专题4 分子空间结构与物质性质复习提升

本专题复习提升
易混易错练
易错点1　判断粒子的空间结构及其中心原子的杂化方式时出错
1.臭氧通常存在于距离地面25km左右的高层大气中,它能有效阻挡紫外线,保护人类健康。但是在近地面,臭氧却是一种污染物。下列说法错误的是(　　)
A.O3分子的空间构型为V形
B.O3是由非极性键构成的极性分子
C.O3在四氯化碳中的溶解度高于在水中的溶解度
D.同周期主族元素中第一电离能比O大的有2种元素
2.下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是(　　)
选项 粒子 空间结构 解释
A 氨基负离子(N) 直线形 N原子采用sp杂化
B 二氧化硫(SO2) V形 S原子采用sp3杂化
C 碳酸根离子(C) 三角锥形 C原子采用sp3杂化
D 乙炔(C2H2) 直线形 C原子采用sp杂化
易错点2　混淆分子的极性和化学键的极性
3.下列各组都是由极性键构成的极性分子的是(　　)
A.丙烯和CO2　　　　　　B.CCl4和H2S
C.H2O和NH3　　　　　　D.H2O2和CS2
4.下列说法正确的是(　　)
A.NH3是非极性分子,分子中N处在3个H所组成的三角形的中心
B.CO2和SO2都是由极性键构成的非极性分子
C.碘易溶于CCl4的现象,不能用“相似相溶规则”解释
D.分子的极性:BCl3易错点3　误判配合物的结构与性质
5.下列关于物质的结构和性质叙述正确的是(　　)
A.已知臭氧是极性很微弱的分子,它在四氯化碳中的溶解度小于在水中的溶解度
B.将[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O溶于水中,加入足量的AgNO3溶液,所有Cl-均被完全沉淀
C.已知二茂铁[Fe(C5H5)2]熔点是173℃(在100℃时开始升华),沸点是249℃,不溶于水,易溶于苯等非极性溶剂。在二茂铁结构中,C5与Fe2+之间以离子键相结合
D.接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比按化学式H2O计算出来的大一些
6.氮及其化合物在生产生活中具有广泛应用。氮气经过一系列的变化可以合成氨、氮的氧化物、硝酸等重要的化工原料;NO能被FeSO4溶液吸收生成配合物[Fe(NO)(H2O)5]SO4,减少环境污染。下列说法正确的是(　　)
A.Fe2+提供孤电子对用于形成配位键
B.Fe2+与配体NO、H2O中的氧原子形成配位键
C.配离子为[Fe(NO)(H2O)5]2+,中心原子的配位数为6
D.该配合物中所含的非金属元素均位于元素周期表的p区
思想方法练
从证据推理的角度运用杂化轨道理论、价层电子对互斥模型
方法概述
1.利用价层电子对互斥模型、杂化轨道理论判断杂化轨道空间结构。
价电子对数杂化轨道数杂化轨道类型杂化轨道空间结构
2.利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构。
1.NCl3和SiCl4均可发生水解反应,其中NCl3的水解机理示意图如下:
下列说法正确的是(　　)
A.NCl3和SiCl4均为极性分子
B.NCl3和NH3中的N均为sp2杂化
C.SiCl4中原子均满足8电子稳定结构
D.N的空间结构为平面正四边形
2.下列叙述正确的是(　　)
A.CH4中H—C—H的键角为109°28',NH3中H—N—H的键角为107°18',H2O中H—O—H的键角为104°30',说明孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力
B.S的空间结构是正四边形
C.分子中键角的大小:BeCl2>SnCl2>SO3>NH3>CCl4
D.C的空间构型是三角锥形
3.磷酸奥司他韦结构如图所示,下列关于该物质的说法正确的是(　　)
A.该物质由4种元素组成
B.分子中的CO键的键能小于C—O键的键能
C.P的空间结构与其VSEPR模型相同
D.N原子的杂化方式与C相同
4.对氮氧化物进行催化还原的一步反应为[Cu(NH3)4]2++NO[Cu(NH3)2]++N2+N+H2O。下列有关说法不正确的是(　　)
A.若[Cu(NH3)4]2+为平面结构,则离子中Cu2+采用sp3杂化
B.NH3、N、H2O的VSEPR模型相同
C.反应中[Cu(NH3)4]2+既是氧化剂又是还原剂
D.每生成1molN2,反应生成2molπ键
5.高效“绿色”消毒剂二氧化氯通常为气体,实验室制备ClO2气体的化学方程式为6NaClO2+NCl3+3H2O6ClO2↑+NH3↑+3NaCl+3NaOH。下列有关说法正确的是(　　)
A.NH3的键角小于H2O的键角
B.NCl3中所有原子最外层都满足8 电子稳定结构
C.Cl中Cl的杂化方式为 sp2
D.NaClO2和NaOH含有的化学键类型不同
6.科学家发现金星大气中存在PH3,据此推断金星大气层可能存在生命。利用下列反应可制备PH3:P4+3KOH(浓)+3H2O3KH2PO2+PH3↑。下列说法正确的是(　　)
A.PH3为非极性分子
B.中子数为10的氧原子可表示为108O
C.H2O分子的空间构型为V形
D.1个P4分子中含有4个σ键
7.一水合甘氨酸锌是一种矿物类饲料添加剂,结构如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.一水合甘氨酸锌中C、N原子的杂化轨道类型都为sp3
B.一个一水合甘氨酸锌分子中含有2个π键
C.基态Zn2+外围电子排布式为3d84s2
D.一水合甘氨酸锌中Zn属于d区
8.下列说法不正确的是(　　)
A.用价层电子对互斥模型预测H2S、BF3的空间结构分别为V形、平面三角形
B.分子晶体中一定存在分子间作用力,不一定存在共价键
C.1mol晶体硅中含有4molSi—Si键
D.仅含极性共价键的分子可以是极性分子,也可以是非极性分子
9.从微粒结构角度分析,下列说法正确的是(　　)
A.OF2与H2O的立体构型同为V形,因O与H的电负性差值大于O与F的电负性差值,而且OF2中氧原子上有两对孤电子对,减弱了F—O键中共用电子对偏向F而产生的极性,所以水分子的极性比OF2的极性小
B.过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色,与其d轨道电子排布有关。一般d0或d10排布无颜色,d1~d9排布有颜色。据此判断[Co(H2O)6]2+和[Mn(H2O)6]2+中只有一种有颜色
C.三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式,两种形式中S原子的轨道杂化类型相同
D.南京理工大学化工学院胡炳成教授团队成功合成世界首个五氮阴离子盐,其局部结构如图所示:,其中两种阳离子中心原子的轨道杂化类型相同,阴离子中所有的氮原子在同一平面内
10.乙炔(C2H2)和丙烯腈(CH2CHCN)是有机合成工业的重要原料。实验室常用CaC2和H2O反应制取乙炔,用乙炔和氢氰酸(HCN)在氯化亚铜等催化作用下生产丙烯腈。
(1)Cu+的基态核外电子排布式为　　　　　　　。Cu元素在周期表中的位置为　　　　　　　。无水CuSO4晶体是白色的,溶于水得蓝色溶液,显蓝色的离子的化学式为　　　　　　　　　。
(2)的电子式为　　　　　。
(3)与CN-互为等电子体的分子是　　　　　　(填一种常见稳定物质的化学式)。
(4)丙烯腈分子中碳原子的杂化轨道类型是　　　　　。
(5)1mol丙烯腈分子中含π键的物质的量为　　　mol。
(6)丙烯腈(CH2CHCN)分子中共面的原子数目最多为　　　。
(7)H2O分子的价电子对分布的几何构型是　　　　　　,分子的空间结构是　　　　　　。水凝结成冰,冰中水分子的配位数是　　　　,冰的密度比水小,原因是　　　　　　　　　　　　　　　。
答案与分层梯度式解析
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易混易错练
1.B　O3分子的空间构型为V形,A正确;O3分子的正、负电荷重心不相重合,共价键为极性共价键,B错误;臭氧是弱极性分子,水是极性分子,四氯化碳是非极性分子,O3在水中的溶解度低于在四氯化碳中的溶解度,C正确;同一周期从左往右,主族元素的第一电离能呈增大趋势,但ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素,同周期主族元素中第一电离能比O大的有N、F2种元素,D正确。
易错提示　易误认为O3的中心原子采用sp杂化,从而对O3的空间构型及分子极性判断错误。
2.D　N中氮原子的价电子对数为4、孤电子对数为2,所以N中N采用sp3杂化,N的空间结构为V形,A错误;SO2中硫原子的价电子对数为3、孤电子对数为1,所以SO2中硫原子采用sp2杂化,SO2的空间结构为V形,B错误;C中碳原子的价电子对数为3、孤电子对数为0,所以C中碳原子采用sp2杂化,C的空间结构为平面三角形,C错误;乙炔分子中含有碳碳三键,中心原子C采用sp杂化,其空间结构为直线形,D正确。
3.C　A项,CO2属于非极性分子;B项,CCl4中只存在碳氯极性键,但CCl4属于非极性分子,H2S中只存在氢硫极性键,属于极性分子;C项,H2O中只存在氢氧极性键,属于极性分子,NH3中只存在氮氢极性键,属于极性分子;D项,H2O2中存在氧氧非极性键和氢氧极性键,属于极性分子,CS2属于非极性分子。故选C。
4.D　NH3中N原子采用sp3杂化,NH3为三角锥形分子,其正、负电荷重心不重合,是极性分子,A错误;SO2是极性分子,B错误;碘和CCl4都是非极性分子,碘易溶于CCl4,可用“相似相溶规则”解释,C错误;BCl3的空间构型为平面三角形,其正、负电荷重心相重合,为非极性分子,NCl3的空间构型为三角锥形,NCl3是极性分子,分子极性:BCl3易错分析　由极性键构成的分子不一定是极性分子。
5.D　臭氧虽为极性分子,但极性较弱,臭氧微溶于水,在四氯化碳中的溶解度大于在水中的溶解度,A错误;内界的氯离子不易电离,因此将[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O溶于水中,加入足量的AgNO3溶液,只有外界的Cl-被完全沉淀,B错误;C5与Fe2+之间形成化学键时亚铁离子提供空轨道,C提供孤电子对,二者形成配位键,C错误;接近水的沸点的水蒸气中水分子间因氢键而形成了“缔合分子”,因此接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式H2O计算出来的相对分子质量大一些,D正确。
易错分析　对于内界和外界微粒的性质判断易错,误认为内界氯离子也发生电离,导致错选。
6.C　Fe2+是中心原子,配合物中中心原子提供空轨道,配体提供孤电子对,A错误;Fe2+与NO中的氮原子、H2O中的氧原子形成配位键,B错误;配离子为[Fe(NO)(H2O)5]2+,中心原子的配位数为6,C正确;该配合物中所含的非金属元素有N、O、H、S,H位于s区,N、O、S位于p区,D错误。
易错分析　N和O原子都有孤电子对,但NO中与Fe2+形成配位键的是N原子而不是O原子,原因是N的电负性小,更易给出电子形成配位键。
思想方法练
1.C　NCl3的中心原子N的价电子对数为=4,采用sp3杂化,N的杂化轨道上有1对孤电子对,NCl3的空间构型为三角锥形,属于极性分子,SiCl4的空间构型为正四面体形,为非极性分子,A错误;NCl3和NH3的中心原子N的价电子对数均为=4,因此NCl3和NH3中的N均采用sp3杂化,B错误;SiCl4的电子式为·,氯原子和硅原子都达到8电子稳定结构,C正确;N的中心原子N的价电子对数为=4,其杂化轨道上无孤电子对,N的空间构型为正四面体形,D错误。
2.A　键角变小,说明孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力,A正确。S的价电子对数为4,其中心原子S上无孤电子对,S的空间结构是正四面体形,B错误。BeCl2的空间结构呈直线形,键角为180°;SnCl2的中心原子Sn的价电子对数为=3,Sn上有一对孤电子对,键角小于120°;SO3的空间结构为平面正三角形,键角为120°;NH3的空间结构为三角锥形,键角为107°18';CCl4的空间结构为正四面体形,键角为109°28';故分子中键角的大小:BeCl2>SO3>SnCl2>CCl4>NH3,C错误。C的中心原子C的价电子对数为=3,无孤电子对,因此其空间构型是平面三角形,D错误。
方法点津　比较键角大小的两种思维模型
(1)中心原子杂化轨道类型不同:sp>sp2>sp3。
(2)
3.C　该物质由C、H、O、N、P5种元素组成,A项错误;CO键的键长比C—O键短,一般,键长越短键能越大,则CO键的键能大于C—O键的键能,B项错误;P的中心原子P的价电子对数为=4,P采用sp3杂化,VSEPR模型为正四面体形,无孤电子对,空间构型为正四面体形,C项正确;分子中C有sp2和sp3两种杂化方式,N采用sp3杂化,D项错误。
4.A　若离子中Cu2+采用sp3杂化,[Cu(NH3)4]2+应为正四面体结构,A项错误;NH3和N中的N、H2O中的O的价电子对数都为4,所以NH3、N、H2O的VSEPR模型相同,都是四面体形,B项正确;由反应方程式可知,反应中NO中的氮元素、[Cu(NH3)4]2+中的铜元素的化合价降低,被还原,[Cu(NH3)4]2+中的部分氮元素的化合价升高,被氧化,即[Cu(NH3)4]2+既是氧化剂又是还原剂,C项正确;产物中只有氮气分子中含π键,1个三键中有2个π键,则每生成1molN2,反应生成2molπ键,D项正确。
5.B　NH3为三角锥形,键角为107°18',H2O为V形,键角为104°30',前者中心原子有一对孤电子对,后者中心原子有两对孤电子对,孤电子对之间的排斥力比孤电子对与成键电子对间的排斥力大,所以后者的键角小,A项错误;NCl3的电子式为,N和Cl的最外层均满足8e-稳定结构,B项正确;Cl中Cl的价电子对数为=4,成键电子对数为2,Cl采用sp3杂化,C项错误;Na+与Cl之间存在离子键,Na+与OH-之间存在离子键,Cl 和OH-内均含有共价键,故NaClO2和NaOH中所含化学键类型相同,D项错误。
6.C　PH3分子正、负电荷重心不重合,属于极性分子,A项错误;核素左上角数字表示质量数,质量数=质子数+中子数=8+10=18,应写成188O,B项错误;H2O中O上有两对孤电子对,O采用sp3杂化,H2O的空间构型为V形,C项正确;P4为正四面体结构,可用表示,1个P4中共有6个P—P键,即6个σ键,D项错误。
7.B　一水合甘氨酸锌中碳氧双键中的C采用sp2杂化,A错误;一个双键中含有一个π键,一个一水合甘氨酸锌分子中含有2个π键,B正确;基态Zn2+外围电子排布式为3d10,C错误;锌原子的外围电子排布式为3d104s2,Zn位于ds区,D错误。
8.C　在H2S分子中,中心S原子的价电子对数==4,有2对孤电子对,实际分子空间结构为V形;BF3分子的中心原子B的价电子对数==3,B原子上无孤电子对,所以其空间结构为平面三角形,A项正确。分子晶体的构成微粒是分子,分子间以分子间作用力结合形成晶体,因此分子晶体中一定存在分子间作用力;但构成物质的分子可以是单原子分子,也可以是双原子分子或多原子分子,若分子是单原子分子,则晶体中就不存在共价键,因此分子晶体中不一定存在共价键,B项正确。在晶体硅中,每个Si原子与相邻的4个Si原子形成Si—Si键,由于共价键是相邻的两个Si原子形成的,则1mol晶体Si中含有的Si—Si键的物质的量为4mol×=2mol,C项错误。仅含极性键的分子可能是极性分子(如HCl),也可能是非极性分子(如CCl4),D项正确。
9.D　水分子的极性比OF2的大,A错误。过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色,与其d轨道电子排布有关。一般d0或d10排布无颜色,d1~d9排布有颜色,Co2+的外围电子排布式为3d7,Mn2+的外围电子排布式为3d5,故[Co(H2O)6]2+和[Mn(H2O)6]2+都有颜色,B错误。单分子SO3中S原子的价电子对数为=3,其杂化方式为sp2,属于平面结构,三氧化硫的三聚分子固体中S原子采用sp3杂化,C错误。该五氮阴离子盐的两种阳离子为H3O+和N,其中心原子的价电子对数均为4,中心原子的杂化轨道类型都是sp3,由题图知中氮原子之间除形成σ键外,还形成大π键,即中N均采用sp2杂化,中所有的氮原子在同一平面内,D正确。
10.答案　(1)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10　第四周期第ⅠB族　[Cu(H2O)4]2+　(2)[··C C··]2-
(3)N2(或CO)　(4)sp和sp2　(5)3　(6)7
(7)四面体形　V形　4　氢键具有方向性
解析　(1)基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,Cu失去最外层1个电子形成Cu+,所以基态Cu+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10;Cu在元素周期表中位于第四周期第ⅠB族。CuSO4溶液呈蓝色是由于形成了水合铜离子[Cu(H2O)4]2+。
(2)中C与C之间共用3对电子,每个C原子外围含有一对孤电子对,电子式为[··C C··]2-。
(3)等电子体的原子总数相同、价电子总数相等,所以与CN-互为等电子体的分子有N2、CO。
(4)丙烯腈分子的结构简式为,键上的两个C原子的杂化方式为sp2,键上的C原子的杂化方式为sp。
(5)根据丙烯腈分子的结构简式可知,一个该分子中含有1个键、1个键,一个碳碳双键含有1个π键,一个碳氮三键含有2个π键,所以1mol丙烯腈分子中含π键的物质的量为3mol。
(6)在丙烯腈分子结构中,键上及与之相连的原子共6个原子共平面,键上及与之相连的原子共3个原子共直线,所以丙烯腈分子中共面的原子最多为7个。
(7)H2O分子的中心原子O上有2对成键电子对、2对孤电子对,价电子对分布的几何构型是四面体形,分子的空间结构为V形;在冰的结构中,一个水分子与周围四个水分子形成氢键,即冰中水分子的配位数是4;水分子间存在氢键,氢键具有方向性,一个水分子与周围四个水分子形成氢键,这四个水分子中的四个氧原子围成正四面体,这种规律排列导致冰比水的密度小。
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