2025鲁科版高中化学选择性必修2同步--分层作业11　分子的空间结构与分子性质（含解析）

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2025鲁科版高中化学选择性必修2
分层作业11　分子的空间结构与分子性质
A级必备知识基础练
题组1.分子的对称性
1.下列化合物分子中含有两个不对称碳原子的是(　　)
A. B.
C. D.
2.助力神舟十三号载人飞船顺利飞向太空的运载火箭发动机以偏二甲肼和液态N2O4为主要燃料,工作时发生的反应为(H3C)2N—NH2+2N2O43N2+4H2O+2CO2。下列有关说法错误的是(　　)
A.偏二甲肼[(H3C)2N—NH2]分子中C为手性碳原子
B.H、C、N、O电负性依次增大
C.C、N、O第一电离能由大到小的顺序:N、O、C
D.等物质的量N2、CO2分子含有相同数目的π键
3.下列物质不存在对称面和对称轴的是(　　)
A.SO2 B.NH3
C.CHClBrOH D.H2S
4.下列化合物中具有旋光性的是(　　)
A.C(CH3)2F2 B.CH3CH2OH
C. D.
5.已知3-氯-2-丁氨酸的结构简式为,一个3-氯-2-丁氨酸分子中含有　　　　　个手性碳原子。其中一对镜像异构体用简单的投影式表示为和
则另一对镜像异构体的简单投影式为和　　　　　。
题组2.分子的极性
6.下列分子中,属于非极性分子的是(　　)
A.SO2 B.NH3
C.BBr3 D.COCl2
7.CO2、CH4、BF3都是非极性分子,SO2、H2O、NH3都是极性分子,由此推测ABn型分子是非极性分子的经验规律是(　　)
A.所有原子在同一平面
B.分子中每个键的键长应相等
C.分子中的每个键角相等
D.在ABn中A原子没有孤电子对
8.下列说法正确的是(　　)
A.极性溶质一定易溶于极性溶剂,非极性溶质一定易溶于非极性溶剂
B.用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近四氯化碳液流,四氯化碳液流流动方向发生变化
C.硫黄难溶于水,易溶于CS2,符合相似相溶原理
D.H2O是极性分子,CO2可溶于H2O,因此CO2是极性分子
9.下列事实与分子的极性不相关的是(　　)
A.CO2能溶于水
B.NH3易溶于水,难溶于CCl4
C.微波炉的原理:微波可以使水分子共振
D.用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近水流,水流方向发生变化
10.有A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的核电荷数按C、A、B、D、E的顺序依次增大。C、D都能分别与A按原子个数比为1∶1或2∶1形成化合物。CB可与EA2反应生成C2A和气态物质EB4。E的M层电子数是K层电子数的2倍。回答下列问题。
(1)写出元素的名称:A　　　;E　　　　。
(2)写出EC4中E的化合价:　　　　　　。
(3)写出D2A2的化学键种类:　　　　　　　　。
(4)C2A是由　　　　(填“极性”或“非极性”,下同)键形成的　　　　　分子;EB4是由　　　　键形成的　　　　分子。
(5)任写一种与C2A互为等电子体的微粒　　　　(写化学式)。
B级关键能力提升练
以下选择题中,有1~2个选项符合题意。
11.H2O2是常用的氧化剂,其分子结构如图所示,两个氢原子犹如在半展开的书的页面上。下列关于H2O2的说法正确的是(　　)
A.H2O2是非极性分子
B.H2O2分子中O原子采取sp2杂化
C.H2O2在H2O中的溶解度小于在苯中的溶解度
D.H2O2的电子式:
12.有X、Y、Z、Q、T五种元素,X元素原子的M电子层的p轨道上有两个未成对电子且无空轨道;Y元素原子的价电子排布式为3d64s2,Z元素原子的L电子层的p轨道上有一个空轨道;Q元素原子的L电子层的p轨道上只有一对成对电子;T元素原子M电子层的p轨道上有三个未成对电子。下列说法不正确的是(　　)
A.T元素有一种单质的空间结构为正四面体形
B.ZQ分子中含有2个σ键和1个π键
C.X元素和Q元素能形成两种只含极性键的极性分子
D.Z元素与X、Q元素均能形成直线形非极性分子
13.我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如下图所示,从结构角度分析R中两种阳离子的不同之处是(　　)
A.中心原子的杂化轨道类型
B.共价键之间的夹角
C.空间结构
D.共价键类型
14.SO3和O3的混合气体经光解作用可生成一种新分子,结构简式如下所示,下列说法正确的是(　　)
A.O3的键角为109°28'
B.SO3与O3均为非极性分子
C.SO3的空间结构为平面三角形
D.O3中心原子为sp2杂化
15.硫-氮化合物是现代无机化学研究的热点之一。如图是已经合成的某硫-氮化合物(S4N4)的分子结构。下列有关该物质的说法正确的是(　　)
A.其分子中各原子最外层都达到了8电子稳定结构
B.其分子中只含极性键
C.其分子是极性分子
D.其与化合物S2N2互为同素异形体
16.X、Y、Q、Z、W、M、N是原子序数依次增大的前四周期元素,X的核外电子总数与其电子层数相同;Y和W同主族且W的原子序数为基态Y原子价电子数的3倍;Z是同周期中电负性最大的元素,Z与M同主族;基态N原子d轨道中成对电子与单电子的数目比为4∶3。下列说法不正确的是(　　)
A.简单离子半径大小顺序:W>Y>Q>Z
B.W、M形成的一种化合物以[WM4]+[WM6]-形式存在,其中[WM6]-的空间结构可能是正八面体
C.Y与X形成的Y2X4为极性分子
D.元素N位于元素周期表的第4周期ⅦB族
17.气态PCl5的分子结构如图所示,下列说法中不正确的是(　　)
A.每个原子都达到8电子稳定结构
B.键角有60°、90°、120°、180°几种
C.分子中5个P—Cl键键能不同
D.PCl5为非极性分子
18.下列关于N、NH3、N三种微粒的说法正确的是(　　)
A.三种微粒中氮原子的杂化方式不相同
B.键角大小关系:N>NH3>N
C.三种微粒的空间结构相同
D.三种微粒所含有的电子数相等
19.科学家发现铂的两种化合物a()和b()。实验测得a和b具有不同的特性:a具有抗癌作用,而b没有。则下列关于a、b的叙述正确的是(　　)
A.a和b属于同分异构体
B.a和b中心原子为sp3杂化
C.a和b都为极性分子
D.a和b的空间结构是四面体形
20.有A、B、C、D四种主族元素,原子序数依次增大,A元素原子2p轨道上有2个未成对电子。B元素原子的p轨道中有3个未成对电子,其简单氢化物在水中的溶解度在同族元素所形成的简单氢化物中最大。C的最高化合价和最低化合价的代数和为4,其最高价氧化物中含C的质量分数为40%,且其核内质子数等于中子数。D元素原子得一个电子填入3p轨道后,3p轨道为全充满状态。请回答下列问题:
(1)AC2分子中含有　　　　　个π键,属于　　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。
(2)B的简单氢化物的空间结构为　　　　　,B原子采用　　　　　杂化。
(3)C元素的电负性　　　　　(填“>”“<”或“=”)D元素的电负性,用一个化学方程式表示:
　 。
C级学科素养拔高练
21.回答下列问题:
(1)A、B、C、D四种元素,已知A原子核内只有一个质子,B原子的电子总数恰好与D原子最外层电子数相等,且D原子最外层电子数是其次外层电子数的3倍,又知A、B、C、D的原子序数依次增大。据此推知:
①B与D组成的化合物中,属于极性分子的化学式为　　　　　;属于非极性分子的结构式为　　　　　　　　　　　。
②A与C组成的四核分子属于　　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。
③由A、B、D组成的相对分子质量最小的分子属于　　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。
(2)①CH3COO[Cu(NH3)2]中C原子轨道的杂化类型是　　　　　。与NH3分子互为等电子体的阴离子为　　　　　。
②的空间结构为　　　　　(用文字描述);NaNT可由(双聚氰胺)为原料制备。双聚氰胺中碳原子杂化轨道类型为　　　　　。
③草酸(HOOCCOOH)分子中碳原子轨道的杂化类型是　　　　　;与SiF4互为等电子体的阴离子的化学式为　　　　　。
④苯甲醇()中碳原子的杂化轨道类型为　　　　　。与B互为等电子体的阳离子为　　　　　(填化学式),B的空间结构为(用文字描述)　　　　　　。
答案：
1.B　解析 根据不对称碳原子的定义判断,A项中有一个不对称碳原子,B项中有两个不对称碳原子,C项中有三个不对称碳原子,D项中没有不对称碳原子。
2.A　解析 偏二甲肼[(H3C)2N—NH2]分子中C连接的四个原子中有3个H,不属于手性碳原子,A错误;根据同周期从左到右电负性逐渐增大,同主族从上到下电负性逐渐减小,H、C、N、O电负性依次增大,故B正确;根据同周期从左到右第一电离能呈增大趋势,但ⅡA族大于ⅢA族,ⅤA族大于ⅥA族,则C、N、O第一电离能由大到小的顺序:N、O、C,故C正确;氮气含有氮氮三键,二氧化碳含有两个碳氧双键,因此等物质的量的N2、CO2分子含有相同数目的π键,故D正确。
3.C　解析 SO2、NH3、H2S均含对称面和对称轴,CHClBrOH中的碳原子为不对称碳原子,本身为手性分子,不存在对称轴与对称面。
4.D　解析 手性分子具有旋光性,中心原子连有四个不同的原子或基团的化合物才具有手性。A项中C原子连有两个—CH3、两个F原子,故A项不是手性分子;分子中两个C原子分别连有2种和3种不同的原子或基团,故B项不是手性分子;分子中1、3号C原子结构对称,故2号C原子连有3种原子或基团,1、3号C原子均连有2个氢原子,即连有3种不同原子或基团,故C项不是手性分子;分子中2号C原子连有—CH3、—H、—COOH、—OH四种不同的原子或基团,故D项是手性分子。
5.答案 2　
解析 根据手性碳原子周围连接四个不同的原子或基团这一规律可以判断该物质的手性碳原子个数;参照例子可以知道对应异构体关系就像我们照镜子一样,其另一种就是该物质在镜子中的“镜像”。
6.C　解析 根据价电子对互斥理论可得四种分子的结构如下:、、、,SO2、NH3分子中含有极性键,各键的空间排列不对称,为极性分子;C项,虽然BBr3分子中含有极性键,但各键的空间排列对称,平面正三角形,为非极性分子;D项,分子中正、负电荷的重心不重合,为极性分子。
7.D　解析 CO2、CH4、BF3的中心原子的所有价电子都参与成键,没有孤电子对,都是对称结构,而SO2、H2O、NH3中含有孤电子对,都不是对称结构。
8.C　解析 “相似相溶”原理是经验规律,存在特殊情况,部分有机化合物分子是极性分子,但因为极性很弱,所以大部分难溶于水,故A错误;CCl4是非极性分子,不具有正、负极,用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近四氯化碳液流,液流流动方向不变,B错误;根据“相似相溶”原理,硫黄难溶于H2O而易溶于CS2,故C正确;CO2是非极性分子,CO2溶于H2O时,部分与H2O反应生成H2CO3,故D错误。
9.A　解析 CO2能溶于水的原因是CO2能和水发生反应,与分子的极性无关,A符合题意;氨气、水均为极性分子,四氯化碳为非极性分子,根据相似相溶可知,NH3易溶于水,难溶于CCl4,故B不符合题意;水分子是极性分子,有正、负极,当水分子遇上电场,它会调整方向,最终共振,故C不符合题意;用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近水流,水流方向发生变化,说明水分子为极性分子,故D不符合题意。
10.答案 (1)氧　硅　(2)+4　(3)非极性键、离子键　(4)极性　极性　极性　非极性　(5)H2S(合理即可)
解析 E的M层电子数是K层电子数的2倍,故E应为Si,且可知EA2为SiO2,气态EB4为SiF4,由反应4HF+SiO2SiF4↑+2H2O可知,C为H,A为O,B为F,C、D分别与A形成原子个数比为1∶1或2∶1的化合物,可判断D为Na。
11.D　解析 H2O2是由极性键和非极性键构成的极性分子,A错误;H2O2分子中O原子采取sp3杂化,B错误;过氧化氢为极性分子,水为极性溶剂而苯为非极性溶剂,根据“相似相溶”原理知,H2O2在H2O中的溶解度大于在苯中的溶解度,C错误;H2O2为共价化合物,各原子达到稳定结构,其电子式为,D正确。
12.BC　解析 X元素原子的M电子层的p轨道上有两个未成对电子且无空轨道,则其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,X为S元素;Y元素原子的价电子排布式为3d64s2,Y为Fe元素;Z元素原子的L电子层的p轨道上有一个空轨道,则其基态原子的价电子排布式为2s22p2,Z为C元素;Q元素原子的L电子层的p轨道上只有一对成对电子,Q为O元素;T元素原子M电子层的p轨道上有三个未成对电子,T为P元素。白磷的空间结构为正四面体形,A正确;CO的结构式为C≡O,分子中含有1个σ键和2个π键,B错误;SO2分子中S原子的价电子对数为2+×(6-2×2)=3,且含一对孤电子对,采取sp2杂化,为角形分子,结构不对称,属于极性分子,SO3中S原子的价电子对数为3+×(6-2×3)=3,无孤电子对,采取sp2杂化,为平面三角形结构,结构对称,属于非极性分子,C错误;CS2与CO2的结构相似,为直线形分子,结构对称,均属于非极性分子,D正确。
13.BC　解析 由上述分析可知,N和H3O+中心原子的杂化轨道类型均为sp3杂化,故A不符合题意;N的空间结构为正四面体,键角为109°28',H3O+的空间结构为三角锥形,由于O的孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对之间的斥力,导致键角小于109°28',故B符合题意;N的空间结构为正四面体,H3O+的空间结构为三角锥形,故C符合题意;N和H3O+中含有的共价键均为σ键,故D不符合题意。
14.CD　解析 O3分子中中心原子的价电子对数是2+=3,中心原子为sp2杂化,键角大于109°28',A错误,D正确;SO3分子中硫原子价电子对数是3+=3,中心原子为sp2杂化,不存在孤电子对,SO3分子的空间结构为平面三角形,正、负电荷重心重合,为非极性分子,O3空间结构为角形,为极性分子,B错误,C正确。
15.AC　解析 硫原子最外层有6个电子,若形成两个共价单键,则达到8电子稳定结构,氮原子最外层有5个电子,若形成3个共价单键,则达到8电子稳定结构,据图可知,A项正确;该物质的分子中既含S—N极性键,也含N—N非极性键,B项错误;该分子正、负电荷重心不重合,属于极性分子,C项正确;同素异形体描述的对象是单质,而不是化合物,D项错误。
16.D　解析 X、Y、Q、Z、W、M、N是原子序数依次增大的前四周期元素,X的核外电子总数与其电子层数相同,则X为H元素;Z和M同主族,Z是同周期中电负性最大的元素,推知Z为F、M为Cl;Y和W同主族且W的原子序数为基态Y原子价电子数的3倍,可推知Y为N元素、W为P元素,故Q为O元素;基态N的d轨道中成对电子与单电子的数目比为4∶3,N的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2,故N为Co。电子层数越多,半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小,则简单离子半径大小顺序为P3->N3->O2->F-,故A正确;P、Cl形成的一种化合物以[PCl4]+[PCl6]-形式存在,其中[PCl6]-中心原子价电子对数为6+(5+1-6×1)=6,空间结构可能是正八面体,故B正确;Y2X4为N2H4,每个N原子与连接的两个H原子及另一个N原子构成三角锥形,每个N原子上都有一对孤电子对,故N2H4一定为极性分子,故C正确;N为Co,元素N位于元素周期表的第4周期Ⅷ族,故D错误。
17.AB　解析 P原子最外层有5个电子,形成5对共用电子对,所以PCl5中P的最外层电子数为10,不满足8电子稳定结构,故A错误;上下两个顶点与中心P原子形成的键角为180°,中间为平面三角形,构成三角形的键角为120°,顶点与平面形成的键角为90°,所以键角有90°、120°、180°几种,故B错误;键长越短,键能越大,P—Cl键长不同,所以键能不同,故C正确;PCl5为对称结构,正、负电荷重心重合,为非极性分子,故D正确。
18.BD　解析 N氮原子价电子对个数=σ键个数+孤电子对数=4+=4,所以N原子采用sp3杂化;NH3中N原子价电子对数为3+=4,所以N原子采用sp3杂化;N中N原子价电子对数为2+=4,所以N原子采用sp3杂化,A错误;N中,不含孤电子对,氨分子中含1对孤电子对,N含2对孤电子对,含有孤电子对越多,分子中的键角越小,所以键角大小关系:N>NH3>N,B正确;N为正四面体结构,氨分子空间结构为三角锥形,N空间结构为角形,故三种微粒的空间结构不同,C错误;N、NH3、N三种微粒,每个微粒中所含有的电子数都为10,D正确。
19.A　解析 因为a和b具有不同的特性,性质不同说明结构不同,而a与b的分子式是相同的,所以a和b互为同分异构体,故A正确;a和b的空间结构若是四面体形,两个氯原子就不存在相邻和相间之分,因此a与b的空间结构只能是平面四边形,中心原子不可能为sp3杂化,B、D错误。根据分子的空间结构,a中正、负电荷重心不重合,为极性分子,b中正、负电荷重心重合,为非极性分子,故C错误。
20.答案 (1)2　非极性　(2)三角锥形　sp3　(3)<　H2S+Cl22HCl+S↓
解析 由题意可知,A元素原子的核外电子排布式为1s22s22p2或1s22s22p4,A为碳元素或氧元素。B元素原子的价电子排布式为ns2np3,为ⅤA族元素,由B的简单氢化物的溶解度信息可知B为氮元素,则A为碳元素。C的最高正价和最低负价的代数和为4,其为ⅥA族元素,为硫元素。D元素原子的价电子排布式为3s23p5,D为氯元素。(1)CS2的结构式为SCS,含有2个π键,为直线形结构,属于非极性分子。(2)NH3分子中N原子采用sp3杂化,其中一个杂化轨道被孤电子对占有,空间结构为三角锥形。(3)硫、氯同周期,一般来说,同周期元素的电负性随原子序数的递增而增大,所以电负性:S21.答案 (1)①CO　OCO　②极性　③极性
(2)①sp3和sp2　C　②正四面体形　sp和sp2
③sp2　S　④sp3和sp2　N　正四面体形
解析 (1)A原子核内只有一个质子,则A为氢元素。D原子最外层电子数是次外层电子数的3倍,其原子结构为 ,则D为氧元素。B原子的电子总数等于氧原子最外层电子数,则B为碳元素。又知A、B、C、D的原子序数依次增大,所以C为氮元素。B与D可形成CO和CO2两种化合物,其中CO2为非极性分子;A与C形成的化合物NH3为极性分子。由A、B、D组成的相对分子质量最小的分子为甲醛,属于极性分子。
(2)①CH3COO[Cu(NH3)2]中甲基上的C原子有4个价电子对,其轨道的杂化类型是sp3,—COO—上的C原子的价电子对数是3,其轨道的杂化类型是sp2。与NH3分子互为等电子体的阴离子为C。②的中心原子Cl的价电子对是4+×(7+1-2×4)=4,空间结构为正四面体形;(双聚氰胺)中以双键和氮原子连接的碳原子的价电子对数为3,碳原子杂化轨道类型为sp2,—CN上的碳原子的价电子对数为2,碳原子的轨道杂化类型为sp。③草酸(HOOCCOOH)分子中碳原子的价电子对数均为3,所以轨道的杂化类型是sp2;与SiF4互为等电子体的阴离子是S。④苯甲醇()中和羟基相连的碳原子有4个价电子对,其轨道的杂化类型是sp3,苯环上的C原子的价电子对数是3,其轨道的杂化类型是sp2。与B互为等电子体的阳离子为N,B的中心原子B的价电子对数=4+×(3+1-4×1)=4,所以其空间结构为正四面体形。
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