体形
B.SiH4分子是极性分子
C.因为Si—H键键能比C—H键键能低,所以SiH4沸点低于CH4沸点
D.SiH4分子稳定性低于CH4分子,因为C—H键键能高
【解析】选B、C。甲烷分子为正四面体构型,SiH4的分子结构与CH4类似,因此SiH4具有正四面体的构型,故A正确;SiH4是正四面体的构型,正负电荷重心重合,是正四面体结构,所以是非极性分子,故B错误;结构相似的分子晶体,相对分子质量越大沸点越高,所以SiH4沸点高于CH4沸点,故C错误;中心元素的非金属性越强对应氢化物越稳定,因为碳的非金属性强于硅,则C—H键键能高,所以CH4分子稳定,故D正确。
二、非选择题(本题包括1小题)
13.(2021·吉林高二检测)有A、B、C、D、E五种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中C、E是金属元素;A和E属同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1。B和D也属同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。请回答下列问题:
(1)写出A、B、C、D、E五种元素的元素符号:
A是___________,B是______________,C是______________,D是_________,E是_______________。
(2)D元素在周期表中的位置为_____________。
(3)B元素的价电子排布为________________。
(4)元素的电负性的大小关系是B______________D(填“>”“<”或“=”),C与E的第一电离能的大小关系是C______________E(填“>”“<”或“=”)。
(5)A2D属于______________(填“极性”或“非极性”)分子,其分子的空间构型为______________,其中所含化学键类型为______________(填“极性键”或“非极性键”)。
(6)D、E元素形成的化合物的电子式为________________。
【解析】A、E同主族,且最外层电子排布为ns1,可知为ⅠA 族元素,又因为E为金属元素,且原子序数E>D>C>B>A,则A为氢元素,E可能为钠或钾元素;B、D同主族,且最外层的p能级电子数是s能级电子数的2倍,故二者价电子排布为ns2np4,为ⅥA族元素,B为氧元素,D为硫元素,则E为钾元素;C原子最外层电子数等于D原子最外层电子数的一半,故C为铝元素。
答案:(1)H O Al S K (2)第3周期ⅥA族
(3)2s22p4 (4)> > (5)极性 角形 极性键
(6)
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