章末整合 素养提升
思考1.乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成 乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷的活泼呢
提示:(1)乙烷分子中的共价键由7个σ键构成,乙烯分子中的共价键由5个σ键和1个π键构成,乙炔分子中的共价键由3个σ键和2个π键构成。(2)乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度小,不稳定,容易断裂;而乙烷中没有π键,σ键稳定,不易断裂。
思考2.如何判断共价键的强弱
提示:(1)根据原子半径和共用电子对数判断,成键原子的原子半径越小,共用电子对数越多,则共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。(2)根据键能判断,共价键的键能越大,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。(3)根据键长判断,共价键的键长越短,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。(4)根据电负性判断,元素的电负性越大,该元素的原子对共用电子对的吸引力越大,形成的共价键越牢固。
思考3.价层电子对的空间结构与分子(或离子)的空间结构一定相同吗 两者之间有何规律存在
提示:价层电子对的空间结构与分子(或离子)的空间结构不一定相同,分子(或离子)的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对,当中心原子上无孤电子对时,两者的结构一致;当中心原子上有孤电子对时,两者的结构不一致。
思考4.如何判断成键原子的杂化方式
提示:(1)依据VSEPR模型判断成键原子的杂化方式。(2)依据原子的成键情况判断成键原子的杂化方式。(3)依据分子的空间结构、键角判断成键原子的杂化方式。
思考5.如何判断分子是极性分子还是非极性分子
提示:只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子;含有极性键的双原子分子都是极性分子;含有极性键的多原子分子,空间结构对称的是非极性分子,空间结构不对称的是极性分子;对于ABn型分子,若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则中心原子无孤电子对,为非极性分子,若不等,则中心原子有孤电子对,为极性分子。
思考6.范德华力对物质性质有什么影响
提示:范德华力随着分子极性和相对分子质量的增大而增大,组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大,物质的熔、沸点就越高;分子的极性越大,范德华力就越大,物质的熔、沸点就越高,如CO的沸点高于N2的。
思考7.氢键对物质性质有什么影响
提示:(1)对物质熔、沸点的影响:分子间存在氢键的物质,物质的熔、沸点明显高。(2)对物质溶解度的影响:溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大。(3)对物质密度的影响:氢键的存在会使某些物质的密度反常,如水的密度比冰的密度大。(4)对物质电离性质的影响:如邻苯二甲酸的电离平衡常数与对苯二甲酸的电离平衡常数相差较大。
思考8.如何比较物质的溶解性
提示:(1)依据“相似相溶”规律:非极性溶质一般易溶于非极性溶剂,难溶于极性溶剂;极性溶质一般易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂。(2)依据溶质与溶剂之间是否存在氢键:如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶质的溶解度增大,且形成氢键越多,溶解性越好。(3)依据分子结构的相似性:溶质与溶剂分子结构的相似程度越大,其溶解度越大。
考点一 共价键的类型
1.(2024·江苏卷)下列有关反应描述正确的是( )
[A] CH3CH2OH被催化氧化为CH3CHO,CH3CH2OH断裂C—O
[B] 氟氯烃破坏臭氧层,氟氯烃产生的氯自由基改变O3分解的历程
[C] 丁烷催化裂化为乙烷和乙烯,丁烷断裂σ键和π键
[D] 石墨转化为金刚石,碳原子轨道的杂化类型由sp3转变为sp2
【答案】 B
【解析】 CH3CH2OH被催化氧化为CH3CHO,CH3CH2OH断裂C—H和O—H生成CO,A错误;根据题意,氯自由基催化O3分解,则氟氯烃产生的氯自由基改变O3分解的历程,B正确;丁烷催化裂化为乙烷和乙烯,丁烷断裂σ键,丁烷是饱和烷烃,没有π键,C错误; 石墨碳原子轨道的杂化类型为sp2,金刚石碳原子轨道的杂化类型为sp3,石墨转化为金刚石,碳原子轨道的杂化类型由sp2转变为sp3,D错误。
2.(2024·广西卷)白磷(P4)是不溶于水的固体,在空气中易自燃。下列有关白磷的说法错误的是( )
[A] 分子中每个磷原子的孤电子对数均为1
[B] 常保存于水中,说明白磷密度大于1 g·cm-3
[C] 难溶于水,是因为水是极性分子,P4是非极性分子
[D] 熔点低,是因为白磷分子内的P—P弱
【答案】 D
【解析】 白磷的分子式为P4,空间结构为正四面体形,每个磷原子采取sp3杂化,而每个磷原子有5个价电子,所以每个磷原子还剩1个孤电子对,A正确;白磷在空气中容易自燃,常保存于水中隔绝空气,故其密度大于1 g·cm-3,B正确;白磷的分子式为P4,空间结构为正四面体形,为非极性分子,水为极性分子,根据“相似相溶”规律,白磷难溶于水,C正确;白磷的分子式为P4,为非极性分子,属于分子晶体,分子间作用力较弱,故其熔点低,熔点低与其共价键强弱无关,D错误。
3.(高考组合)按要求回答下列问题。
(1)(2022·湖南卷,节选)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图
所示:
富马酸分子中σ键与π键的数目比为 。
(2)(2020·江苏卷,节选)柠檬酸的结构简式如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值,1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为 NA。
(3)(2021·全国甲卷,节选)CO2中存在 个σ键和 个π键。
【答案】 (1)11∶3 (2)7 (3)2 2
【解析】 (1)由结构模型可知,富马酸的结构简式为HOOCCHCHCOOH,分子中的单键为σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,则分子中σ键和 π键的数目比为11∶3。
(2)1个柠檬酸分子中有4个C—O和3个CO,则1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为7NA。
(3)二氧化碳的结构式为OCO,1个CO2中存在2个σ键和2个π键。
考点二 键参数
4.(1)(2024·浙江1月选考,节选)H2N—NH2+H+H2N—N,其中—NH2中的氮原子的杂化方式为 ;比较键角∠HNH:H2N—NH2中的—NH2 (填“>”“<”或“=”)
H2N—N 中的—N,请说明理由: 。
(2)(2023·山东卷,节选)ClO2的中心原子为Cl,Cl2O的中心原子为O,二者均为V形结构,但ClO2中存在大π键()。O—Cl—O键角 (填“>”“<”或“=”)Cl—O—Cl键角。比较ClO2与Cl2O中Cl—O的键长并说明原因: 。
(3)(2022·全国乙卷,节选)一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中,
C—Cl键长的顺序是 ,理由:(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多,形成的C—Cl越强;(ⅱ) 。
(4)(2022·北京卷,节选)比较S和H2O中的键角大小并给出相应解释:
。
【答案】 (1)sp3 < —NH2有孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力大,键角变小
(2)> ClO2中Cl—O的键长小于Cl2O中Cl—O的键长,其原因是ClO2中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中Cl—O的键长较短,而Cl2O中只存在普通的σ键
(3)一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔 Cl参与形成的大π键越多,形成的C—Cl的键长越短
(4)S的键角大于H2O的,S的中心原子S的价层电子对数为4,孤电子对数为0,离子的空间结构为正四面体形,H2O的中心原子O的价层电子对数为4,孤电子对数为2,分子的空间结构为V形
【解析】 (1)—NH2的价层电子对数为3+=4,故氮原子的杂化方式为sp3;—NH2的价层电子对数为4,有1个孤电子对,—N的价层电子对数为4+=4,无孤电子对,又因为孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,故键角∠HNH:H2N—NH2中的—NH2(2)根据价层电子对互斥模型可知,n=4时,价层电子对的空间结构为四面体形,n=3时,价层电子对的空间结构为平面三角形,sp2杂化的键角一定大于sp3的,因此,虽然ClO2和Cl2O均为V形结构,但O—Cl—O键角大于Cl—O—Cl 键角,孤电子对对成键电子对的排斥作用也改变不了这个结论。ClO2中Cl—O的键长小于Cl2O中Cl—O的键长,其原因是ClO2中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中Cl—O的键长较短,而Cl2O中只存在普通的σ键。
(3)C的杂化轨道中s成分越多,形成的C—Cl越强,C—Cl的键长越短,一氯乙烷中C采取sp3杂化,一氯乙烯中C采取sp2杂化,一氯乙炔中C采取sp杂化,sp杂化时p成分少,sp3杂化时p成分多,因此三种物质中C—Cl键长顺序为一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔,同时Cl参与形成的大π键越多,形成的C—Cl的键长越短,一氯乙烯中Cl未参与杂化的3p轨道与C未参与杂化的2p轨道形成3中心4电子的大π键(),一氯乙炔中Cl未参与杂化的3p轨道与C未参与杂化的2p轨道形成2套3中心4电子的大π键(),因此三种物质中C—Cl键长顺序为一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔。
考点三 分子的空间结构
5.(2024·河北卷)NH4ClO4是火箭固体燃料的重要氧载体,与某些易燃物作用可全部生成气态产物,如:NH4ClO4+2CNH3↑+2CO2↑+HCl↑。下列有关化学用语或表述正确的是( )
[A] HCl的形成过程可表示为H+]-
[B] NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构
[C] 在C60、石墨、金刚石中,碳原子有sp、sp2和sp3三种杂化方式
[D] NH3和CO2都能作制冷剂是因为它们有相同类型的分子间作用力
【答案】 B
【解析】 HCl是共价化合物,HCl的形成过程可表示为H×+,故A错误;NH4ClO4中N的中心原子N的孤电子对数为×(5-1-1×4)=0,价层电子对数为4,Cl的中心原子Cl的孤电子对数为×(7+1-2×4)=0,价层电子对数为4,则两者的VSEPR模型和空间结构均为正四面体形,故B正确;C60、石墨、金刚石中碳原子的杂化方式分别为sp2、sp2、sp3,共有两种杂化方式,故C错误;NH3易液化,液氨汽化时吸收热量,可作制冷剂,干冰易升华,升华时吸收热量,也可作制冷剂,NH3的分子间作用力为氢键和范德华力,CO2的分子间仅存在范德华力,故D错误。
6.(高考组合)按要求回答下列问题。
(1)(2024·山东卷,节选)[BMIM]+B(如图)是MnOx晶型转变的诱导剂。的空间结构为 ;[BMIM]+中咪唑环存在大π键,则氮原子采取的轨道杂化方式为
。
(2)(2024·北京卷,节选)SnCl2和SnCl4是锡的常见氯化物,SnCl2可被氧化得到。
①SnCl2的VSEPR模型名称是 。
②SnCl4的Sn—Cl是由锡的 轨道与氯的3p轨道重叠形成的σ键。
(3)(2023·浙江1月选考,节选)Si(NH2)4的空间结构(以Si为中心)名称为 , 分子中氮原子的杂化轨道类型是 。
(4)(2023·全国甲卷,节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图所示,二聚体中Al的杂化轨道类型为 。
(5)(2022·全国甲卷,节选)CF2CF2和ETFE(乙烯和四氟乙烯的共聚物)中C的杂化轨道类型分别为 和 ;聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯的,从化学键的角度解释原因: 。
(6)(2022·广东卷,节选)研究发现,给小鼠喂食适量硒酸钠(Na2SeO4)可减轻重金属铊引起的中毒。Se的空间结构为 。
【答案】 (1)正四面体形 sp2
(2)①平面三角形 ②sp3杂化
(3)四面体形 sp3
(4)sp3
(5)sp2 sp3 C—F的键能大于聚乙烯中 C—H 的键能,键能越大,化学性质越稳定
(6)正四面体形
【解析】 (1)B中B形成4个σ键,为sp3杂化,空间结构为正四面体形;咪唑环存在大π键,氮原子形成3个σ键,杂化方式为sp2。
(2)①SnCl2中Sn的价层电子对数为2+=3,VSEPR模型是平面三角形。②SnCl4中Sn的价层电子对数为4+=4,有4个σ键,所以Sn采用sp3杂化方式,则SnCl4的Sn—Cl是由锡的sp3杂化轨道与氯的3p轨道重叠形成的σ键。
(3)Si(NH2)4可视为SiH4中的4个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的,所以Si(NH2)4中氮原子的杂化轨道类型是sp3,分子的空间结构(以Si为中心)名称为四面体形。
(4)由Al2Cl6的空间结构结合相关元素的原子结构可知,中心原子Al的价层电子对数是4,其与周围的4个氯原子形成四面体形结构,因此,二聚体中Al的杂化轨道类型为sp3。
(5)CF2CF2中C存在3个共用电子对,其C的杂化方式为sp2杂化,但ETFE中C存在4个共用电子对,其C为sp3杂化;由于氟元素的电负性较大,因此在与C的结合过程中形成的C—F的键能大于聚乙烯中C—H的键能,键能的大小决定物质的化学性质,键能越大,化学性质越稳定,因此聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯的。
(6)Se的中心原子的价层电子对数为4+=4,无孤电子对,则Se的VSEPR模型和空间结构均为正四面体形。
考点四 分子间作用力及其对物质性质的影响
7.(2024·河北卷)侯氏制碱法工艺流程中的主反应为QR+YW3+XZ2+W2ZQWXZ3+YW4R,其中W、X、Y、Z、Q、R分别代表相关化学元素。下列说法正确的是( )
[A] 原子半径:W[B] 第一电离能:X[C] 单质沸点:Z[D] 电负性:W【答案】 C
【解析】 侯氏制碱法主反应的化学方程式为NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl,则可推出W、X、Y、Z、Q、R分别为H、C、N、O、Na、Cl。一般原子的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,则原子半径:H8.(2024·广东卷)一种可为运动员补充能量的物质,其分子结构式如图所示。已知R、W、Z、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z和Y同族,则( )
[A] 沸点:ZR3[B] 最高价氧化物对应水化物的酸性:Z[C] 第一电离能:Z[D] Z和W的空间结构均为平面三角形
【答案】 D
【解析】 Y可形成5个共价键,Z可形成3个共价键,Z和Y同族,Y的原子序数比Z的大,即Z为N,Y为P;W可形成4个共价键,原子序数比N的小,即W为C;R可形成1个共价键,原子序数比C的小,即R为H;X可形成2个共价键,原子序数在N和P之间,即X为O。综上可知R为H、W为C、Z为N、X为O、Y为P。由于NH3可形成分子间氢键,而PH3不能,因此沸点:NH3>PH3,故A错误;W为C、Z为N,由于非金属性C9.按要求回答下列问题。
(1)(2022·全国甲卷,节选)固态氟化氢中存在(HF)n形式,画出(HF)3的链状结构:
。
(2)(2022·山东卷,节选)在水中的溶解度,吡啶()远大于苯,主要原因是
① ,
② 。
(3)(2021·全国甲卷,节选)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是 。
(4)(2021·广东卷,节选)很多含巯基(—SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如,解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞反应生成化合物Ⅱ。
汞解毒剂的水溶性好,有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物Ⅰ与化合物Ⅲ相比,水溶性较好的是 。
【答案】 (1)
(2)①吡啶能与H2O形成分子间氢键 ②吡啶和H2O均为极性分子,符合“相似相溶”规律,而苯为非极性分子
(3)甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能,且水比甲醇的氢键多
(4)化合物Ⅲ
【解析】 (1)固态HF中存在氢键,则(HF)3的链状结构为 。
(2)已知苯分子为非极性分子,H2O为极性分子,且吡啶中氮原子上含有孤电子对,能与H2O形成分子间氢键,从而导致吡啶在水中的溶解度远大于苯的。
(3)甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键,因此沸点均高于不含分子间氢键的甲硫醇,且水比甲醇的氢键多,因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间。
(4)中羟基能与水分子形成分子间氢键,为易溶于水的钠盐,溶于水后电离出的中氧原子均能与水分子形成氢键,相同物质的量的两种物质溶于水后,形成的氢键更多,因此化合物Ⅲ更易溶于水。
(时间:30分钟 满分:53分)
(选择题1~15题,每小题3分,共45分)
(一)共价键的类型
1.下列说法不正确的是( )
[A] σ键比π键重叠程度大,形成的共价键通常更牢固
[B] 两个原子之间形成共价键时,最多有一个σ键
[C] 气体单质中,一定有σ键,可能有π键
[D] 一个N2中有1个σ键、2个π键
【答案】 C
【解析】 σ键比π键的电子云重叠程度大,形成的共价键更牢固,A正确;两个原子间形成共价键时,最多有一组原子轨道“头碰头”,故最多有一个σ键,B正确;稀有气体为单原子分子,单质中不存在化学键,C错误;氮气分子中含有氮氮三键,一个N2中含有1个σ键、2个π键,
D正确。
2.下列对HBr、H2、NH3、C2H4中共价键存在类型的判断正确的是( )
[A] 都有σ键,没有π键
[B] 都有π键,没有σ键
[C] 都既有σ键,又有π键
[D] 除C2H4外,都只有σ键
【答案】 D
【解析】 HBr、H2、NH3都是只有单键,故只有σ键,没有 π键,C2H4既有单键又有双键,故既含有σ键又含有π键,D正确。
3.(2025·宁夏石嘴山二中月考)下列关于化学键的说法错误的是( )
①π键不能单独存在,一定要和σ键共存
②s-p σ键与p-p σ键的对称性不同
③在CH2CH—C≡N中含6个σ键、3个π键
④两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键
⑤1个S最多只能与2个H结合形成H2S,是由共价键的饱和性决定的
⑥气体单质中,一定有σ键,可能有π键
⑦下列共价键的极性由小到大的顺序是H—H、P-H、N-H、H—F
⑧化学反应2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑中,既有离子键、极性键、非极性键断裂,又有离子键、极性键、非极性键形成
[A] ①⑤ [B] ②⑥ [C] ③⑦ [D] ④⑧
【答案】 B
【解析】 分子中单键中只含σ键,双键和三键中含 π键和σ键,所以π键一定不能单独形成,一定和σ键共存,①正确;σ键都是轴对称,所以s-p σ键与p-p σ键的对称性相同,②错误;双键含1个σ键、1个π键,三键含1个σ键、2个 π键,其余的单键都是σ键,所以一个
CH2CH—C≡N分子中含6个σ键、3个π键,③正确;两个非金属元素原子之间通过电子云重叠形成共价键,④正确;氢原子有1个电子,硫原子最外层有6个电子,只能结合2个H,形成H2S,这是由共价键的饱和性决定的,⑤正确;稀有气体分子属于单原子分子,不含σ键和π键,⑥错误;对于元素周期表中同属第二周期的元素,与氢元素形成共价键时,极性由小到大分别是N—H、H—F,对于第ⅤA族的元素,与氢元素形成共价键时,N—H的极性大于P—H的,H—H无极性,⑦正确;过氧化钠中含有离子键、非极性键,水分子中含有极性键,所以二者反应时,会有离子键、极性键、非极性键断裂,生成物氢氧化钠中含有离子键、极性键,氧气中含有非极性键,所以有离子键、极性键、非极性键生成,⑧正确。
(二)键参数
4.下列有关共价键和键参数的说法不正确的是( )
[A] 碳碳双键的键能不是碳碳单键键能的两倍
[B] 一个丙烯(C3H6)分子中含有9个σ键和1个π键
[C] C—H比Si—H的键长要短,故CH4比SiH4更稳定
[D] 由于孤电子对的存在,H2O的键角小于109°28′
【答案】 B
【解析】 碳碳双键中含一个π键和一个σ键,π键没有 σ键稳定,则碳碳双键的键能不是碳碳单键键能的两倍,故A正确;C—C、C—H均为σ键,CC中有1个σ键、1个π键,则一个丙烯分子中有8个σ键和1个π键,故B错误;C的原子半径小于Si的,所以C—H比Si—H的键长要短,而键长越短共价键强度越大,故CH4比SiH4更稳定,故C正确;孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,使H2O的键角小于109°28′,故D正确。
5.(2025·江西南昌二中月考)已知各共价键的键能如表所示,下列说法正确的是( )
共价键 H—H F—F H—F H—Cl H—I
键能E/(kJ·mol-1) 436 157 568 431.8 298.7
[A] 431.8 kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7 kJ·mol-1
[B] 上述键能数据可以说明热稳定性由强到弱的顺序为HF[C] 表中最稳定的是F—F
[D] H2(g)+F2(g)2HF(g) ΔH=+25 kJ·mol-1
【答案】 A
【解析】 Cl、Br、I的原子半径依次增大,则H—Cl、H—Br、H—I的键能依次减小,所以
431.8 kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7 kJ·mol-1,A正确;表中数据显示,HF、HCl、HI的键能依次减小,则说明热稳定性由强到弱的顺序为HF>HCl>HI,B不正确;键能越大,键越牢固,表中数据显示,H—F的键能最大,则最稳定的是H—F,C不正确;H2(g)+F2(g)2HF(g)
ΔH=436 kJ·mol-1+157 kJ·mol-1-2×568 kJ·mol-1=-543 kJ·mol-1,D不正确。
(三)分子的空间结构
6.下列粒子的中心原子的价层电子对数正确的是( )
[A] HCHO 3 [B] CS2 1
[C] BCl3 2 [D] SO3 2
【答案】 A
【解析】 HCHO是非ABm型物质,碳原子形成3个 σ键,孤电子对数为0,故价层电子对数为3,A项正确;对ABm型分子,其中心原子的价层电子对数 n=与中心原子结合的原子数+中心原子上的孤电子对数,CS2中,n=2+0=2,B项不正确;BCl3中,n=3+0=3,C项不正确;SO3中,n=3+0=3,
D项不正确。
7.(2025·江苏泰州期中)反应NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O应用于石油开采。下列说法正确的是( )
[A] 基态N的核外电子的轨道表示式为
[B] Cl-的结构示意图为
[C] N的VSEPR模型为平面三角形
[D] H2O的空间填充模型为
【答案】 C
【解析】 基态N的核外电子排布式为1s22s22p3,轨道表示式为,A错误;Cl-的核电荷数为17,核外电子数为18,结构示意图为,B错误;N中成键电子对数是2,孤电子对数为×(5+1-2×2)=1,VSEPR模型为平面三角形,C正确;H2O的空间填充模型为,题给模型为其球棍模型,D错误。
8.下列关于杂化轨道的叙述不正确的是( )
[A] 杂化轨道可用于形成σ键,也可用于形成π键
[B] 杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
[C] NH3中N的sp3杂化轨道是由N的3个 p轨道与N的1个s轨道杂化而成的
[D] XY2型共价化合物的中心原子X采取的杂化方式可能不同
【答案】 A
【解析】 杂化轨道用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对,没有杂化的轨道形成π键,故A错误,B正确;NH3中N的sp3杂化轨道是由N的3个p轨道与N的s轨道杂化而成,形成4个相同的轨道,故C正确;XY2型共价化合物的中心原子的价层电子对数不一定相同,如CO2为sp杂化,SO2为sp2杂化,故D 正确。
9.(2025·宁夏石嘴山三中月考)根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断,下列分子或离子的中心原子的杂化方式及空间结构正确的是( )
选 项 分子或 离子 中心原子杂化方式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构
[A] N sp 直线形 V形
[B] COCl2 sp2 平面三角形 三角锥形
[C] PCl3 sp3 四面体形 三角锥形
[D] NH3 sp3 平面三角形 三角锥形
【答案】 C
【解析】 N的中心原子N的价层电子对数为3,杂化方式为sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,由于孤电子对数为1,离子的空间结构为V形,A项错误;COCl2的中心原子C的价层电子对数为3,杂化方式为sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,分子的空间结构为平面三角形,B项错误;PCl3的中心原子P的价层电子对数为4,杂化方式为sp3,价层电子对互斥模型为四面体形,由于孤电子对数为1,分子的空间结构为三角锥形,C项正确;NH3的中心原子N的价层电子对数为4,杂化方式为sp3,价层电子对互斥模型为四面体形,由于孤电子对数为1,分子的空间结构为三角锥形,D项错误。
(四)分子间作用力及其对物质性质的影响
10.下列关于氢键X—H…Y的说法错误的是( )
[A] 氢键是共价键的一种
[B] 同一分子内也可能形成氢键
[C] X、Y元素具有强电负性,是氢键形成的基本条件
[D] 氢键能增大很多物质分子之间的作用力,导致物质的熔点、沸点升高
【答案】 A
【解析】 氢键是分子间作用力,不属于化学键,A错误;氢键分为分子间氢键和分子内氢键(如邻羟基苯甲醛),所以同一分子内也可能形成氢键,B正确;氢原子与电负性大的原子X以共价键结合,若与电负性大、半径小的原子Y接近,在X与Y之间以氢为媒介,会生成X—H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用,所以X、Y元素具有很大的电负性,是氢键形成的基本条件,C正确;氢键能影响物质的性质,增大很多物质分子之间的作用力,导致物质的熔点、沸点升高,D正确。
11.(2024·辽宁锦州黑山月考)下列关于物质的结构或性质的描述及解释都正确的是( )
[A] 溶解度:O3在水中的溶解度比在CCl4中的溶解度更大,是由于O3是弱极性分子
[B] 键角:H3O+>H2O,是由于H3O+中O上的孤电子对数比H2O中O上的少
[C] 沸点:对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛,是由于对羟基苯甲醛分子间范德华力更强
[D] 酸性:CH2ClCOOH>CH3COOH,是由于CH2ClCOOH的羧基中羟基极性更小
【答案】 B
【解析】 臭氧的极性微弱,它在水中的溶解度小于在四氯化碳中的溶解度,故A项错误;H3O+、H2O中氧原子均为sp3杂化,H3O+中O上的孤电子对数为1,H2O中O上的孤电子对数为2,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对与成键电子对之间的排斥力,故键角:
H3O+>H2O,故B项正确;对羟基苯甲醛可以形成分子间氢键,邻羟基苯甲醛形成分子内氢键,故沸点:对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛,故C项错误;Cl的电负性较大,吸引电子的能力较强,使得CH2ClCOOH的羧基中羟基的极性更大,更易电离出氢离子,故D项错误。
综合应用
12.(2025·江苏无锡江阴月考)化学符号诠释着物质组成的规律。下列化学符号描述正确的是( )
[A] N的空间结构为V形
[B] F-的价层电子排布式:1s22s22p6
[C] H2O的电子式:H+]2-H+
[D] Cl2中的p-p σ键电子云轮廓图:
【答案】 A
【解析】 N的价层电子对数为2+=3,孤电子对数为1,为V形结构,A正确;氟元素的原子序数为9,基态离子的电子排布式为1s22s22p6,价层电子排布式为2s22p6,B错误;水为共价化合物,电子式为 H,C错误;氯气中氯原子的3p轨道以“头碰头”的方式形成p-p σ键,电子云轮廓图为,D错误。
13.氢气是清洁能源之一,解决氢气的存储问题是当今科学界需要攻克的课题。C16S8是新型环烯类储氢材料,利用吸附的方法来储存氢分子,其分子结构如图所示。下列有关说法错误的是( )
[A] C16S8是非极性分子
[B] C16S8完全燃烧的产物对应的水化物都是弱电解质
[C] 该分子间存在范德华力和氢键
[D] 基态硫原子有5种能量不同的电子
【答案】 C
【解析】 C16S8的分子结构对称,正、负电中心重合,是非极性分子,A正确;C16S8完全燃烧的产物分别为CO2和SO2,对应的水化物分别是H2CO3和H2SO3,均为弱电解质,B正确;该分子间存在范德华力,但不存在分子间氢键,C错误;基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,所以有5种能量不同的电子,D正确。
14.(2024·宁夏银川月考)关于①BeCl2、②N、③SO2、④BF3、⑤Cl2O、⑥H2O,下列说法正确的是( )
[A] ④分子空间结构为三角锥形,该分子为极性分子
[B] ②③⑤的VSEPR模型为平面三角形
[C] ③与⑥中心原子杂化类型相同,两者都是极性分子
[D] ①分子中的中心原子无孤电子对
【答案】 D
【解析】 ④BF3中B的价层电子对数为3+×(3-3×1)=3,且不含孤电子对,空间结构为平面正三角形,正、负电中心重合,为非极性分子,A错误;②N中N的价层电子对数为2+×(5+1-
2×2)=3,且孤电子对数为1,③SO2中S的价层电子对数为2+×(6-2×2)=3,且孤电子对数为1,⑤Cl2O中O的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4,且孤电子对数为2,这三种粒子中②③的VSEPR模型都是平面三角形,⑤为四面体形,B错误;③SO2中S的价层电子对数为3,且孤电子对数为1,中心原子采用sp2杂化,⑥H2O 中O的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4,且孤电子对数为2,中心原子采用sp3杂化,即杂化类型不同,两者的正、负电中心都不重合,都为极性分子,C错误;①BeCl2中Be的价层电子对数为2+×(2-2×1)=2,且不含孤电子对,D正确。
15.(2025·四川自贡一诊)如图所示的化合物是一种重要化工原料,X、Y、Z、W、E是原子序数依次增大的短周期主族元素,其中Z、E同族,基态Y原子的核外有3个未成对电子。下列说法正确的是( )
[A] 键角:X2Z>YX3
[B] Y、EZ3的空间结构均为平面三角形
[C] Z的第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能都大
[D] 共价键极性:Z—E【答案】 B
【解析】 由题图可知,化合物中W形成带一个单位正电荷的阳离子,阴离子中X、Y、Z、E的共价键数目为1、3、2、6,X、Y、Z、W、E是原子序数依次增大的短周期主族元素,其中Z、E同族,基态Y原子的核外有3个未成对电子,则X为H、Y为N、Z为O、W为Na、E为S。X2Z为H2O,价层电子对数为 2+=4,孤电子对数为2,YX3为NH3,价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,则键角H2ON>O,C错误;Y为N、Z为O、E为S,电负性:O>N,则共价键极性:O—S>N—S,即Z—E>Y—E,D错误。
16.(8分)(1)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
分子 分子直径/nm 分子与H2O的结合能E/(kJ·mol-1)
CH4 0.436 16.40
CO2 0.512 29.91
①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是 。
②(3分)为开采深海海底的“可燃冰”,有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm,根据上述图表,从物质结构及性质的角度分析,该设想的依据是
。
(2)(3分)H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为
。
【答案】 (1)①氢键、范德华力
②CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径,且与H2O的结合能大于CH4的
(2)H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键
【解析】 (1)②根据题给数据可知,笼状结构的空腔直径是0.586 nm,而CO2的分子直径是0.512 nm,笼状结构的空腔直径大于CO2的分子直径,而且CO2与水分子之间的结合能大于CH4的,因此可以实现用CO2置换CH4的设想。
第二章 检测试题
(限时:75分钟 分值:100分)
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意。
1.下列说法正确的是( )
[A] p轨道与p轨道不能形成σ键
[B] σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转
[C] BF3中含有非极性共价键,空间结构为平面正三角形
[D] 乙烯中碳碳双键的键能是乙烷中碳碳单键的键能的2倍
【答案】 B
【解析】 p轨道与p轨道能形成σ键,如Cl2中两个氯原子之间的σ键,是p-p σ键,故A错误;σ键为轴对称,可以绕键轴旋转,π键为镜面对称,不能绕键轴旋转,故B正确;BF3中含有B—F,属于极性共价键,BF3中B的价层电子对数为3+=3,其空间结构为平面正三角形,故C错误;乙烯中碳碳双键的键能比乙烷中碳碳单键的键能的2倍小,故D错误。
2.下列对分子性质的解释不正确的是( )
[A] CS2结构与CO2相似,CS2难溶于水
[B] 氯气易溶于NaOH溶液是因为“相似相溶”
[C] 一个乳酸()分子中含有一个手性碳原子
[D] 碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水都可用“相似相溶”规律解释
【答案】 B
【解析】 CS2结构与CO2相似,分子结构对称,属于非极性分子,难溶于极性溶剂,A正确;氯气易溶于NaOH溶液是因为氯气与氢氧化钠反应生成水、氯化钠和次氯酸钠,不能用“相似相溶”规律解释,B错误;一个乳酸分子中有一个手性碳原子(),C正确;碘单质、四氯化碳、甲烷都是非极性分子,而水是极性分子,所以根据“相似相溶”规律知碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水,D正确。
3.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)及杂化轨道理论的叙述不正确的是( )
[A] 价层电子对互斥模型将分子分成两类:中心原子有孤电子对的和无孤电子对的
[B] 价层电子对互斥模型既适用于单质分子,也适用于化合物分子
[C] sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化形成的一组能量相近的新轨道
[D] XY2型共价化合物的中心原子X采取的杂化方式可能不同
【答案】 B
【解析】 在VSEPR模型中,将分子分成了中心原子含孤电子对与不含孤电子对两种情况,显然分子的VSEPR模型与空间结构可能相同(不含孤电子对的情况下),也可能不同(含孤电子对的情况下),A正确;VSEPR模型的研究对象仅限于化合物分子,不适用于单质分子,B错误;XY2型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数可能不同,则其采取的杂化方式也可能不同,D正确。
4.下列描述正确的是( )
[A] π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的
[B] Cl的空间结构为平面三角形
[C] NH3、CO、CO2的中心原子都有孤电子对
[D] SiF4和S的中心原子均采取sp3杂化
【答案】 D
【解析】 π键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的,A不正确;Cl的中心原子Cl的价层电子对数为3+=4,孤电子对数是1,所以是三角锥形结构,B不正确;NH3中N的孤电子对数为=1、CO中C的孤电子对数为=1、CO2中C的孤电子对数为=0,C不正确;SiF4的中心原子Si的孤电子对数为=0、价层电子对数为4+0=4,故中心原子Si为sp3杂化,S的中心原子S的孤电子对数为=1、价层电子对数为3+1=4,故中心原子S为sp3杂化,D正确。
5.下列叙述正确的是( )
[A] 共价键只有方向性,没有饱和性
[B] 乙烯与氢气加成后,C—H的类型由sp2-s转化为sp3-s
[C] 在共价化合物中,一定存在共价键,可能存在离子键
[D] 多原子分子中,化学键的键角越大,分子越稳定
【答案】 B
【解析】 共价键具有饱和性,A错误;乙烯与氢气反应生成乙烷,乙烯分子中碳原子含有3个σ键且不含孤电子对,所以采用sp2杂化,乙烷分子中碳原子含有4个σ键且不含孤电子对,所以采用sp3杂化,则碳原子的杂化类型由sp2变为sp3,故乙烯与氢气加成后,C—H的类型由sp2-s转化为sp3-s,B正确;共价化合物中只含共价键,一定不含离子键,C错误;分子的稳定性与共价键的键长、键能有关,键角决定分子空间结构,D错误。
6.下列对一些实验事实的理论解释不正确的是( )
选项 实验事实 理论解释
[A] 溴单质、碘单质在四氯化碳中的溶解度比在水中的大 溴单质、碘单质和四氯化碳都为非极性分子
[B] 卤素单质从F2到I2,在常温、常压下的聚集状态由气态、液态到固态 范德华力逐渐增大
[C] 在常温、常压下,1体积水可以溶解700体积氨 氨是极性分子,且有氢键影响
[D] HF的沸点高于HCl的 H—F的键长比H—Cl的短
【答案】 D
【解析】 根据“相似相溶”规律,Br2、I2是非极性分子,它们易溶于非极性溶剂CCl4,而在极性溶剂水中的溶解度较小,A正确;卤素单质的组成、结构相似,从F2到I2,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,B正确;NH3与H2O都是极性分子,且分子间可以形成氢键,所以NH3在H2O中的溶解度很大,C正确;HF的分子间存在氢键而HCl没有,故HF的沸点较HCl的高,与分子内的共价键无关,D不正确。
7.下列物质的性质或数据与氢键无关的是( )
[A] 氨极易溶于水
[B] 邻羟基苯甲酸()的熔点为159 ℃,对羟基苯甲酸()的熔点为213 ℃
[C] 乙醚微溶于水,而乙醇可与水以任意比混溶
[D] HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多
【答案】 D
【解析】 NH3与H2O之间可以形成氢键,增大了NH3在水中的溶解度;邻羟基苯甲酸形成分子内氢键,而对羟基苯甲酸形成分子间氢键,分子间氢键增大了分子间作用力,使对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高;乙醇分子结构中含有羟基,可以与水分子形成分子间氢键,从而增大了乙醇在水中的溶解度,使其能与水以任意比混溶,而乙醚分子结构中无羟基,不能与水分子形成氢键,在水中的溶解度比乙醇小得多;HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F的键能比 H—Cl 的大,与氢键无关。故选D。
8.联氨(NH2—NH2)是一种绿色无污染的还原剂,NH2—NH2可能有以下两种不同的构象,沿 N—N 键轴方向的投影如图所示。下列说法错误的是( )
[A] NH2—NH2中氮原子的杂化方式为sp3
[B] 实验测得NH2—NH2的极性很大,则其结构为构象b
[C] NH2—NH2的沸点高于CH3—CH3的沸点
[D] NH2—NH2中的键角∠N—N—H小于H2O2中的键角∠O—O—H
【答案】 D
【解析】 NH2—NH2中每个氮原子周围均形成了3个σ键和一个孤电子对,价层电子对数为4,故N的杂化方式为sp3杂化,A正确;构象a的正、负电中心重合,为非极性分子,而构象b为极性分子,B正确;NH2—NH2中存在分子间氢键,熔、沸点更高,C正确;两种分子中,N和O均为sp3杂化,而NH2—NH2中N的孤电子对数为1,H2O2中O的孤电子对数为2,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,D错误。
9.下列说法错误的是( )
①杂化轨道可以形成σ键也可以形成π键 ②π键不能单独存在,一定要和σ键共存 ③含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同 ④两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键 ⑤NH3中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的 3个 p轨道与氢原子的s轨道杂化而成的 ⑥成键的原子间原子轨道重叠越多,共价键越牢固
⑦1个氮原子最多只能与3个氢原子结合形成NH3,是由共价键的饱和性决定的
[A] ①⑤ [B] ②⑥ [C] ③⑦ [D] ②④
【答案】 A
【解析】 杂化轨道用于形成σ键或容纳孤电子对,剩余p轨道参与形成π键,①错误;分子中可以只含σ键,π键不能单独存在,一定要和σ键共存,②正确;π键不稳定,易断裂,含有π键的化合物的化学性质较活泼,与只含σ键的化合物的化学性质不同,③正确;非金属元素原子常以共用电子对形成化学键,两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键,④正确;
NH3中N的sp3杂化轨道是由N的3个p轨道与1个 s轨道杂化而成的,⑤错误;成键的原子间原子轨道重叠越多,成键原子间的距离越小,共价键越牢固,⑥正确;N最外层有5个电子,有3个未成对电子,1个N最多只能与3个H结合形成NH3,是由共价键的饱和性决定的,⑦正确。
10.研究分子结构与性质之间的关系是从微观结构角度解释物质宏观性质的重要途径。下列关于分子结构与性质的说法正确的是( )
[A] 因键长Si—Cl>Si—F,故SiCl4的熔点高于SiF4的
[B] 因原子半径S>O,故H2S的键角比H2O的键角大
[C] 三氟乙酸分子比乙酸分子中O—H的极性强,则相同条件下Ka(CF3COOH)>
Ka(CH3COOH)
[D] 因对羟基苯甲醛易形成分子间氢键,而邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键,故对羟基苯甲醛的沸点低于邻羟基苯甲醛的
【答案】 C
【解析】 由分子形成的物质中,分子内共价键的键长、键能影响分子的稳定性,而分子间作用力的大小影响物质的熔、沸点,A错误;H2S与H2O的中心原子均为sp3杂化,孤电子对数均为2,而电负性S11.X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z的原子序数是X的8倍,Y与Z同周期,且基态Y、Z原子的未成对电子数相同,M是人体必需的微量元素之一,1 mol MYZ3含有60 mol质子。下列说法正确的是( )
[A] 基态Y、Z原子的未成对电子数均为1
[B] 同周期元素中第一电离能比Z大的有3种
[C] Y、Z分别与X形成的最简单化合物沸点:Y>Z
[D] Y中Y原子采用sp3杂化
【答案】 B
【解析】 X、Y、Z为短周期主族元素,Z的原子序数是X的8倍,则X为H、Z为O;Y与Z同周期,Z为O,价层电子排布式为2s22p4,未成对电子数为2,基态Y、Z原子的未成对电子数相同,则Y为C;1 mol MYZ3含有60 mol质子,且M是人体必需的微量元素之一,则M为Zn。Y为C,价层电子排布式为2s22p2,Z为O,价层电子排布式为2s22p4,未成对电子数均为2,A错误;同周期元素从左往右第一电离能呈增大趋势,Z为O,同周期元素中第一电离能比O大的元素为N、F、Ne,共3种,B正确;Y为C,Z为O,X为H,Y、Z分别与X形成的最简单化合物分别为CH4、H2O,H2O中存在氢键,故沸点:H2O>CH4,C错误;C中碳原子的价层电子对数为3+=3,碳原子采用sp2杂化,D错误。
12.药物结构的修饰有助于新药的开发与利用。由青蒿素可以获得双氢青蒿素,其变化过程如图所示。下列说法错误的是( )
[A] 青蒿素的分子式为C15H20O5
[B] 双氢青蒿素分子中氧原子的杂化方式为sp3杂化
[C] 双氢青蒿素分子中的手性碳原子比青蒿素分子的多1个
[D] 与青蒿素相比,双氢青蒿素具有更好的水溶性,疗效更佳
【答案】 A
【解析】 根据青蒿素的结构可知,青蒿素的分子式为C15H22O5,故A项错误;双氢青蒿素分子中的氧原子的价层电子对数为4,采取sp3杂化,故B项正确;青蒿素被修饰过程中,碳氧双键变为单键,多了1个手性碳原子,故C项正确;与青蒿素相比,双氢青蒿素的分子中含有羟基,与水分子间能形成氢键,则其水溶性更好,疗效更佳,故D项正确。
13.第ⅤA族元素的原子R与X原子结合形成RX3气态分子,其空间结构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时,分子结构如图所示。下列关于RCl5的说法不正确的是( )
[A] R原子不是8电子稳定结构
[B] 键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180° 3种
[C] RCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的RCl3
[D] 分子中5个R—Cl的键能都相同
【答案】 D
【解析】 R原子最外层有5个电子,可形成5个共用电子对,所以RCl5中R的最外层电子数为10,不是8电子稳定结构,A正确;从RCl5的分子结构图可知键角有90°、120°、180° 3种,B正确;RCl5受热后会分解生成RCl3和Cl2,RCl3的空间结构为三角锥形,C正确;键长越短,键能越大,键长不同,所以键能不同,D不正确。
14.水生生物参与氮循环的过程如图所示。
下列说法正确的是( )
[A] NH2OH与N2H4中氮原子的杂化轨道类型、共价键类型均完全相同
[B] 反应②③⑥中N皆被氧化
[C] N、N中N的杂化轨道类型不同
[D] NH2OH和NH3都易溶于水,与它们能与水分子形成氢键有关
【答案】 D
【解析】 NH2OH与N2H4中氮原子都是sp3杂化,NH2OH中只含有极性键,N2H4中含有极性键和非极性键,两者共价键类型不完全相同,A错误;反应③中,N由-1价降低到-2价,发生还原反应,N被还原,B错误;N、N中N的价层电子对数都是3,都为sp2杂化,C错误;NH2OH和NH3都能与水分子形成氢键,故易溶于水,D正确。
二、非选择题:本题共4小题,除标注外每空2分,共58分。
15.(12分)Ⅰ.(每空1分)有以下物质:①CO2、②NH3、③N、④CH4、⑤C2H4、⑥C2H2、⑦P4、⑧H2O2。
(1)上述粒子中,既含有极性键又含有非极性键的是 (填序号,下同)。
(2)上述粒子中,既含有σ键又含有π键的是 。
(3)上述粒子中,含有sp杂化的原子的是 。
(4)上述粒子中,为正四面体形结构的是 。
Ⅱ.回答下列问题。
(5)HCN中σ键与π键的数目之比为 。
(6)SO2的VSEPR模型为 ;S的空间结构为 。
(7)1 mol丙酮()中含有σ键的物质的量为 。
【答案】 (1)⑤⑥⑧ (2)①⑤⑥ (3)①⑥
(4)③④⑦ (5)1∶1
(6)平面三角形 正四面体形
(7)9 mol
【解析】 (1)C2H4中含有CC非极性键和C—H极性键,C2H2中含有C≡C非极性键和C—H极性键,H2O2中含有O—O非极性键和O—H极性键,故选⑤⑥⑧。
(2)双键或三键中既含有σ键又含有π键,CO2中含有CO、C2H4中含有CC、C2H2中含有 C≡C,都既含有σ键又含有π键,故选①⑤⑥。
(3)CO2中碳原子的价层电子对数为2+=2,为sp杂化,C2H2中碳原子的价层电子对数为2+=2,为sp杂化,故选①⑥。
(4)N、CH4、P4都为正四面体形结构,故选③④⑦。
(5)HCN的结构式为H—C≡N,单键为σ键,三键中有1个σ键、2个π键,即一个HCN中有
2个σ键与2个π键,其数目之比为1∶1。
(6)SO2的中心原子S的价层电子对数为2+=3,故其VSEPR模型为平面三角形;S的中心原子S的价层电子对数为4+=4,硫原子为sp3杂化,所以S的空间结构为正四面
体形。
(7)丙酮分子中的每个单键是1个σ键,每个双键是1个σ键和1个π键,则1 mol丙酮分子中含有σ键的物质的量为9 mol。
16.(18分)第ⅤA族元素及其化合物在生产、生活中用途广泛。
(1)下列状态的氮中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填字母)。
A.1s22s2222
B.1s22s222
C.1s22s222
D.1s22s223s1
(2)P4S3(结构如图所示)常用于制造火柴,P和S第一电离能较大的是 。1 mol P4S3中含有 mol非极性共价键。
(3)As4S4俗称雄黄,其中基态原子As的核外电子排布式为 ,核外电子的空间运动状态有 种。
(4)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,分别用+和-表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价电子自旋磁量子数的代数和为 。
(5)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸,如:
如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则相应的酸根离子可写为 。
(6)SCN-的结构式有两种合理的表达方式,每种结构中3个原子均满足8电子稳定结构,则其结构式分别为 、 。
【答案】 (1)C
(2)P 3
(3)1s22s22p63s23p63d104s24p3 18
(4)+或-
(5)Pn
(6)[SCN]- [N≡C—S]-
【解析】 (1)A.1s22s2222为基态氮原子,2p能级处于半充满的稳定状态,很难再失一个电子,若要失去1个电子所需能量大;B.1s22s222为激发态氮原子,2p能级未处于半充满的稳定状态,能量较基态氮原子的高,失去一个电子较基态氮原子容易;C.1s22s222为基态N+,再失去一个电子所需能量为N的第二电离能,故基态N+失去一个电子所需的能量大于基态氮原子的,失去一个电子较基态氮原子难;D.1s22s223s1为激发态N+,能量较基态N+高,失去一个电子较基态N+容易。故C符合题意。
(2)P是15号元素,故基态原子P的价层电子排布式为3s23p3,同一周期从左往右元素的第一电离能呈增大趋势,但P的3p能级处于半充满的稳定状态,故P和S的第一电离能的大小顺序是P>S。同种原子间的共价键是非极性共价键,1个P4S3中含有3个非极性共价键,1 mol P4S3中含有3 mol非极性共价键。
(3)As的原子序数为33,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。运动轨道数有1s、2s、3s、4s、3个2p轨道、3个3p轨道、3个4p轨道、5个3d轨道,共18个轨道,则核外电子的空间运动状态有18种。
(4)对于基态的磷原子,其价层电子排布式为3s23p3,其中3s轨道的2个电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0;根据洪特规则可知,其3p轨道的3个电子的自旋状态相同,因此,基态磷原子的价电子的自旋磁量子数的代数和为+或-。
(5)由题中信息可知,n个磷酸分子间脱去(n-1)个水分子形成链状的多磷酸,因此,如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则可脱去n个水分子得到(HPO3)n,其失去氢离子后得到相应的酸根离子,故该酸根离子可写成Pn。
(6)SCN-的结构式有两种合理的表达方式,每种结构中3个原子均满足8电子稳定结构,则C共用4个电子对,若S共用2个电子对,则N共用2个电子对、并从别处得到1个电子,结构式为[SCN]-;或者C共用4个电子对,若N共用3个电子对,则S共用1个电子对,并从别处得到1个电子,结构式为[N≡C—S]-。
17.(12分)氯吡脲()属苯脲类细胞分裂素,可用作植物生长调节剂,广泛用于农业上促进果实肥大、提高产量、保鲜等。可用2,4-二氯吡啶与苯基脲反应合成氯吡脲:
请回答下列问题。
(1)苯基脲分子中除H外,第一电离能最大的元素为 (填元素符号)。
(2)氯吡脲分子中,碳原子与氯原子形成的化学键为 (填化学键类型)σ键,氮原子的杂化轨道类型有 。
(3)氯吡脲能在动物体内代谢,其产物较为复杂,其中有H2O、NH3、CO2等。
①H2O中的H—O—H键角为105°,则NH3中的H—N—H键角 (填“>”“<”或“=”)105°。
②(NH4)2CO3中,阴、阳离子的空间结构分别为 、 。
【答案】 (1)N (2)sp2-p sp2、sp3
(3)①> ②平面三角形 正四面体形
【解析】 (1)苯基脲中含有C、H、O、N四种元素,除H外,C、O、N是同一周期元素,同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但由于氮的2p轨道处于半充满的稳定状态,其第一电离能大于同一周期相邻的O,故第一电离能最大的元素是N。
(2)在氯吡脲分子中,碳原子采用sp2杂化,氯原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,碳原子的sp2杂化轨道电子与氯原子的3p轨道电子形成σ键,故氯吡脲分子中,碳原子与氯原子形成的化学键为sp2-p σ键;在氯吡脲分子中含有2种氮原子,六元环上的氮原子为sp2杂化,酰胺基上的氮原子采用sp3杂化,则氮原子的杂化轨道类型有sp2、sp3。
(3)①H2O中的氧原子采用sp3杂化,氧原子上有2个孤电子对;NH3中的N采用sp3杂化,N上只有1个孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对间的排斥作用,孤电子对数越多,排斥作用越大,键角就越小,由于H2O中O上的孤电子对数多于NH3中N上的孤电子对数,导致H2O中的H—O—H键角比NH3中的H—N—H键角小,H2O中的H—O—H键角是105°,所以NH3中的H—N—H键角大于105°。
②阴离子C的中心原子C的价层电子对数为3+=3,采取sp2杂化,无孤电子对,空间结构为平面三角形;阳离子N的中心原子N的价层电子对数为4+=4,采取sp3杂化,无孤电子对,空间结构为正四面体形。
18.(16分)A、B、C、D、E为短周期元素且它们的原子序数依次增大,A的核外电子总数与其周期数相同;其中D原子的L电子层中,成对电子与未成对电子占据的轨道数相同,并且无空轨道;B原子的L电子层中未成对电子数与D相同,但还有空轨道;D与E同族。请回答下列问题。
(1)A与其他元素形成的二元共价化合物中,一种化合物分子呈三角锥形,该分子的化学式为 ,其中心原子的杂化方式为 ,A分别与B、C、D形成的共价化合物中既含有极性共价键,又含有非极性共价键的化合物是 (填化学式,任写三种)。
(2)这些元素形成的含氧酸根离子中,其中心原子的价层电子对数为3的酸根离子是
(填化学式,下同);呈三角锥形结构的酸根离子是 。
(3)BA4分子的空间结构为 ;根据电子云重叠方式的不同,该分子中共价键的类型为 。
(4)B的一种氢化物的相对分子质量是26,其分子中σ键和π键的数目之比为 。
【答案】 (1)NH3 sp3 C2H4、N2H4、H2O2(合理即可)
(2)N、N、C S
(3)正四面体形 σ键 (4)3∶2
【解析】 由A的核外电子总数与其周期数相同可知A是氢元素;由D原子的L电子层中,成对电子与未成对电子占据的轨道数相同,并且无空轨道可知D是氧元素;由B原子的L电子层中未成对电子数与D相同,但还有空轨道可知B是碳元素;由A、B、C、D、E的原子序数依次增大可知C是氮元素;由A、B、C、D、E为短周期元素和D与E同族可知E是硫元素。
(1)氢元素与其他元素形成的二元共价化合物中,一种化合物分子呈三角锥形,该分子的化学式为NH3,其中心原子的价层电子对数为4,所以中心原子的杂化方式为sp3,H分别与C、N、O形成的共价化合物中既含有极性共价键,又含有非极性共价键的化合物是C2H4、N2H4、
H2O2等。
(4)B的一种氢化物的相对分子质量是26,该氢化物的分子式为C2H2,结构式为H—C≡C—H,其分子中σ键和π键的数目之比为3∶2。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共84张PPT)
章末整合 素养提升
思考1.乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成 乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷的活泼呢
提示:(1)乙烷分子中的共价键由7个σ键构成,乙烯分子中的共价键由5个σ键和1个π键构成,乙炔分子中的共价键由3个σ键和2个π键构成。(2)乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度小,不稳定,容易断裂;而乙烷中没有π键,σ键稳定,不易断裂。
思考2.如何判断共价键的强弱
提示:(1)根据原子半径和共用电子对数判断,成键原子的原子半径越小,共用电子对数越多,则共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。(2)根据键能判断,共价键的键能越大,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。(3)根据键长判断,共价键的键长越短,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。(4)根据电负性判断,元素的电负性越大,该元素的原子对共用电子对的吸引力越大,形成的共价键越牢固。
思考3.价层电子对的空间结构与分子(或离子)的空间结构一定相同吗 两者之间有何规律存在
提示:价层电子对的空间结构与分子(或离子)的空间结构不一定相同,分子
(或离子)的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对,当中心原子上无孤电子对时,两者的结构一致;当中心原子上有孤电子对时,两者的结构不一致。
思考4.如何判断成键原子的杂化方式
提示:(1)依据VSEPR模型判断成键原子的杂化方式。(2)依据原子的成键情况判断成键原子的杂化方式。(3)依据分子的空间结构、键角判断成键原子的杂化方式。
思考5.如何判断分子是极性分子还是非极性分子
提示:只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子;含有极性键的双原子分子都是极性分子;含有极性键的多原子分子,空间结构对称的是非极性分子,空间结构不对称的是极性分子;对于ABn型分子,若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则中心原子无孤电子对,为非极性分子,若不等,则中心原子有孤电子对,为极性分子。
思考6.范德华力对物质性质有什么影响
提示:范德华力随着分子极性和相对分子质量的增大而增大,组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大,物质的熔、沸点就越高;分子的极性越大,范德华力就越大,物质的熔、沸点就越高,如CO的沸点高于N2的。
思考7.氢键对物质性质有什么影响
提示:(1)对物质熔、沸点的影响:分子间存在氢键的物质,物质的熔、沸点明显高。(2)对物质溶解度的影响:溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大。(3)对物质密度的影响:氢键的存在会使某些物质的密度反常,如水的密度比冰的密度大。(4)对物质电离性质的影响:如邻苯二甲酸的电离平衡常数与对苯二甲酸的电离平衡常数相差较大。
思考8.如何比较物质的溶解性
提示:(1)依据“相似相溶”规律:非极性溶质一般易溶于非极性溶剂,难溶于极性溶剂;极性溶质一般易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂。(2)依据溶质与溶剂之间是否存在氢键:如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶质的溶解度增大,且形成氢键越多,溶解性越好。(3)依据分子结构的相似性:溶质与溶剂分子结构的相似程度越大,其溶解度越大。
考点一 共价键的类型
1.(2024·江苏卷)下列有关反应描述正确的是( )
[A] CH3CH2OH被催化氧化为CH3CHO,CH3CH2OH断裂C—O
[B] 氟氯烃破坏臭氧层,氟氯烃产生的氯自由基改变O3分解的历程
[C] 丁烷催化裂化为乙烷和乙烯,丁烷断裂σ键和π键
[D] 石墨转化为金刚石,碳原子轨道的杂化类型由sp3转变为sp2
B
2.(2024·广西卷)白磷(P4)是不溶于水的固体,在空气中易自燃。下列有关白磷的说法错误的是( )
[A] 分子中每个磷原子的孤电子对数均为1
[B] 常保存于水中,说明白磷密度大于1 g·cm-3
[C] 难溶于水,是因为水是极性分子,P4是非极性分子
[D] 熔点低,是因为白磷分子内的P—P弱
D
【解析】 白磷的分子式为P4,空间结构为正四面体形,每个磷原子采取sp3杂化,而每个磷原子有5个价电子,所以每个磷原子还剩1个孤电子对,A正确;白磷在空气中容易自燃,常保存于水中隔绝空气,故其密度大于1 g·cm-3,B正确;白磷的分子式为P4,空间结构为正四面体形,为非极性分子,水为极性分子,根据“相似相溶”规律,白磷难溶于水,C正确;白磷的分子式为P4,为非极性分子,属于分子晶体,分子间作用力较弱,故其熔点低,熔点低与其共价键强弱无关,
D错误。
3.(高考组合)按要求回答下列问题。
(1)(2022·湖南卷,节选)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示:
富马酸分子中σ键与π键的数目比为 。
11∶3
(2)(2020·江苏卷,节选)柠檬酸的结构简式如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值,1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为 NA。
7
(3)(2021·全国甲卷,节选)CO2中存在 个σ键和 个π键。
2
2
考点二 键参数
sp3
<
—NH2有孤
电子对,孤电子对对成键电子对的排斥力大,键角变小
。
>
ClO2中Cl—O的键长小于Cl2O中Cl—O的键长,其原因是ClO2中既存在σ键,
又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中Cl—O的键长较短,而Cl2O
中只存在普通的σ键
【解析】 (2)根据价层电子对互斥模型可知,n=4时,价层电子对的空间结构为四面体形,n=3时,价层电子对的空间结构为平面三角形,sp2杂化的键角一定大于sp3的,因此,虽然ClO2和Cl2O均为V形结构,但O—Cl—O键角大于
Cl—O—Cl 键角,孤电子对对成键电子对的排斥作用也改变不了这个结论。ClO2中Cl—O的键长小于Cl2O中Cl—O的键长,其原因是ClO2中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中Cl—O的键长较短,而Cl2O中只存在普通的σ键。
(3)(2022·全国乙卷,节选)一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中,C—Cl键长的顺序是 ,理由:
(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多,形成的C—Cl越强;
(ⅱ) 。
一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔
Cl参与形成的大π键越多,形成的C—Cl的键长越短
。
考点三 分子的空间结构
[B] NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构
[C] 在C60、石墨、金刚石中,碳原子有sp、sp2和sp3三种杂化方式
[D] NH3和CO2都能作制冷剂是因为它们有相同类型的分子间作用力
B
C60、石墨、金刚石中碳原子的杂化方式分别为sp2、sp2、sp3,共有两种杂化方式,故C错误;NH3易液化,液氨汽化时吸收热量,可作制冷剂,干冰易升华,升华时吸收热量,也可作制冷剂,NH3的分子间作用力为氢键和范德华力,CO2的分子间仅存在范德华力,故D错误。
6.(高考组合)按要求回答下列问题。
正四面体形
sp2
(2)(2024·北京卷,节选)SnCl2和SnCl4是锡的常见氯化物,SnCl2可被氧化得到。
①SnCl2的VSEPR模型名称是 。
平面三角形
②SnCl4的Sn—Cl是由锡的 轨道与氯的3p轨道重叠形成的σ键。
sp3杂化
(3)(2023·浙江1月选考,节选)Si(NH2)4的空间结构(以Si为中心)名称为
, 分子中氮原子的杂化轨道类型是 。
四面体形
sp3
【解析】 (3)Si(NH2)4可视为SiH4中的4个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的,所以Si(NH2)4中氮原子的杂化轨道类型是sp3,分子的空间结构(以Si为中心)名称为四面体形。
(4)(2023·全国甲卷,节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图所示,二聚体中Al的杂化轨道类型为 。
sp3
【解析】 (4)由Al2Cl6的空间结构结合相关元素的原子结构可知,中心原子Al的价层电子对数是4,其与周围的4个氯原子形成四面体形结构,因此,二聚体中Al的杂化轨道类型为sp3。
。
sp2
sp3
C—F的键能大于聚乙烯中 C—H 的键能,
键能越大,化学性质越稳定
正四面体形
C
考点四 分子间作用力及其对物质性质的影响
[A] 原子半径:W[B] 第一电离能:X[C] 单质沸点:Z[D] 电负性:W8.(2024·广东卷)一种可为运动员补充能量的物质,其分子结构式如图所示。已知R、W、Z、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z和Y同族,则( )
[A] 沸点:ZR3[B] 最高价氧化物对应水化物的酸性:Z[C] 第一电离能:ZD
【解析】 Y可形成5个共价键,Z可形成3个共价键,Z和Y同族,Y的原子序数比Z的大,即Z为N,Y为P;W可形成4个共价键,原子序数比N的小,即W为C;R可形成1个共价键,原子序数比C的小,即R为H;X可形成2个共价键,原子序数在N和P之间,即X为O。综上可知R为H、W为C、Z为N、X为O、Y为P。由于NH3可形成分子间氢键,而PH3不能,因此沸点:NH3>PH3,故A错误;W为C、Z为N,由于非金属性CHNO3,故B错误;
9.按要求回答下列问题。
(1)(2022·全国甲卷,节选)固态氟化氢中存在(HF)n形式,画出(HF)3的链状结构: 。
① ,
② 。
吡啶能与H2O形成分子间氢键
吡啶和H2O均为极性分子,符合“相似相溶”规律,而苯为非极性分子
【解析】 (2)已知苯分子为非极性分子,H2O为极性分子,且吡啶中氮原子上含有孤电子对,能与H2O形成分子间氢键,从而导致吡啶在水中的溶解度远大于苯的。
(3)(2021·全国甲卷,节选)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是
。
甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均
【解析】 (3)甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键,因此沸点均高于不含分子间氢键的甲硫醇,且水比甲醇的氢键多,因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间。
能,且水比甲醇的氢键多
(4)(2021·广东卷,节选)很多含巯基(—SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如,解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞反应生成化合物Ⅱ。
化合物Ⅲ
汞解毒剂的水溶性好,有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物Ⅰ与化合物Ⅲ相比,水溶性较好的是 。
(时间:30分钟 满分:53分)
(选择题1~15题,每小题3分,共45分)
(一)共价键的类型
1.下列说法不正确的是( )
[A] σ键比π键重叠程度大,形成的共价键通常更牢固
[B] 两个原子之间形成共价键时,最多有一个σ键
[C] 气体单质中,一定有σ键,可能有π键
[D] 一个N2中有1个σ键、2个π键
C
【解析】 σ键比π键的电子云重叠程度大,形成的共价键更牢固,A正确;两个原子间形成共价键时,最多有一组原子轨道“头碰头”,故最多有一个σ键,B正确;稀有气体为单原子分子,单质中不存在化学键,C错误;氮气分子中含有氮氮三键,一个N2中含有1个σ键、2个π键,D正确。
2.下列对HBr、H2、NH3、C2H4中共价键存在类型的判断正确的是( )
[A] 都有σ键,没有π键
[B] 都有π键,没有σ键
[C] 都既有σ键,又有π键
[D] 除C2H4外,都只有σ键
D
【解析】 HBr、H2、NH3都是只有单键,故只有σ键,没有 π键,C2H4既有单键又有双键,故既含有σ键又含有π键,D正确。
3.(2025·宁夏石嘴山二中月考)下列关于化学键的说法错误的是( )
①π键不能单独存在,一定要和σ键共存
②s-p σ键与p-p σ键的对称性不同
⑤1个S最多只能与2个H结合形成H2S,是由共价键的饱和性决定的
⑥气体单质中,一定有σ键,可能有π键
⑦下列共价键的极性由小到大的顺序是H—H、P-H、N-H、H—F
[A] ①⑤ [B] ②⑥ [C] ③⑦ [D] ④⑧
B
氢原子有1个电子,硫原子最外层有6个电子,只能结合2个H,形成H2S,这是由共价键的饱和性决定的,⑤正确;稀有气体分子属于单原子分子,不含σ键和π键,⑥错误;对于元素周期表中同属第二周期的元素,与氢元素形成共价键时,极性由小到大分别是N—H、H—F,对于第ⅤA族的元素,与氢元素形成共价键时,N—H的极性大于P—H的,H—H无极性,⑦正确;过氧化钠中含有离子键、非极性键,水分子中含有极性键,所以二者反应时,会有离子键、极性键、非极性键断裂,生成物氢氧化钠中含有离子键、极性键,氧气中含有非极性键,所以有离子键、极性键、非极性键生成,⑧正确。
(二)键参数
4.下列有关共价键和键参数的说法不正确的是( )
[A] 碳碳双键的键能不是碳碳单键键能的两倍
[B] 一个丙烯(C3H6)分子中含有9个σ键和1个π键
[C] C—H比Si—H的键长要短,故CH4比SiH4更稳定
[D] 由于孤电子对的存在,H2O的键角小于109°28′
B
5.(2025·江西南昌二中月考)已知各共价键的键能如表所示,下列说法正确的是( )
共价键 H—H F—F H—F H—Cl H—I
键能E/(kJ·mol-1) 436 157 568 431.8 298.7
[A] 431.8 kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7 kJ·mol-1
[B] 上述键能数据可以说明热稳定性由强到弱的顺序为HF[C] 表中最稳定的是F—F
A
(三)分子的空间结构
6.下列粒子的中心原子的价层电子对数正确的是( )
[A] HCHO 3 [B] CS2 1
[C] BCl3 2 [D] SO3 2
A
【解析】 HCHO是非ABm型物质,碳原子形成3个 σ键,孤电子对数为0,故价层电子对数为3,A项正确;对ABm型分子,其中心原子的价层电子对数 n=与中心原子结合的原子数+中心原子上的孤电子对数,CS2中,n=2+0=2,B项不正确;
BCl3中,n=3+0=3,C项不正确;SO3中,n=3+0=3,D项不正确。
C
8.下列关于杂化轨道的叙述不正确的是( )
[A] 杂化轨道可用于形成σ键,也可用于形成π键
[B] 杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
[C] NH3中N的sp3杂化轨道是由N的3个 p轨道与N的1个s轨道杂化而成的
[D] XY2型共价化合物的中心原子X采取的杂化方式可能不同
A
【解析】 杂化轨道用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对,没有杂化的轨道形成π键,故A错误,B正确;NH3中N的sp3杂化轨道是由N的3个p轨道与N的s轨道杂化而成,形成4个相同的轨道,故C正确;XY2型共价化合物的中心原子的价层电子对数不一定相同,如CO2为sp杂化,SO2为sp2杂化,故D 正确。
9.(2025·宁夏石嘴山三中月考)根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断,下列分子或离子的中心原子的杂化方式及空间结构正确的是( )
C
(四)分子间作用力及其对物质性质的影响
10.下列关于氢键X—H…Y的说法错误的是( )
[A] 氢键是共价键的一种
[B] 同一分子内也可能形成氢键
[C] X、Y元素具有强电负性,是氢键形成的基本条件
[D] 氢键能增大很多物质分子之间的作用力,导致物质的熔点、沸点升高
A
【解析】 氢键是分子间作用力,不属于化学键,A错误;氢键分为分子间氢键和分子内氢键(如邻羟基苯甲醛),所以同一分子内也可能形成氢键,B正确;氢原子与电负性大的原子X以共价键结合,若与电负性大、半径小的原子Y接近,在X与Y之间以氢为媒介,会生成X—H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用,所以X、Y元素具有很大的电负性,是氢键形成的基本条件,C正确;氢键能影响物质的性质,增大很多物质分子之间的作用力,导致物质的熔点、沸点升高,D正确。
11.(2024·辽宁锦州黑山月考)下列关于物质的结构或性质的描述及解释都正确的是( )
[A] 溶解度:O3在水中的溶解度比在CCl4中的溶解度更大,是由于O3是弱极性分子
[B] 键角:H3O+>H2O,是由于H3O+中O上的孤电子对数比H2O中O上的少
[C] 沸点:对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛,是由于对羟基苯甲醛分子间范德华力更强
[D] 酸性:CH2ClCOOH>CH3COOH,是由于CH2ClCOOH的羧基中羟基极性更小
B
【解析】 臭氧的极性微弱,它在水中的溶解度小于在四氯化碳中的溶解度,故A项错误;H3O+、H2O中氧原子均为sp3杂化,H3O+中O上的孤电子对数为1,H2O中O上的孤电子对数为2,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对与成键电子对之间的排斥力,故键角:H3O+>H2O,故B项正确;对羟基苯甲醛可以形成分子间氢键,邻羟基苯甲醛形成分子内氢键,故沸点:对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛,故C项错误;Cl的电负性较大,吸引电子的能力较强,使得CH2ClCOOH的羧基中羟基的极性更大,更易电离出氢离子,故D项错误。
12.(2025·江苏无锡江阴月考)化学符号诠释着物质组成的规律。下列化学符号描述正确的是( )
综合应用
A
13.氢气是清洁能源之一,解决氢气的存储问题是当今科学界需要攻克的课题。C16S8是新型环烯类储氢材料,利用吸附的方法来储存氢分子,其分子结构如图所示。下列有关说法错误的是( )
[A] C16S8是非极性分子
[B] C16S8完全燃烧的产物对应的水化物都是弱电解质
[C] 该分子间存在范德华力和氢键
[D] 基态硫原子有5种能量不同的电子
C
【解析】 C16S8的分子结构对称,正、负电中心重合,是非极性分子,A正确;
C16S8完全燃烧的产物分别为CO2和SO2,对应的水化物分别是H2CO3和H2SO3,均为弱电解质,B正确;该分子间存在范德华力,但不存在分子间氢键,
C错误;基态硫原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4,所以有5种能量不同的电子,D正确。
[A] ④分子空间结构为三角锥形,该分子为极性分子
[B] ②③⑤的VSEPR模型为平面三角形
[C] ③与⑥中心原子杂化类型相同,两者都是极性分子
[D] ①分子中的中心原子无孤电子对
D
15.(2025·四川自贡一诊)如图所示的化合物是一种重要化工原料,X、Y、Z、W、E是原子序数依次增大的短周期主族元素,其中Z、E同族,基态Y原子的核外有3个未成对电子。下列说法正确的是( )
[A] 键角:X2Z>YX3
[C] Z的第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能都大
[D] 共价键极性:Z—EB
16.(8分)(1)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
分子 分子直径/nm 分子与H2O的结合能E/(kJ·mol-1)
CH4 0.436 16.40
CO2 0.512 29.91
①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是 。
氢键、范德华力
②(3分)为开采深海海底的“可燃冰”,有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm,根据上述图表,从物质结构及性质的角度分析,该设想的依据是
。
CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径,
且与H2O的结合能大于CH4的
【解析】 (1)②根据题给数据可知,笼状结构的空腔直径是0.586 nm,而CO2的分子直径是0.512 nm,笼状结构的空腔直径大于CO2的分子直径,而且CO2与水分子之间的结合能大于CH4的,因此可以实现用CO2置换CH4的设想。
H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键
(2)(3分)H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为 。 第二章 检测试题
(限时:75分钟 分值:100分)
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意。
1.下列说法正确的是( )
[A] p轨道与p轨道不能形成σ键
[B] σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转
[C] BF3中含有非极性共价键,空间结构为平面正三角形
[D] 乙烯中碳碳双键的键能是乙烷中碳碳单键的键能的2倍
【答案】 B
【解析】 p轨道与p轨道能形成σ键,如Cl2中两个氯原子之间的σ键,是p-p σ键,故A错误;σ键为轴对称,可以绕键轴旋转,π键为镜面对称,不能绕键轴旋转,故B正确;BF3中含有B—F,属于极性共价键,BF3中B的价层电子对数为3+=3,其空间结构为平面正三角形,故C错误;乙烯中碳碳双键的键能比乙烷中碳碳单键的键能的2倍小,故D错误。
2.下列对分子性质的解释不正确的是( )
[A] CS2结构与CO2相似,CS2难溶于水
[B] 氯气易溶于NaOH溶液是因为“相似相溶”
[C] 一个乳酸()分子中含有一个手性碳原子
[D] 碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水都可用“相似相溶”规律解释
【答案】 B
【解析】 CS2结构与CO2相似,分子结构对称,属于非极性分子,难溶于极性溶剂,A正确;氯气易溶于NaOH溶液是因为氯气与氢氧化钠反应生成水、氯化钠和次氯酸钠,不能用“相似相溶”规律解释,B错误;一个乳酸分子中有一个手性碳原子(),C正确;碘单质、四氯化碳、甲烷都是非极性分子,而水是极性分子,所以根据“相似相溶”规律知碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水,D正确。
3.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)及杂化轨道理论的叙述不正确的是( )
[A] 价层电子对互斥模型将分子分成两类:中心原子有孤电子对的和无孤电子对的
[B] 价层电子对互斥模型既适用于单质分子,也适用于化合物分子
[C] sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化形成的一组能量相近的新轨道
[D] XY2型共价化合物的中心原子X采取的杂化方式可能不同
【答案】 B
【解析】 在VSEPR模型中,将分子分成了中心原子含孤电子对与不含孤电子对两种情况,显然分子的VSEPR模型与空间结构可能相同(不含孤电子对的情况下),也可能不同(含孤电子对的情况下),A正确;VSEPR模型的研究对象仅限于化合物分子,不适用于单质分子,B错误;XY2型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数可能不同,则其采取的杂化方式也可能不同,D正确。
4.下列描述正确的是( )
[A] π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的
[B] Cl的空间结构为平面三角形
[C] NH3、CO、CO2的中心原子都有孤电子对
[D] SiF4和S的中心原子均采取sp3杂化
【答案】 D
【解析】 π键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的,A不正确;Cl的中心原子Cl的价层电子对数为3+=4,孤电子对数是1,所以是三角锥形结构,B不正确;NH3中N的孤电子对数为=1、CO中C的孤电子对数为=1、CO2中C的孤电子对数为=0,C不正确;SiF4的中心原子Si的孤电子对数为=0、价层电子对数为4+0=4,故中心原子Si为sp3杂化,S的中心原子S的孤电子对数为=1、价层电子对数为3+1=4,故中心原子S为sp3杂化,D正确。
5.下列叙述正确的是( )
[A] 共价键只有方向性,没有饱和性
[B] 乙烯与氢气加成后,C—H的类型由sp2-s转化为sp3-s
[C] 在共价化合物中,一定存在共价键,可能存在离子键
[D] 多原子分子中,化学键的键角越大,分子越稳定
【答案】 B
【解析】 共价键具有饱和性,A错误;乙烯与氢气反应生成乙烷,乙烯分子中碳原子含有3个σ键且不含孤电子对,所以采用sp2杂化,乙烷分子中碳原子含有4个σ键且不含孤电子对,所以采用sp3杂化,则碳原子的杂化类型由sp2变为sp3,故乙烯与氢气加成后,C—H的类型由sp2-s转化为sp3-s,B正确;共价化合物中只含共价键,一定不含离子键,C错误;分子的稳定性与共价键的键长、键能有关,键角决定分子空间结构,D错误。
6.下列对一些实验事实的理论解释不正确的是( )
选项 实验事实 理论解释
[A] 溴单质、碘单质在四氯化碳中的溶解度比在水中的大 溴单质、碘单质和四氯化碳都为非极性分子
[B] 卤素单质从F2到I2,在常温、常压下的聚集状态由气态、液态到固态 范德华力逐渐增大
[C] 在常温、常压下,1体积水可以溶解700体积氨 氨是极性分子,且有氢键影响
[D] HF的沸点高于HCl的 H—F的键长比H—Cl的短
【答案】 D
【解析】 根据“相似相溶”规律,Br2、I2是非极性分子,它们易溶于非极性溶剂CCl4,而在极性溶剂水中的溶解度较小,A正确;卤素单质的组成、结构相似,从F2到I2,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,B正确;NH3与H2O都是极性分子,且分子间可以形成氢键,所以NH3在H2O中的溶解度很大,C正确;HF的分子间存在氢键而HCl没有,故HF的沸点较HCl的高,与分子内的共价键无关,D不正确。
7.下列物质的性质或数据与氢键无关的是( )
[A] 氨极易溶于水
[B] 邻羟基苯甲酸()的熔点为159 ℃,对羟基苯甲酸()的熔点为213 ℃
[C] 乙醚微溶于水,而乙醇可与水以任意比混溶
[D] HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多
【答案】 D
【解析】 NH3与H2O之间可以形成氢键,增大了NH3在水中的溶解度;邻羟基苯甲酸形成分子内氢键,而对羟基苯甲酸形成分子间氢键,分子间氢键增大了分子间作用力,使对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高;乙醇分子结构中含有羟基,可以与水分子形成分子间氢键,从而增大了乙醇在水中的溶解度,使其能与水以任意比混溶,而乙醚分子结构中无羟基,不能与水分子形成氢键,在水中的溶解度比乙醇小得多;HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F的键能比 H—Cl 的大,与氢键无关。故选D。
8.联氨(NH2—NH2)是一种绿色无污染的还原剂,NH2—NH2可能有以下两种不同的构象,沿 N—N 键轴方向的投影如图所示。下列说法错误的是( )
[A] NH2—NH2中氮原子的杂化方式为sp3
[B] 实验测得NH2—NH2的极性很大,则其结构为构象b
[C] NH2—NH2的沸点高于CH3—CH3的沸点
[D] NH2—NH2中的键角∠N—N—H小于H2O2中的键角∠O—O—H
【答案】 D
【解析】 NH2—NH2中每个氮原子周围均形成了3个σ键和一个孤电子对,价层电子对数为4,故N的杂化方式为sp3杂化,A正确;构象a的正、负电中心重合,为非极性分子,而构象b为极性分子,B正确;NH2—NH2中存在分子间氢键,熔、沸点更高,C正确;两种分子中,N和O均为sp3杂化,而NH2—NH2中N的孤电子对数为1,H2O2中O的孤电子对数为2,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,D错误。
9.下列说法错误的是( )
①杂化轨道可以形成σ键也可以形成π键 ②π键不能单独存在,一定要和σ键共存 ③含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同 ④两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键 ⑤NH3中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的 3个 p轨道与氢原子的s轨道杂化而成的 ⑥成键的原子间原子轨道重叠越多,共价键越牢固
⑦1个氮原子最多只能与3个氢原子结合形成NH3,是由共价键的饱和性决定的
[A] ①⑤ [B] ②⑥ [C] ③⑦ [D] ②④
【答案】 A
【解析】 杂化轨道用于形成σ键或容纳孤电子对,剩余p轨道参与形成π键,①错误;分子中可以只含σ键,π键不能单独存在,一定要和σ键共存,②正确;π键不稳定,易断裂,含有π键的化合物的化学性质较活泼,与只含σ键的化合物的化学性质不同,③正确;非金属元素原子常以共用电子对形成化学键,两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键,④正确;
NH3中N的sp3杂化轨道是由N的3个p轨道与1个 s轨道杂化而成的,⑤错误;成键的原子间原子轨道重叠越多,成键原子间的距离越小,共价键越牢固,⑥正确;N最外层有5个电子,有3个未成对电子,1个N最多只能与3个H结合形成NH3,是由共价键的饱和性决定的,⑦正确。
10.研究分子结构与性质之间的关系是从微观结构角度解释物质宏观性质的重要途径。下列关于分子结构与性质的说法正确的是( )
[A] 因键长Si—Cl>Si—F,故SiCl4的熔点高于SiF4的
[B] 因原子半径S>O,故H2S的键角比H2O的键角大
[C] 三氟乙酸分子比乙酸分子中O—H的极性强,则相同条件下Ka(CF3COOH)>
Ka(CH3COOH)
[D] 因对羟基苯甲醛易形成分子间氢键,而邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键,故对羟基苯甲醛的沸点低于邻羟基苯甲醛的
【答案】 C
【解析】 由分子形成的物质中,分子内共价键的键长、键能影响分子的稳定性,而分子间作用力的大小影响物质的熔、沸点,A错误;H2S与H2O的中心原子均为sp3杂化,孤电子对数均为2,而电负性S11.X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z的原子序数是X的8倍,Y与Z同周期,且基态Y、Z原子的未成对电子数相同,M是人体必需的微量元素之一,1 mol MYZ3含有60 mol质子。下列说法正确的是( )
[A] 基态Y、Z原子的未成对电子数均为1
[B] 同周期元素中第一电离能比Z大的有3种
[C] Y、Z分别与X形成的最简单化合物沸点:Y>Z
[D] Y中Y原子采用sp3杂化
【答案】 B
【解析】 X、Y、Z为短周期主族元素,Z的原子序数是X的8倍,则X为H、Z为O;Y与Z同周期,Z为O,价层电子排布式为2s22p4,未成对电子数为2,基态Y、Z原子的未成对电子数相同,则Y为C;1 mol MYZ3含有60 mol质子,且M是人体必需的微量元素之一,则M为Zn。Y为C,价层电子排布式为2s22p2,Z为O,价层电子排布式为2s22p4,未成对电子数均为2,A错误;同周期元素从左往右第一电离能呈增大趋势,Z为O,同周期元素中第一电离能比O大的元素为N、F、Ne,共3种,B正确;Y为C,Z为O,X为H,Y、Z分别与X形成的最简单化合物分别为CH4、H2O,H2O中存在氢键,故沸点:H2O>CH4,C错误;C中碳原子的价层电子对数为3+=3,碳原子采用sp2杂化,D错误。
12.药物结构的修饰有助于新药的开发与利用。由青蒿素可以获得双氢青蒿素,其变化过程如图所示。下列说法错误的是( )
[A] 青蒿素的分子式为C15H20O5
[B] 双氢青蒿素分子中氧原子的杂化方式为sp3杂化
[C] 双氢青蒿素分子中的手性碳原子比青蒿素分子的多1个
[D] 与青蒿素相比,双氢青蒿素具有更好的水溶性,疗效更佳
【答案】 A
【解析】 根据青蒿素的结构可知,青蒿素的分子式为C15H22O5,故A项错误;双氢青蒿素分子中的氧原子的价层电子对数为4,采取sp3杂化,故B项正确;青蒿素被修饰过程中,碳氧双键变为单键,多了1个手性碳原子,故C项正确;与青蒿素相比,双氢青蒿素的分子中含有羟基,与水分子间能形成氢键,则其水溶性更好,疗效更佳,故D项正确。
13.第ⅤA族元素的原子R与X原子结合形成RX3气态分子,其空间结构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时,分子结构如图所示。下列关于RCl5的说法不正确的是( )
[A] R原子不是8电子稳定结构
[B] 键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180° 3种
[C] RCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的RCl3
[D] 分子中5个R—Cl的键能都相同
【答案】 D
【解析】 R原子最外层有5个电子,可形成5个共用电子对,所以RCl5中R的最外层电子数为10,不是8电子稳定结构,A正确;从RCl5的分子结构图可知键角有90°、120°、180° 3种,B正确;RCl5受热后会分解生成RCl3和Cl2,RCl3的空间结构为三角锥形,C正确;键长越短,键能越大,键长不同,所以键能不同,D不正确。
14.水生生物参与氮循环的过程如图所示。
下列说法正确的是( )
[A] NH2OH与N2H4中氮原子的杂化轨道类型、共价键类型均完全相同
[B] 反应②③⑥中N皆被氧化
[C] N、N中N的杂化轨道类型不同
[D] NH2OH和NH3都易溶于水,与它们能与水分子形成氢键有关
【答案】 D
【解析】 NH2OH与N2H4中氮原子都是sp3杂化,NH2OH中只含有极性键,N2H4中含有极性键和非极性键,两者共价键类型不完全相同,A错误;反应③中,N由-1价降低到-2价,发生还原反应,N被还原,B错误;N、N中N的价层电子对数都是3,都为sp2杂化,C错误;NH2OH和NH3都能与水分子形成氢键,故易溶于水,D正确。
二、非选择题:本题共4小题,除标注外每空2分,共58分。
15.(12分)Ⅰ.(每空1分)有以下物质:①CO2、②NH3、③N、④CH4、⑤C2H4、⑥C2H2、⑦P4、⑧H2O2。
(1)上述粒子中,既含有极性键又含有非极性键的是 (填序号,下同)。
(2)上述粒子中,既含有σ键又含有π键的是 。
(3)上述粒子中,含有sp杂化的原子的是 。
(4)上述粒子中,为正四面体形结构的是 。
Ⅱ.回答下列问题。
(5)HCN中σ键与π键的数目之比为 。
(6)SO2的VSEPR模型为 ;S的空间结构为 。
(7)1 mol丙酮()中含有σ键的物质的量为 。
【答案】 (1)⑤⑥⑧ (2)①⑤⑥ (3)①⑥
(4)③④⑦ (5)1∶1
(6)平面三角形 正四面体形
(7)9 mol
【解析】 (1)C2H4中含有CC非极性键和C—H极性键,C2H2中含有C≡C非极性键和C—H极性键,H2O2中含有O—O非极性键和O—H极性键,故选⑤⑥⑧。
(2)双键或三键中既含有σ键又含有π键,CO2中含有CO、C2H4中含有CC、C2H2中含有 C≡C,都既含有σ键又含有π键,故选①⑤⑥。
(3)CO2中碳原子的价层电子对数为2+=2,为sp杂化,C2H2中碳原子的价层电子对数为2+=2,为sp杂化,故选①⑥。
(4)N、CH4、P4都为正四面体形结构,故选③④⑦。
(5)HCN的结构式为H—C≡N,单键为σ键,三键中有1个σ键、2个π键,即一个HCN中有
2个σ键与2个π键,其数目之比为1∶1。
(6)SO2的中心原子S的价层电子对数为2+=3,故其VSEPR模型为平面三角形;S的中心原子S的价层电子对数为4+=4,硫原子为sp3杂化,所以S的空间结构为正四面
体形。
(7)丙酮分子中的每个单键是1个σ键,每个双键是1个σ键和1个π键,则1 mol丙酮分子中含有σ键的物质的量为9 mol。
16.(18分)第ⅤA族元素及其化合物在生产、生活中用途广泛。
(1)下列状态的氮中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填字母)。
A.1s22s2222
B.1s22s222
C.1s22s222
D.1s22s223s1
(2)P4S3(结构如图所示)常用于制造火柴,P和S第一电离能较大的是 。1 mol P4S3中含有 mol非极性共价键。
(3)As4S4俗称雄黄,其中基态原子As的核外电子排布式为 ,核外电子的空间运动状态有 种。
(4)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,分别用+和-表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价电子自旋磁量子数的代数和为 。
(5)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸,如:
如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则相应的酸根离子可写为 。
(6)SCN-的结构式有两种合理的表达方式,每种结构中3个原子均满足8电子稳定结构,则其结构式分别为 、 。
【答案】 (1)C
(2)P 3
(3)1s22s22p63s23p63d104s24p3 18
(4)+或-
(5)Pn
(6)[SCN]- [N≡C—S]-
【解析】 (1)A.1s22s2222为基态氮原子,2p能级处于半充满的稳定状态,很难再失一个电子,若要失去1个电子所需能量大;B.1s22s222为激发态氮原子,2p能级未处于半充满的稳定状态,能量较基态氮原子的高,失去一个电子较基态氮原子容易;C.1s22s222为基态N+,再失去一个电子所需能量为N的第二电离能,故基态N+失去一个电子所需的能量大于基态氮原子的,失去一个电子较基态氮原子难;D.1s22s223s1为激发态N+,能量较基态N+高,失去一个电子较基态N+容易。故C符合题意。
(2)P是15号元素,故基态原子P的价层电子排布式为3s23p3,同一周期从左往右元素的第一电离能呈增大趋势,但P的3p能级处于半充满的稳定状态,故P和S的第一电离能的大小顺序是P>S。同种原子间的共价键是非极性共价键,1个P4S3中含有3个非极性共价键,1 mol P4S3中含有3 mol非极性共价键。
(3)As的原子序数为33,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。运动轨道数有1s、2s、3s、4s、3个2p轨道、3个3p轨道、3个4p轨道、5个3d轨道,共18个轨道,则核外电子的空间运动状态有18种。
(4)对于基态的磷原子,其价层电子排布式为3s23p3,其中3s轨道的2个电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0;根据洪特规则可知,其3p轨道的3个电子的自旋状态相同,因此,基态磷原子的价电子的自旋磁量子数的代数和为+或-。
(5)由题中信息可知,n个磷酸分子间脱去(n-1)个水分子形成链状的多磷酸,因此,如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则可脱去n个水分子得到(HPO3)n,其失去氢离子后得到相应的酸根离子,故该酸根离子可写成Pn。
(6)SCN-的结构式有两种合理的表达方式,每种结构中3个原子均满足8电子稳定结构,则C共用4个电子对,若S共用2个电子对,则N共用2个电子对、并从别处得到1个电子,结构式为[SCN]-;或者C共用4个电子对,若N共用3个电子对,则S共用1个电子对,并从别处得到1个电子,结构式为[N≡C—S]-。
17.(12分)氯吡脲()属苯脲类细胞分裂素,可用作植物生长调节剂,广泛用于农业上促进果实肥大、提高产量、保鲜等。可用2,4-二氯吡啶与苯基脲反应合成氯吡脲:
请回答下列问题。
(1)苯基脲分子中除H外,第一电离能最大的元素为 (填元素符号)。
(2)氯吡脲分子中,碳原子与氯原子形成的化学键为 (填化学键类型)σ键,氮原子的杂化轨道类型有 。
(3)氯吡脲能在动物体内代谢,其产物较为复杂,其中有H2O、NH3、CO2等。
①H2O中的H—O—H键角为105°,则NH3中的H—N—H键角 (填“>”“<”或“=”)105°。
②(NH4)2CO3中,阴、阳离子的空间结构分别为 、 。
【答案】 (1)N (2)sp2-p sp2、sp3
(3)①> ②平面三角形 正四面体形
【解析】 (1)苯基脲中含有C、H、O、N四种元素,除H外,C、O、N是同一周期元素,同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但由于氮的2p轨道处于半充满的稳定状态,其第一电离能大于同一周期相邻的O,故第一电离能最大的元素是N。
(2)在氯吡脲分子中,碳原子采用sp2杂化,氯原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,碳原子的sp2杂化轨道电子与氯原子的3p轨道电子形成σ键,故氯吡脲分子中,碳原子与氯原子形成的化学键为sp2-p σ键;在氯吡脲分子中含有2种氮原子,六元环上的氮原子为sp2杂化,酰胺基上的氮原子采用sp3杂化,则氮原子的杂化轨道类型有sp2、sp3。
(3)①H2O中的氧原子采用sp3杂化,氧原子上有2个孤电子对;NH3中的N采用sp3杂化,N上只有1个孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对间的排斥作用,孤电子对数越多,排斥作用越大,键角就越小,由于H2O中O上的孤电子对数多于NH3中N上的孤电子对数,导致H2O中的H—O—H键角比NH3中的H—N—H键角小,H2O中的H—O—H键角是105°,所以NH3中的H—N—H键角大于105°。
②阴离子C的中心原子C的价层电子对数为3+=3,采取sp2杂化,无孤电子对,空间结构为平面三角形;阳离子N的中心原子N的价层电子对数为4+=4,采取sp3杂化,无孤电子对,空间结构为正四面体形。
18.(16分)A、B、C、D、E为短周期元素且它们的原子序数依次增大,A的核外电子总数与其周期数相同;其中D原子的L电子层中,成对电子与未成对电子占据的轨道数相同,并且无空轨道;B原子的L电子层中未成对电子数与D相同,但还有空轨道;D与E同族。请回答下列问题。
(1)A与其他元素形成的二元共价化合物中,一种化合物分子呈三角锥形,该分子的化学式为 ,其中心原子的杂化方式为 ,A分别与B、C、D形成的共价化合物中既含有极性共价键,又含有非极性共价键的化合物是 (填化学式,任写三种)。
(2)这些元素形成的含氧酸根离子中,其中心原子的价层电子对数为3的酸根离子是
(填化学式,下同);呈三角锥形结构的酸根离子是 。
(3)BA4分子的空间结构为 ;根据电子云重叠方式的不同,该分子中共价键的类型为 。
(4)B的一种氢化物的相对分子质量是26,其分子中σ键和π键的数目之比为 。
【答案】 (1)NH3 sp3 C2H4、N2H4、H2O2(合理即可)
(2)N、N、C S
(3)正四面体形 σ键 (4)3∶2
【解析】 由A的核外电子总数与其周期数相同可知A是氢元素;由D原子的L电子层中,成对电子与未成对电子占据的轨道数相同,并且无空轨道可知D是氧元素;由B原子的L电子层中未成对电子数与D相同,但还有空轨道可知B是碳元素;由A、B、C、D、E的原子序数依次增大可知C是氮元素;由A、B、C、D、E为短周期元素和D与E同族可知E是硫元素。
(1)氢元素与其他元素形成的二元共价化合物中,一种化合物分子呈三角锥形,该分子的化学式为NH3,其中心原子的价层电子对数为4,所以中心原子的杂化方式为sp3,H分别与C、N、O形成的共价化合物中既含有极性共价键,又含有非极性共价键的化合物是C2H4、N2H4、
H2O2等。
(4)B的一种氢化物的相对分子质量是26,该氢化物的分子式为C2H2,结构式为H—C≡C—H,其分子中σ键和π键的数目之比为3∶2。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
