第二章测试卷
(限时:90分钟 分值:100分)
一、选择题(本大题共16小题,每小题3分,共48分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1.下列物质中既含有极性键,又含有非极性键的非极性分子是( )
[A]二氧化硫 [B]四氯化碳
[C]二氧化碳 [D]乙烯
【答案】 D
【解析】 二氧化硫中不含有非极性键,且是空间结构为V形的极性分子;四氯化碳和二氧化碳中不含有非极性键。
2.下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面上的是( )
[A]CH4、CS2、BF3
[B]CO2、H2O、NH3
[C]C2H4、C2H2、C6H6
[D]CCl4、BeCl2、PH3
【答案】 C
【解析】 题中的CH4和CCl4为正四面体形分子,NH3和PH3为三角锥形分子,这几种分子中的所有原子不可能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子,C2H4为平面形分子,C6H6为平面正六边形分子,这些分子都是平面形结构,所有原子处于同一平面上。
3.键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数。下列叙述正确的是( )
[A]键角是描述分子空间结构的重要参数
[B]因为H—O的键能小于H—F的键能,所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱
[C]H—F的键长是H—X中最长的
[D]同种元素原子形成的三键和双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍
【答案】 A
【解析】 非金属性O4.下列说法中正确的是( )
[A]卤化氢中,HF沸点最高,是由于HF分子间存在氢键
[B]邻羟基苯甲酸()的熔、沸点比对羟基苯甲酸()的熔、沸点高
[C]H2O的沸点比HF的沸点高,是由于水中氢键的键能大
[D]氢键(X—H…Y—)的三个原子总在一条直线上
【答案】 A
【解析】 分子内氢键使物质熔、沸点降低,分子间氢键使物质熔、沸点升高,邻羟基苯甲酸的熔、沸点低于对羟基苯甲酸的熔、沸点;水中氢键的键能比HF中氢键的键能小,水的沸点高是因为其形成的氢键数目多;X—H…Y—的三个原子不一定在一条直线上。
5.下列有关第ⅥA族元素及其化合物说法正确的是( )
[A]SO2Cl2是非极性分子
[B]SO3与S的键角相等
[C]基态Se的价层电子排布式为4s24p4
[D]第ⅥA族元素简单氢化物的沸点从上到下依次升高
【答案】 C
【解析】 SO2Cl2中S是sp3杂化,为四面体形结构,没有对称中心,正、负电中心不重合,为极性分子,A错误;SO3为平面三角形结构,S为三角锥形结构,二者的键角不相等,B错误;Se位于元素周期表第四周期第ⅥA族,其基态原子价层电子排布式为4s24p4,C正确;第ⅥA族元素简单氢化物中,H2O分子间能形成氢键,其沸点最高,D错误。
6.下列与分子性质有关的说法正确的是( )
[A]XeF4是非极性分子,Xe成键后不含孤电子对
[B]HOOC—CF2—COOH的酸性比
HOOC—CH2—COOH的酸性强是因为F的电负性大,使—COOH中O—H的极性增大
[C]C的电负性大于Si的电负性,所以CH4的熔、沸点高于 SiH4的熔、沸点
[D]尿素[CO(NH2)2]不溶于水,易溶于有机溶剂
【答案】 B
【解析】 XeF4中Xe发生sp3d2杂化,与4个F的p轨道成键,根据VSEPR模型,中心原子Xe上有4个 σ键电子对和2个孤电子对,A错误;HOOC—CF2—COOH的酸性比HOOC—CH2—
COOH的酸性强是因为F的电负性大,使—COOH中O—H的极性增大,容易电离出氢离子,B正确;CH4的相对分子质量小于SiH4的相对分子质量,所以CH4的熔、沸点低于SiH4的熔、沸点,C错误;尿素是极性分子,且能和水形成分子间氢键,故易溶于水,D错误。
7.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型,对下列分子或离子的相关判断均正确的是( )
选项 分子或 离子 中心原子的 杂化方式 价层电子对 互斥模型 空间结构
[A] SO2 sp 直线形 直线形
[B] HCHO sp2 平面三角形 三角锥形
[C] NF3 sp2 四面体形 平面三角形
[D] O sp3 正四面体形 正四面体形
【答案】 D
【解析】 SO2分子中心原子的杂化方式为sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,含有1个孤电子对,分子的空间结构为V形,A错误;HCHO分子中心原子的杂化方式为sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,没有孤电子对,分子的空间结构为平面三角形,B错误;NF3分子中心原子的杂化方式为sp3,价层电子对互斥模型为四面体形,含有1个孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,C错误;的中心原子的杂化方式为sp3,价层电子对互斥模型为正四面体形,没有孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,D正确。
8.下列有关物质的性质比较或相关说法正确的是( )
[A]键角:Cl[B]酸性:CH3COOH>CCl3COOH>CF3COOH
[C]乙醇在水中的溶解度小于正丁醇
(CH3CH2CH2CH2OH)在水中的溶解度,可以用“相似相溶”规律解释
[D]噻吩()的相对分子质量大于吡咯()的相对分子质量,故噻吩的沸点高于吡咯的沸点
【答案】 A
【解析】 Cl中中心原子的价层电子对数为2+×(7+1-2×2)=4,孤电子对数为2,空间结构是V形;Cl中中心原子的价层电子对数为3+×(7+1-3×2)=4,孤电子对数为1,空间结构是三角锥形;Cl中中心原子的价层电子对数为4+×(7+1-4×2)=4,不含孤电子对,空间结构是正四面体形,则键角ClCl>H,吸引电子对能力F>Cl>H,羧基中羟基的极性CF3COOH>CCl3COOH>CH3COOH,所以酸性CF3COOH>CCl3COOH>CH3COOH,故B错误。乙醇和正丁醇都是醇类,根据“相似相溶”规律,在水中都有一定的溶解度,乙醇碳链短,结构与水更相似,所以其溶解度比正丁醇大,故C错误。吡咯分子中存在N—H,分子之间存在氢键,而噻吩分子间不能形成氢键,故吡咯的沸点高于噻吩的沸点,故D错误。
9.用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角大小,下列判断错误的是( )
[A]NO2、HI都是直线形的分子
[B]N的空间结构为平面三角形
[C]BF3、SO3都是平面三角形的分子
[D]NCl3是三角锥形的分子
【答案】 A
【解析】 NO2分子中孤电子对数为×(5-2×2)=0.5,孤电子对数不是整数,这时应当作1来处理,因为单电子也要占据一个轨道,价层电子对数为2+1=3,NO2的VSEPR模型为平面三角形,NO2的空间结构为V形,HI的空间结构为直线形,A错误;N中氮原子的价层电子对数为3+×(5+1-2×3)=3,没有孤电子对,空间结构为平面三角形,B正确;BF3、SO3中中心原子的价层电子对数都是3且不含孤电子对,所以这两种分子都是平面三角形结构,C正确;NCl3中中心原子的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,且含有1个孤电子对,所以NCl3为三角锥形结构,D正确。
10.甲醛的分子式为CH2O,有强烈刺激性气味,在常温、常压下是气态。下列关于其结构及性质的分析正确的是( )
[A]碳原子采取sp3杂化,氧原子采取sp杂化
[B]甲醛分子中中心原子的价层电子对数为4,含有1个孤电子对,是三角锥形结构
[C]1个甲醛分子中含有3个σ键和1个π键
[D]甲醛分子为非极性分子
【答案】 C
【解析】 甲醛的结构式为,碳原子和氧原子都采取sp2杂化,A项错误;甲醛分子中中心原子的价层电子对数为3,不含孤电子对,是平面三角形结构,B项错误;由甲醛的结构式可知,1个甲醛分子中含有3个σ键和1个π键,C项正确;甲醛分子为平面三角形结构,碳原子位于三角形内部,空间结构不对称,正电中心和负电中心不重合,所以为极性分子,D项错误。
11.氨基乙酸钠(H2N—CH2COONa)用于有机产品的合成,也可用于工业洗涤剂中间体的生产以及生化研究。下列说法正确的是( )
[A]碳、氮原子的杂化类型相同
[B]氨基乙酸钠中氮原子的价层电子对数为4
[C]1 mol氨基乙酸钠分子中所含σ键的物质的量为10 mol
[D]氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
【答案】 B
【解析】 氨基乙酸钠中氮原子采取sp3杂化,而碳原子采取sp3、sp2杂化,A错误;氨基乙酸钠中氮原子的价层电子对数为4,B正确;Na+和H2N—CH2COO- 之间形成离子键,单键都是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,1 mol氨基乙酸钠分子中有8 mol σ键,C错误;由于氮原子为sp3杂化,与其成键的另外三个原子不可能共平面,D错误。
12.化合物在生物化学和分子生物学中用作缓冲剂。下列对于该物质的说法错误的是( )
[A]该物质属于极性分子
[B]该物质可与水形成分子间氢键
[C]该物质属于有机物,在水中的溶解度较小
[D]从结构分析,该物质在水中的溶解度较大
【答案】 C
【解析】 根据该有机物的结构可知,其分子结构不对称,正电中心和负电中心不重合,属于极性分子,A正确;该物质可与水形成分子间氢键,因此易溶于水,B、D正确,C错误。
13.豆类植物对氮元素的吸收过程如下:
N2NH3/NNN植物吸收
下列说法错误的是( )
[A]NH3中的键角小于N中的键角
[B]N、N中N的杂化方式不同
[C]因P的原子半径大于N的原子半径,故磷原子间难形成 pp π键
[D]当有9.2 g N生成时,过程②转移的电子的物质的量为1.2 mol
【答案】 B
【解析】 NH3、N中N的价层电子对数都为4,NH3、N的VSEPR模型均为四面体形,NH3中N上有1个孤电子对,中N上没有孤电子对,由于电子对的斥力为孤电子对—孤电子对>孤电子对—成键电子对>成键电子对—成键电子对,故NH3中的键角小于N中的键角,A项正确;N中N的价层电子对数为2+×(5+1-2×2)=3,N采取sp2杂化,N中N的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3,N也采取sp2杂化,B项错误;同主族从上到下,元素的原子半径逐渐增大,P的原子半径大于N的原子半径,磷原子间难以“肩并肩”形成pp π键,C项正确;过程②的反应中,氮元素由-3价升至+3价,每生成1 mol N转移6 mol电子,9.2 g N的物质的量为=0.2 mol,故当有9.2 g N生成时,过程②转移的电子的物质的量为 1.2 mol,D项正确。
14.一定条件下发生反应:Fe+6HCN+2K2CO3K4[Fe(CN)6]+H2↑+2CO2↑+2H2O。下列说法正确的是( )
[A]K4[Fe(CN)6]的中心原子的核外电子排布式(基态)为[Ar]3d5
[B]该反应中只存在共价键的断裂和形成
[C]HCN、CO2、C中碳原子的杂化方式和空间结构均相同
[D]HCN水溶液中存在4种氢键
【答案】 D
【解析】 K4[Fe(CN)6]的中心原子为Fe,核外电子排布式(基态)为[Ar]3d64s2,A错误;该反应中存在离子键、共价键的断裂和形成,B错误;HCN中的碳原子为sp杂化,CO2中的碳原子为sp杂化,C中的碳原子为sp2杂化,C错误;HCN水溶液中存在4种氢键,分别为H—CN…H—CN、H2O…H—CN、H—CN…H—O—H、H2O…H—O—H,D正确。
15.一种可吸附甲醇的材料,其化学式为[C(NH2)3]4[B(OCH3)4]3Cl,部分晶体结构如图所示,其中[C(NH2)3]+为平面结构。下列说法正确的是( )
[A]该晶体中存在N—H…O—氢键
[B]第一电离能:C[C]基态原子未成对电子数:B[D]晶体中C的杂化方式为sp3
【答案】 A
【解析】 由题图可知,[C(NH2)3]+中的H与[B(OCH3)4]-中的O形成氢键,因此,该晶体中存在N—H…O—氢键,A正确;同一周期元素从左到右,第一电离能呈递增趋势,但是第ⅡA族、第ⅤA族元素的原子结构比较稳定,其第一电离能高于同周期相邻元素的,因此,第一电离能从小到大的顺序为C16.短周期元素X、Y、Z和W的原子序数依次增大,X原子的s能级电子总数是p能级电子总数的 2倍,Y与X同主族,Z和W原子中未成对电子数之比为2∶1。下列说法错误的是( )
[A]XW4为非极性分子
[B]Y、Z、W的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱顺序是Y[C]X、Y的简单氢化物由固态转化为气态时,克服相同的作用力
[D]XW4、YW4、ZW2分子中的中心原子均为sp杂化
【答案】 D
【解析】 短周期元素X、Y、Z和W的原子序数依次增大,X原子的s能级电子总数是p能级电子总数的2倍,则X是碳元素,Y与X同主族,则Y是硅元素,Z和W原子中未成对电子数之比为2∶1,且二者原子序数都大于Y,则Z是硫元素、W是氯元素。CCl4为正四面体形结构,正电中心和负电中心重合,为非极性分子,A正确;元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性Si二、非选择题(本大题共4小题,共52分)
17.(21分)Ⅰ.(10分)已知和碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第一个长周期,短周期元素Y原子的最外层电子数比内层电子总数少3,它们形成的化合物的分子式是XY4。试回答下列问题。
(1)X元素的基态原子的核外电子排布式为 ,Y元素基态原子最外层电子排布图为 。
(2)若X、Y两元素的电负性分别为1.8和 3.0,则XY4中X与Y之间的化学键为 (填“共价键”或“离子键”)。
(3)XY4的空间结构为 形,中心原子采取 杂化,分子为 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
(4)XY4与SiCl4比较, (填化学式)的沸点高,原因是 。
Ⅱ.(11分)等电子体(价电子总数、原子数相等的分子或离子)的结构相似、物理性质相近。如N2和CO为等电子体。下表为部分等电子体类型、代表物质和空间结构。
等电子体类型 代表物质 空间结构
四原子、24价电子 SO3 平面三角形
四原子、26价电子 S 三角锥形
五原子、32价电子 CCl4 正四面体形
试回答下列问题。
(1)写出下列离子的空间结构。
Br: ;
C: ;
P: 。
(2)由第二周期元素组成的与F2互为等电子体的离子是 。
(3)C2和 是等电子体,C2具有较强的还原性,它能使酸性KMnO4溶液褪色,锰原子在元素周期表中的位置是 ,基态锰原子的价层电子排布式为 。
(4)HN3称为叠氮酸,常温下为无色、有刺激性气味的液体。的空间结构是 ,与互为等电子体的分子的化学式为 (写一种)。N的空间结构为 。
(5)已知H3B·NH3在一定条件下可逐步释放出氢气,最终转化为氮化硼,因此可作为储氢材料。H3B·NH3的等电子体的化学式为 。
【答案】 Ⅰ.(1)1s22s22p63s23p63d104s24p2 (或[Ar]3d104s24p2)(2分) (1分)
(2)共价键(1分) (3)正四面体(1分)
sp3(1分) 非极性分子(1分) (4)GeCl4(1分)
组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高(2分)
Ⅱ.(1)三角锥形(1分) 平面三角形(1分) 正四面体形(1分) (2)(1分) (3)N2O4(1分) 第四周期第ⅦB族(1分) 3d54s2(1分)
(4)直线形(1分) CO2(或N2O或CS2,合理即可)(1分) V形(1分) (5)C2H6(1分)
【解析】 Ⅰ.第四周期第ⅣA族元素为Ge,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2,Y元素原子的最外层电子数比内层电子总数少3,Y是Cl,其基态原子最外层电子排布图为。
Ⅱ.(1)互为等电子体的物质结构相似。Br与S的结构相似,为三角锥形;C与SO3的结构相似,为平面三角形;P与CCl4的结构相似,为正四面体形。(2)F2为双原子分子,含14个价电子,所以由第二周期元素组成的与F2互为等电子体的离子是。(3)用氮原子替换C2中的碳原子可得等电子体N2O4。(4)与CO2互为等电子体,结构相似,所以是直线形。用S替换CO2中的2个O可得等电子体CS2,用N2替换CO2中的CO可得等电子体N2O。用O替换N中的N-,可知H2O与N互为等电子体,所以N的空间结构为V形。(5)BN与C2电子数相同,所以用C2替换BN可得H3B·NH3 的等电子体的化学式为C2H6。
18.(10分)X、Y、Z、Q、E五种元素中,X基态原子核外的M层中只有两对成对电子,Y基态原子核外的L层上的电子数是K层的两倍,Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素,Q的核电荷数是X与E的核电荷数之和,E在元素周期表中电负性最大。回答下列问题。
(1)Y、Z、Q三种元素可形成一种化学式为QYZ3的化合物。
①基态Q原子核外有 种空间运动状态不同的电子。
②QYZ3中的阴离子的空间结构为 。
③X、Y两种元素的最高价氧化物对应水化物的酸性较强的是 (填化学式)。
(2)将足量的XZ2充入含有Y的溶液中,发生反应的离子方程式为 。
(3)X的单质的常见形式为X8,其环状结构如图所示,则X的原子采用的轨道杂化方式是 。
(4)YX2分子中,共价键的成键形式有 , 属于 (填“极性分子”或“非极性分子”),写出与YX2具有相同空间结构和键合形式的分子: (写一个即可)。
【答案】 (1)①15(1分) ②平面三角形(1分) ③H2SO4(1分)
(2)2SO2+C+H2OCO2+2HS(2分)
(3)sp3(1分)
(4)σ键和π键(2分) 非极性分子(1分) CO2(1分)
【解析】 X基态原子核外的M层中只有两对成对电子,核外电子排布式应为1s22s22p63s23p4,则X为硫元素;Y基态原子核外的L层上的电子数是K层的两倍,Y有2个电子层,最外层电子数为4,故Y为碳元素;Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素,则Z为氧元素;E在元素周期表中电负性最大,则E为氟元素;Q的核电荷数是X与E的核电荷数之和,其核电荷数为25,故Q为锰元素。(1)①基态锰原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,有15种空间运动状态不同的电子。②QYZ3(MnCO3)中的阴离子为C,中心碳原子采取sp2杂化方式与O成键,所有原子都在同一平面上,空间结构为平面三角形。③X、Y两种元素的最高价氧化物对应水化物分别为H2SO4、H2CO3,酸性较强的是H2SO4。(2)将足量的SO2充入含有C的溶液中,生成CO2和HS,发生反应的离子方程式为2SO2+C+H2OCO2+2HS。(3)由题图可知,每个硫原子形成2个σ键和2个孤电子对,所以每个硫原子的价层电子对数是4,则硫原子为sp3杂化。(4)YX2为CS2,分子中共价键的成键形式有σ键和π键,CS2为直线形结构,属于非极性分子,与CO2结构相似。
19.(10分)黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。回答下列问题。
(1)基态铜原子的价层电子排布式为 。
(2)从原子结构角度分析,第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是I1(Fe) (填“>”“<”或“=”)I1(Cu)。
(3)血红素(含Fe2+)是吡咯(C4H5N)的重要衍生物,血红素可用于治疗缺铁性贫血。吡咯和血红素的结构如图所示:
①已知吡咯分子中的各个原子均在同一平面内,则吡咯分子中氮原子的杂化类型为 。
②设NA为阿伏加德罗常数的值,则1 mol吡咯分子中所含的σ键总数为 。大π键是多原子分子或离子中多个原子通过彼此平行的p轨道重叠形成的一种π键,其中的电子在多个原子区域内离域运动。大π键能增加物质的稳定性,参与其形成的原子必须共平面。分子中的大π键可用表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,则吡咯环中的大π键应表示为 。
③C、N、O三种元素的简单氢化物的沸点由低到高的顺序为 (用化学式表示)。
(4)黄铜矿冶炼铜时产生的SO2可通过SO2→SO3→H2SO4途径形成酸雨。SO2的空间结构为 。H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是 。
【答案】 (1)3d104s1(1分) (2)>(1分)
(3)①sp2(1分) ②10NA(1分) (1分) ③CH4(4)V形(1分) H2SO4中S为+6价,S的正电性强于H2SO3中S的正电性,使羟基中O、H间的共用电子对更易偏向O,羟基更容易电离出H+(2分)
【解析】 (2)基态铜原子的价层电子排布式为3d104s1,失去1个电子后,3d10为全充满状态,结构稳定,所以铜原子易失去1个电子,第一电离能较小;而基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,失去1个电子后,不是稳定结构,所以铁原子不易失去1个电子,第一电离能较大,所以I1(Fe)>I1(Cu)。(3)①已知吡咯分子中的氮原子及与其相连的原子均在同一平面内且为平面三角形结构,则吡咯分子中氮原子的杂化类型为sp2。②根据吡咯分子的结构可知,1 mol 吡咯分子中有8 mol 单键、2 mol 双键,所以所含的σ键总数为10NA。吡咯环分子中形成大π键的原子数为5,氮原子有1对未参与成键的电子,碳碳原子间除了形成σ键外,还有4个碳原子分别提供1个电子形成π键,共有电子数为6,所以吡咯环中的大π键应表示为。③CH4分子间无氢键,沸点最低,而NH3、H2O分子间均含氢键,且H2O分子间氢键较强且数目较多,水的沸点最高,因此C、N、O三种元素的简单氢化物的沸点由低到高的顺序为CH420.(11分)氮和磷元素的单质和化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛,请根据提示回答下列问题。
(1)某检测员从一家化肥厂生产出的硫酸铵中检出一种组成为N4H4(SO4)2的物质,经测定,该物质易溶于水,在水中以S和N4两种离子的形式存在。N4易被植物根系吸收,但它遇到碱时会生成类似白磷的N4,N4不能被植物吸收。1个N4中含有 个σ键。
(2)NH3分子和PH3分子的空间结构均是三角锥形,其键角分别为107°和93.6°,试分析PH3的键角小于NH3的原因是 。
(3)P4S3可用于制造火柴,其分子结构如图所示。
①P4S3中硫原子的杂化轨道类型为 。
②每个P4S3中含孤电子对的数目为 。
(4)高温超导材料是具有高临界转变温度,能在液氮温度条件下工作的超导材料。高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+。基态Cu3+的电子排布式为[Ar] ;化合物中,稀土元素最常见的化合价是+3价,但也有少数的稀土元素可以显+4价,观察下列四种稀土元素的电离能数据,判断最有可能显示+4价的稀土元素是 (填元素符号)。
几种稀土元素的电离能(单位:kJ· mol-1)数据
元素 I1 I2 I3 I4
Sc(钪) 633 1 235 2 389 7 019
Y(钇) 616 1 181 1 980 5 963
La(镧) 538 1 067 1 850 4 819
Ce(铈) 527 1 047 1 949 3 547
【答案】 (1)10(1分)
(2)N的电负性大于P的,对成键电子对的吸引能力更强,成键电子对离中心原子更近,成键电子对之间距离更小,排斥力更大,致使键角更大(2分)
(3)①sp3(2分) ②10(2分)
(4)3d8(2分) Ce(2分)
【解析】 (1)N4与白磷的结构类似,因此N4的结构式为,1个N4中含有10个σ键。
(2)N的电负性大于P的,对成键电子对的吸引能力更强,成键电子对离中心原子更近,成键电子对之间距离更小,排斥力更大,致使键角更大,因而NH3的键角大于PH3的键角。
(3)①P4S3中硫原子形成2个σ键,还有2个孤电子对,所以硫原子的杂化轨道类型为sp3。
②P4S3中每个磷原子含有1个孤电子对,每个硫原子含有2个孤电子对,则每个P4S3中含孤电子对的数目为4×1+3×2=10。
(4)铜的原子序数是29,基态铜原子的电子排布式为[Ar]3d104s1,基态Cu3+的电子排布式为[Ar]3d8;根据表格数据可知Ce的第三电离能与第四电离能相差最小,所以最有可能显示+4价的稀土元素是Ce。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共21张PPT)
章末整合·真题导向
考向 分子结构与性质
1.(2025·浙江1月选考)下列属于极性分子的是( )
[A]HCl [B]N2
[C]He [D]CH4
A
【解析】 HCl是由极性键形成的双原子分子,正、负电中心不重合,属于极性分子,A符合题意;N2是由非极性键形成的单质分子,正、负电中心重合,属于非极性分子,B不符合题意;He是单原子分子,正、负电中心重合,属于非极性分子,C不符合题意;CH4是由极性键形成的正四面体形分子,正、负电中心重合,属于非极性分子,D不符合题意。
2.(2024·重庆卷)下列各分子既含有sp2杂化的原子又能与H2O形成氢键的是
( )
[A]CH3CH3
[B]CH2 CHBr
[C]CH3COOH
[D]CH3CH2NH2
C
3.(2024·江西卷)科学家发现宇宙中存在100多种星际分子。下列关于星际分子的说法正确的是( )
[A]分子的极性:SiH4>NH3
[B]键的极性:H—Cl>H—H
[C]键角:H2O>CH4
[D]分子中三键的键长:HC≡N>HC≡CH
B
【解析】 SiH4为正四面体形结构,为非极性分子,NH3为三角锥形结构,为极性分子,故A错误;H—H为非极性键,H—Cl为极性键,则键的极性H—Cl>H—H,故B正确;水分子为V形结构,中心原子含两个孤电子对,甲烷为正四面体形结构,中心原子不含孤电子对,孤电子对对成键电子对斥力较大,则键角H2ON,分子中三键的键长HC≡N4.(2024·山东卷)由O、F、I组成化学式为IO2F的化合物,能体现其成键结构的片段如图所示。下列说法正确的是( )
C
【解析】 由题图中信息可知,白色的小球可形成 2个共价键,灰色的小球只形成1个共价键,黑色的大球形成了4个共价键,根据O、F、I的电负性大小
(F最大、I最小)及其价电子数可以判断,白色的小球代表氧原子,灰色的小球代表氟原子,黑色的大球代表碘原子,A错误;根据该化合物结构片段可知,每个碘原子与3个氧原子形成共价键,根据均摊法可以判断,必须有2个氧原子分别与2个碘原子成键,才能确定该化合物化学式为IO2F,因此,该化合物中不存在过氧键,B错误;
5.(2024·浙江6月选考,节选)化合物HA、HB、HC和HD的结构如图所示。
(1)HA、HB和HC中羟基与水均可形成氢键(—O—H…OH2),按照氢键由强到弱对三种酸排序: ,请说明理由:
。
HC>HB>HA
(2)已知HC、HD钠盐的碱性NaC>NaD,请从结构角度说明理由:
。
S的原子半径大于O的原子半径,S—H的键长大于O—H的键长,S—H的键能小于O—H的键能,同时HC可形成分子间氢键,使得HD比HC更易电离出H+,所以酸性 HD>HC,C-的水解能力大于D-的水解能力,碱性NaC>NaD
【解析】(2)HC、HD钠盐的碱性NaC>NaD,说明酸性HCHC,C-的水解能力大于D-的水解能力,钠盐的碱性NaC>NaD。
6.回答下列问题。
四面体形
sp3
<
—NH2中的N含有孤电子对,孤电子对对成键电子对排斥力大,键角变小
>章末整合·真题导向
考向 分子结构与性质
1.(2025·浙江1月选考)下列属于极性分子的是( )
[A]HCl [B]N2 [C]He [D]CH4
【答案】 A
【解析】 HCl是由极性键形成的双原子分子,正、负电中心不重合,属于极性分子,A符合题意;N2是由非极性键形成的单质分子,正、负电中心重合,属于非极性分子,B不符合题意;He是单原子分子,正、负电中心重合,属于非极性分子,C不符合题意;CH4是由极性键形成的正四面体形分子,正、负电中心重合,属于非极性分子,D不符合题意。
2.(2024·重庆卷)下列各分子既含有sp2杂化的原子又能与H2O形成氢键的是( )
[A]CH3CH3 [B]CH2CHBr
[C]CH3COOH [D]CH3CH2NH2
【答案】 C
【解析】 CH3CH3中两个碳原子都采用sp3杂化,且不能和H2O形成分子间氢键,故A不符合题意;CH2CHBr中两个碳原子都采用sp2杂化,但不能和H2O形成分子间氢键,故B不符合题意;CH3COOH 的—COOH中碳原子采用sp2杂化,且能和H2O形成分子间氢键,故C符合题意;CH3CH2NH2中C、N都采用sp3杂化,故D不符合题意。
3.(2024·江西卷)科学家发现宇宙中存在100多种星际分子。下列关于星际分子的说法正确的是( )
[A]分子的极性:SiH4>NH3
[B]键的极性:H—Cl>H—H
[C]键角:H2O>CH4
[D]分子中三键的键长:HC≡N>HC≡CH
【答案】 B
【解析】 SiH4为正四面体形结构,为非极性分子,NH3为三角锥形结构,为极性分子,故A错误;H—H为非极性键,H—Cl为极性键,则键的极性H—Cl>H—H,故B正确;水分子为V形结构,中心原子含两个孤电子对,甲烷为正四面体形结构,中心原子不含孤电子对,孤电子对对成键电子对斥力较大,则键角H2ON,分子中三键的键长HC≡N4.(2024·山东卷)由O、F、I组成化学式为IO2F的化合物,能体现其成键结构的片段如图所示。下列说法正确的是( )
[A]图中代表氟原子
[B]该化合物中存在过氧键
[C]该化合物中碘原子存在孤对电子
[D]该化合物中所有碘氧键键长相等
【答案】 C
【解析】 由题图中信息可知,白色的小球可形成 2个共价键,灰色的小球只形成1个共价键,黑色的大球形成了4个共价键,根据O、F、I的电负性大小(F最大、I最小)及其价电子数可以判断,白色的小球代表氧原子,灰色的小球代表氟原子,黑色的大球代表碘原子,A错误;根据该化合物结构片段可知,每个碘原子与3个氧原子形成共价键,根据均摊法可以判断,必须有2个氧原子分别与2个碘原子成键,才能确定该化合物化学式为IO2F,因此,该化合物中不存在过氧键,B错误;碘原子的价电子数为7,该化合物中氟元素的化合价为-1,氧元素的化合价为-2,则碘元素的化合价为+5,据此可以判断每个碘原子与其他原子形成3个单键和 1个双键,碘原子的价电子数不等于其形成共价键的数目,因此,该化合物中碘原子存在孤电子对,C正确;该化合物中既存在I—O单键,又存在IO双键,单键和双键的键长是不相等的,因此该化合物中,不是所有的碘氧键键长都相等,D错误。
5.(2024·浙江6月选考,节选)化合物HA、HB、HC和HD的结构如图所示。
(1)HA、HB和HC中羟基与水均可形成氢键(—O—H…OH2),按照氢键由强到弱对三种酸排序: ,请说明理由: 。
(2)已知HC、HD钠盐的碱性NaC>NaD,请从结构角度说明理由: 。
【答案】 (1)HC>HB>HA O、S、Se的电负性逐渐减小,键的极性CO>CS>CSe,使得HA、HB、HC中羟基的极性逐渐增大,其中羟基与H2O形成的氢键逐渐增强 (2)S的原子半径大于O的原子半径,S—H的键长大于O—H的键长,S—H的键能小于O—H的键能,同时HC可形成分子间氢键,使得HD比HC更易电离出H+,所以酸性 HD>HC,C-的水解能力大于D-的水解能力,碱性NaC>NaD
【解析】 (1)O、S、Se的电负性逐渐减小,键的极性 CO>CS>CSe,使得HA、HB、HC中羟基的极性逐渐增大,则其中羟基与水形成的氢键由强到弱的顺序为HC>HB>HA。
(2)HC、HD钠盐的碱性NaC>NaD,说明酸性HCHC,C-的水解能力大于D-的水解能力,钠盐的碱性NaC>NaD。
6.回答下列问题。
(1)(2023·北京卷)S2的空间结构是 。
(2)(2024·浙江1月选考)①H2N—NH2+H+H2N—N,其中—NH2的氮原子杂化方式为 ;比较键角∠HNH,H2N—NH2中的—NH2 (填“>”“<”或“=”)H2N—N中的—N,请说明理由: 。
②将HNO3与SO3按物质的量之比1∶2发生化合反应生成A,测得A由2种粒子构成,其中之一是N。比较氧化性强弱,N (填“>”“<”或“=”)HNO3;写出A中阴离子的结构式: 。
【答案】 (1)四面体形
(2)①sp3 < —NH2中的N含有孤电子对,孤电子对对成键电子对排斥力大,键角变小
②> (或[]-)
【解析】 (1)S的中心原子S的价层电子对数为4,无孤电子对,空间结构为四面体形,S2可看作是S中1个氧原子被硫原子取代,则S2的空间结构为四面体形。
(2)①—NH2中中心原子N的价层电子对数为3+=4,故杂化方式为sp3;—NH2的中心原子N的价层电子对数为4,有一个孤电子对,的中心原子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对成键电子对的排斥力,故键角∠HNH为H2N—NH2中的—NH2②将HNO3与SO3按物质的量之比1∶2发生化合反应生成A,测得A由2种粒子构成,其中之一是N,则A为NO2HS2O7,N为硝酸失去一个OH-,得电子能力更强,氧化性更强,故氧化性N>HNO3;A中阴离子为HS2,其结构式为或[]-。
第二章测试卷
(限时:90分钟 分值:100分)
一、选择题(本大题共16小题,每小题3分,共48分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1.下列物质中既含有极性键,又含有非极性键的非极性分子是( )
[A]二氧化硫 [B]四氯化碳
[C]二氧化碳 [D]乙烯
【答案】 D
【解析】 二氧化硫中不含有非极性键,且是空间结构为V形的极性分子;四氯化碳和二氧化碳中不含有非极性键。
2.下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面上的是( )
[A]CH4、CS2、BF3
[B]CO2、H2O、NH3
[C]C2H4、C2H2、C6H6
[D]CCl4、BeCl2、PH3
【答案】 C
【解析】 题中的CH4和CCl4为正四面体形分子,NH3和PH3为三角锥形分子,这几种分子中的所有原子不可能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子,C2H4为平面形分子,C6H6为平面正六边形分子,这些分子都是平面形结构,所有原子处于同一平面上。
3.键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数。下列叙述正确的是( )
[A]键角是描述分子空间结构的重要参数
[B]因为H—O的键能小于H—F的键能,所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱
[C]H—F的键长是H—X中最长的
[D]同种元素原子形成的三键和双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍
【答案】 A
【解析】 非金属性O4.下列说法中正确的是( )
[A]卤化氢中,HF沸点最高,是由于HF分子间存在氢键
[B]邻羟基苯甲酸()的熔、沸点比对羟基苯甲酸()的熔、沸点高
[C]H2O的沸点比HF的沸点高,是由于水中氢键的键能大
[D]氢键(X—H…Y—)的三个原子总在一条直线上
【答案】 A
【解析】 分子内氢键使物质熔、沸点降低,分子间氢键使物质熔、沸点升高,邻羟基苯甲酸的熔、沸点低于对羟基苯甲酸的熔、沸点;水中氢键的键能比HF中氢键的键能小,水的沸点高是因为其形成的氢键数目多;X—H…Y—的三个原子不一定在一条直线上。
5.下列有关第ⅥA族元素及其化合物说法正确的是( )
[A]SO2Cl2是非极性分子
[B]SO3与S的键角相等
[C]基态Se的价层电子排布式为4s24p4
[D]第ⅥA族元素简单氢化物的沸点从上到下依次升高
【答案】 C
【解析】 SO2Cl2中S是sp3杂化,为四面体形结构,没有对称中心,正、负电中心不重合,为极性分子,A错误;SO3为平面三角形结构,S为三角锥形结构,二者的键角不相等,B错误;Se位于元素周期表第四周期第ⅥA族,其基态原子价层电子排布式为4s24p4,C正确;第ⅥA族元素简单氢化物中,H2O分子间能形成氢键,其沸点最高,D错误。
6.下列与分子性质有关的说法正确的是( )
[A]XeF4是非极性分子,Xe成键后不含孤电子对
[B]HOOC—CF2—COOH的酸性比
HOOC—CH2—COOH的酸性强是因为F的电负性大,使—COOH中O—H的极性增大
[C]C的电负性大于Si的电负性,所以CH4的熔、沸点高于 SiH4的熔、沸点
[D]尿素[CO(NH2)2]不溶于水,易溶于有机溶剂
【答案】 B
【解析】 XeF4中Xe发生sp3d2杂化,与4个F的p轨道成键,根据VSEPR模型,中心原子Xe上有4个 σ键电子对和2个孤电子对,A错误;HOOC—CF2—COOH的酸性比
HOOC—CH2—COOH的酸性强是因为F的电负性大,使—COOH中O—H的极性增大,容易电离出氢离子,B正确;CH4的相对分子质量小于SiH4的相对分子质量,所以CH4的熔、沸点低于SiH4的熔、沸点,C错误;尿素是极性分子,且能和水形成分子间氢键,故易溶于水,D错误。
7.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型,对下列分子或离子的相关判断均正确的是( )
选项 分子或 离子 中心原子的 杂化方式 价层电子对 互斥模型 空间结构
[A] SO2 sp 直线形 直线形
[B] HCHO sp2 平面三角形 三角锥形
[C] NF3 sp2 四面体形 平面三角形
[D] O sp3 正四面体形 正四面体形
【答案】 D
【解析】 SO2分子中心原子的杂化方式为sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,含有1个孤电子对,分子的空间结构为V形,A错误;HCHO分子中心原子的杂化方式为sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,没有孤电子对,分子的空间结构为平面三角形,B错误;NF3分子中心原子的杂化方式为sp3,价层电子对互斥模型为四面体形,含有1个孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,C错误;的中心原子的杂化方式为sp3,价层电子对互斥模型为正四面体形,没有孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,D正确。
8.下列有关物质的性质比较或相关说法正确的是( )
[A]键角:Cl[B]酸性:CH3COOH>CCl3COOH>CF3COOH
[C]乙醇在水中的溶解度小于正丁醇
(CH3CH2CH2CH2OH)在水中的溶解度,可以用“相似相溶”规律解释
[D]噻吩()的相对分子质量大于吡咯()的相对分子质量,故噻吩的沸点高于吡咯的沸点
【答案】 A
【解析】 Cl中中心原子的价层电子对数为2+×(7+1-2×2)=4,孤电子对数为2,空间结构是V形;Cl中中心原子的价层电子对数为3+×(7+1-3×2)=4,孤电子对数为1,空间结构是三角锥形;Cl中中心原子的价层电子对数为4+×(7+1-4×2)=4,不含孤电子对,空间结构是正四面体形,则键角ClCl>H,吸引电子对能力F>Cl>H,羧基中羟基的极性CF3COOH>CCl3COOH>CH3COOH,所以酸性CF3COOH>CCl3COOH>CH3COOH,故B错误。乙醇和正丁醇都是醇类,根据“相似相溶”规律,在水中都有一定的溶解度,乙醇碳链短,结构与水更相似,所以其溶解度比正丁醇大,故C错误。吡咯分子中存在N—H,分子之间存在氢键,而噻吩分子间不能形成氢键,故吡咯的沸点高于噻吩的沸点,故D错误。
9.用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角大小,下列判断错误的是( )
[A]NO2、HI都是直线形的分子
[B]N的空间结构为平面三角形
[C]BF3、SO3都是平面三角形的分子
[D]NCl3是三角锥形的分子
【答案】 A
【解析】 NO2分子中孤电子对数为×(5-2×2)=0.5,孤电子对数不是整数,这时应当作1来处理,因为单电子也要占据一个轨道,价层电子对数为2+1=3,NO2的VSEPR模型为平面三角形,NO2的空间结构为V形,HI的空间结构为直线形,A错误;N中氮原子的价层电子对数为3+×(5+1-2×3)=3,没有孤电子对,空间结构为平面三角形,B正确;BF3、SO3中中心原子的价层电子对数都是3且不含孤电子对,所以这两种分子都是平面三角形结构,C正确;NCl3中中心原子的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,且含有1个孤电子对,所以NCl3为三角锥形结构,D正确。
10.甲醛的分子式为CH2O,有强烈刺激性气味,在常温、常压下是气态。下列关于其结构及性质的分析正确的是( )
[A]碳原子采取sp3杂化,氧原子采取sp杂化
[B]甲醛分子中中心原子的价层电子对数为4,含有1个孤电子对,是三角锥形结构
[C]1个甲醛分子中含有3个σ键和1个π键
[D]甲醛分子为非极性分子
【答案】 C
【解析】 甲醛的结构式为,碳原子和氧原子都采取sp2杂化,A项错误;甲醛分子中中心原子的价层电子对数为3,不含孤电子对,是平面三角形结构,B项错误;由甲醛的结构式可知,1个甲醛分子中含有3个σ键和1个π键,C项正确;甲醛分子为平面三角形结构,碳原子位于三角形内部,空间结构不对称,正电中心和负电中心不重合,所以为极性分子,D项错误。
11.氨基乙酸钠(H2N—CH2COONa)用于有机产品的合成,也可用于工业洗涤剂中间体的生产以及生化研究。下列说法正确的是( )
[A]碳、氮原子的杂化类型相同
[B]氨基乙酸钠中氮原子的价层电子对数为4
[C]1 mol氨基乙酸钠分子中所含σ键的物质的量为10 mol
[D]氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
【答案】 B
【解析】 氨基乙酸钠中氮原子采取sp3杂化,而碳原子采取sp3、sp2杂化,A错误;氨基乙酸钠中氮原子的价层电子对数为4,B正确;Na+和H2N—CH2COO- 之间形成离子键,单键都是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,1 mol氨基乙酸钠分子中有8 mol σ键,C错误;由于氮原子为sp3杂化,与其成键的另外三个原子不可能共平面,D错误。
12.化合物在生物化学和分子生物学中用作缓冲剂。下列对于该物质的说法错误的是( )
[A]该物质属于极性分子
[B]该物质可与水形成分子间氢键
[C]该物质属于有机物,在水中的溶解度较小
[D]从结构分析,该物质在水中的溶解度较大
【答案】 C
【解析】 根据该有机物的结构可知,其分子结构不对称,正电中心和负电中心不重合,属于极性分子,A正确;该物质可与水形成分子间氢键,因此易溶于水,B、D正确,C错误。
13.豆类植物对氮元素的吸收过程如下:
N2NH3/NNN植物吸收
下列说法错误的是( )
[A]NH3中的键角小于N中的键角
[B]N、N中N的杂化方式不同
[C]因P的原子半径大于N的原子半径,故磷原子间难形成 pp π键
[D]当有9.2 g N生成时,过程②转移的电子的物质的量为1.2 mol
【答案】 B
【解析】 NH3、N中N的价层电子对数都为4,NH3、N的VSEPR模型均为四面体形,NH3中N上有1个孤电子对,中N上没有孤电子对,由于电子对的斥力为孤电子对—孤电子对>孤电子对—成键电子对>成键电子对—成键电子对,故NH3中的键角小于N中的键角,A项正确;N中N的价层电子对数为2+×(5+1-2×2)=3,N采取sp2杂化,N中N的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3,N也采取sp2杂化,B项错误;同主族从上到下,元素的原子半径逐渐增大,P的原子半径大于N的原子半径,磷原子间难以“肩并肩”形成pp π键,C项正确;过程②的反应中,氮元素由-3价升至+3价,每生成1 mol N转移6 mol电子,9.2 g N的物质的量为=0.2 mol,故当有9.2 g N生成时,过程②转移的电子的物质的量为 1.2 mol,D项正确。
14.一定条件下发生反应:Fe+6HCN+2K2CO3K4[Fe(CN)6]+H2↑+2CO2↑+2H2O。下列说法正确的是( )
[A]K4[Fe(CN)6]的中心原子的核外电子排布式(基态)为[Ar]3d5
[B]该反应中只存在共价键的断裂和形成
[C]HCN、CO2、C中碳原子的杂化方式和空间结构均相同
[D]HCN水溶液中存在4种氢键
【答案】 D
【解析】 K4[Fe(CN)6]的中心原子为Fe,核外电子排布式(基态)为[Ar]3d64s2,A错误;该反应中存在离子键、共价键的断裂和形成,B错误;HCN中的碳原子为sp杂化,CO2中的碳原子为sp杂化,C中的碳原子为sp2杂化,C错误;HCN水溶液中存在4种氢键,分别为H—CN…H—CN、H2O…H—CN、H—CN…H—O—H、H2O…H—O—H,D正确。
15.一种可吸附甲醇的材料,其化学式为[C(NH2)3]4[B(OCH3)4]3Cl,部分晶体结构如图所示,其中[C(NH2)3]+为平面结构。下列说法正确的是( )
[A]该晶体中存在N—H…O—氢键
[B]第一电离能:C[C]基态原子未成对电子数:B[D]晶体中C的杂化方式为sp3
【答案】 A
【解析】 由题图可知,[C(NH2)3]+中的H与[B(OCH3)4]-中的O形成氢键,因此,该晶体中存在N—H…O—氢键,A正确;同一周期元素从左到右,第一电离能呈递增趋势,但是第ⅡA族、第ⅤA族元素的原子结构比较稳定,其第一电离能高于同周期相邻元素的,因此,第一电离能从小到大的顺序为C16.短周期元素X、Y、Z和W的原子序数依次增大,X原子的s能级电子总数是p能级电子总数的 2倍,Y与X同主族,Z和W原子中未成对电子数之比为2∶1。下列说法错误的是( )
[A]XW4为非极性分子
[B]Y、Z、W的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱顺序是Y[C]X、Y的简单氢化物由固态转化为气态时,克服相同的作用力
[D]XW4、YW4、ZW2分子中的中心原子均为sp杂化
【答案】 D
【解析】 短周期元素X、Y、Z和W的原子序数依次增大,X原子的s能级电子总数是p能级电子总数的2倍,则X是碳元素,Y与X同主族,则Y是硅元素,Z和W原子中未成对电子数之比为2∶1,且二者原子序数都大于Y,则Z是硫元素、W是氯元素。CCl4为正四面体形结构,正电中心和负电中心重合,为非极性分子,A正确;元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性Si二、非选择题(本大题共4小题,共52分)
17.(21分)Ⅰ.(10分)已知和碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第一个长周期,短周期元素Y原子的最外层电子数比内层电子总数少3,它们形成的化合物的分子式是XY4。试回答下列问题。
(1)X元素的基态原子的核外电子排布式为 ,Y元素基态原子最外层电子排布图为 。
(2)若X、Y两元素的电负性分别为1.8和 3.0,则XY4中X与Y之间的化学键为 (填“共价键”或“离子键”)。
(3)XY4的空间结构为 形,中心原子采取 杂化,分子为 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
(4)XY4与SiCl4比较, (填化学式)的沸点高,原因是 。
Ⅱ.(11分)等电子体(价电子总数、原子数相等的分子或离子)的结构相似、物理性质相近。如N2和CO为等电子体。下表为部分等电子体类型、代表物质和空间结构。
等电子体类型 代表物质 空间结构
四原子、24价电子 SO3 平面三角形
四原子、26价电子 S 三角锥形
五原子、32价电子 CCl4 正四面体形
试回答下列问题。
(1)写出下列离子的空间结构。
Br: ;
C: ;
P: 。
(2)由第二周期元素组成的与F2互为等电子体的离子是 。
(3)C2和 是等电子体,C2具有较强的还原性,它能使酸性KMnO4溶液褪色,锰原子在元素周期表中的位置是 ,基态锰原子的价层电子排布式为 。
(4)HN3称为叠氮酸,常温下为无色、有刺激性气味的液体。的空间结构是 ,与互为等电子体的分子的化学式为 (写一种)。N的空间结构为 。
(5)已知H3B·NH3在一定条件下可逐步释放出氢气,最终转化为氮化硼,因此可作为储氢材料。H3B·NH3的等电子体的化学式为 。
【答案】 Ⅰ.(1)1s22s22p63s23p63d104s24p2
(或[Ar]3d104s24p2)(2分) (1分) (2)共价键(1分) (3)正四面体(1分)
sp3(1分) 非极性分子(1分) (4)GeCl4(1分)
组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高(2分)
Ⅱ.(1)三角锥形(1分) 平面三角形(1分) 正四面体形(1分) (2)(1分) (3)N2O4(1分) 第四周期第ⅦB族(1分) 3d54s2(1分)
(4)直线形(1分) CO2(或N2O或CS2,合理即可)(1分) V形(1分) (5)C2H6(1分)
【解析】 Ⅰ.第四周期第ⅣA族元素为Ge,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2,Y元素原子的最外层电子数比内层电子总数少3,Y是Cl,其基态原子最外层电子排布图为。
Ⅱ.(1)互为等电子体的物质结构相似。Br与S的结构相似,为三角锥形;C与SO3的结构相似,为平面三角形;P与CCl4的结构相似,为正四面体形。(2)F2为双原子分子,含14个价电子,所以由第二周期元素组成的与F2互为等电子体的离子是。(3)用氮原子替换C2中的碳原子可得等电子体N2O4。(4)与CO2互为等电子体,结构相似,所以是直线形。用S替换CO2中的2个O可得等电子体CS2,用N2替换CO2中的CO可得等电子体N2O。用O替换N中的N-,可知H2O与N互为等电子体,所以N的空间结构为V形。(5)BN与C2电子数相同,所以用C2替换BN可得H3B·NH3 的等电子体的化学式为C2H6。
18.(10分)X、Y、Z、Q、E五种元素中,X基态原子核外的M层中只有两对成对电子,Y基态原子核外的L层上的电子数是K层的两倍,Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素,Q的核电荷数是X与E的核电荷数之和,E在元素周期表中电负性最大。回答下列问题。
(1)Y、Z、Q三种元素可形成一种化学式为QYZ3的化合物。
①基态Q原子核外有 种空间运动状态不同的电子。
②QYZ3中的阴离子的空间结构为 。
③X、Y两种元素的最高价氧化物对应水化物的酸性较强的是 (填化学式)。
(2)将足量的XZ2充入含有Y的溶液中,发生反应的离子方程式为 。
(3)X的单质的常见形式为X8,其环状结构如图所示,则X的原子采用的轨道杂化方式是 。
(4)YX2分子中,共价键的成键形式有 , 属于 (填“极性分子”或“非极性分子”),写出与YX2具有相同空间结构和键合形式的分子: (写一个即可)。
【答案】 (1)①15(1分) ②平面三角形(1分)
③H2SO4(1分)
(2)2SO2+C+H2OCO2+2HS(2分)
(3)sp3(1分)
(4)σ键和π键(2分) 非极性分子(1分) CO2(1分)
【解析】 X基态原子核外的M层中只有两对成对电子,核外电子排布式应为1s22s22p63s23p4,则X为硫元素;Y基态原子核外的L层上的电子数是K层的两倍,Y有2个电子层,最外层电子数为4,故Y为碳元素;Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素,则Z为氧元素;E在元素周期表中电负性最大,则E为氟元素;Q的核电荷数是X与E的核电荷数之和,其核电荷数为25,故Q为锰元素。(1)①基态锰原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,有15种空间运动状态不同的电子。②QYZ3(MnCO3)中的阴离子为C,中心碳原子采取sp2杂化方式与O成键,所有原子都在同一平面上,空间结构为平面三角形。③X、Y两种元素的最高价氧化物对应水化物分别为H2SO4、H2CO3,酸性较强的是H2SO4。(2)将足量的SO2充入含有C的溶液中,生成CO2和HS,发生反应的离子方程式为2SO2+C+H2OCO2+2HS。(3)由题图可知,每个硫原子形成2个σ键和2个孤电子对,所以每个硫原子的价层电子对数是4,则硫原子为sp3杂化。(4)YX2为CS2,分子中共价键的成键形式有σ键和π键,CS2为直线形结构,属于非极性分子,与CO2结构相似。
19.(10分)黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。回答下列问题。
(1)基态铜原子的价层电子排布式为 。
(2)从原子结构角度分析,第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是I1(Fe) (填“>”“<”或“=”)I1(Cu)。
(3)血红素(含Fe2+)是吡咯(C4H5N)的重要衍生物,血红素可用于治疗缺铁性贫血。吡咯和血红素的结构如图所示:
①已知吡咯分子中的各个原子均在同一平面内,则吡咯分子中氮原子的杂化类型为 。
②设NA为阿伏加德罗常数的值,则1 mol吡咯分子中所含的σ键总数为 。大π键是多原子分子或离子中多个原子通过彼此平行的p轨道重叠形成的一种π键,其中的电子在多个原子区域内离域运动。大π键能增加物质的稳定性,参与其形成的原子必须共平面。分子中的大π键可用表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,则吡咯环中的大π键应表示为 。
③C、N、O三种元素的简单氢化物的沸点由低到高的顺序为 (用化学式表示)。
(4)黄铜矿冶炼铜时产生的SO2可通过SO2→SO3→H2SO4途径形成酸雨。SO2的空间结构为 。H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是 。
【答案】 (1)3d104s1(1分) (2)>(1分)
(3)①sp2(1分) ②10NA(1分) (1分) ③CH4(4)V形(1分) H2SO4中S为+6价,S的正电性强于H2SO3中S的正电性,使羟基中O、H间的共用电子对更易偏向O,羟基更容易电离出H+(2分)
【解析】 (2)基态铜原子的价层电子排布式为3d104s1,失去1个电子后,3d10为全充满状态,结构稳定,所以铜原子易失去1个电子,第一电离能较小;而基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,失去1个电子后,不是稳定结构,所以铁原子不易失去1个电子,第一电离能较大,所以I1(Fe)>I1(Cu)。(3)①已知吡咯分子中的氮原子及与其相连的原子均在同一平面内且为平面三角形结构,则吡咯分子中氮原子的杂化类型为sp2。②根据吡咯分子的结构可知,1 mol 吡咯分子中有8 mol 单键、2 mol 双键,所以所含的σ键总数为10NA。吡咯环分子中形成大π键的原子数为5,氮原子有1对未参与成键的电子,碳碳原子间除了形成σ键外,还有4个碳原子分别提供1个电子形成π键,共有电子数为6,所以吡咯环中的大π键应表示为。③CH4分子间无氢键,沸点最低,而NH3、H2O分子间均含氢键,且H2O分子间氢键较强且数目较多,水的沸点最高,因此C、N、O三种元素的简单氢化物的沸点由低到高的顺序为CH420.(11分)氮和磷元素的单质和化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛,请根据提示回答下列问题。
(1)某检测员从一家化肥厂生产出的硫酸铵中检出一种组成为N4H4(SO4)2的物质,经测定,该物质易溶于水,在水中以S和N4两种离子的形式存在。N4易被植物根系吸收,但它遇到碱时会生成类似白磷的N4,N4不能被植物吸收。1个N4中含有 个σ键。
(2)NH3分子和PH3分子的空间结构均是三角锥形,其键角分别为107°和93.6°,试分析PH3的键角小于NH3的原因是 。
(3)P4S3可用于制造火柴,其分子结构如图所示。
①P4S3中硫原子的杂化轨道类型为 。
②每个P4S3中含孤电子对的数目为 。
(4)高温超导材料是具有高临界转变温度,能在液氮温度条件下工作的超导材料。高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+。基态Cu3+的电子排布式为[Ar] ;化合物中,稀土元素最常见的化合价是+3价,但也有少数的稀土元素可以显+4价,观察下列四种稀土元素的电离能数据,判断最有可能显示+4价的稀土元素是 (填元素符号)。
几种稀土元素的电离能(单位:kJ· mol-1)数据
元素 I1 I2 I3 I4
Sc(钪) 633 1 235 2 389 7 019
Y(钇) 616 1 181 1 980 5 963
La(镧) 538 1 067 1 850 4 819
Ce(铈) 527 1 047 1 949 3 547
【答案】 (1)10(1分)
(2)N的电负性大于P的,对成键电子对的吸引能力更强,成键电子对离中心原子更近,成键电子对之间距离更小,排斥力更大,致使键角更大(2分)
(3)①sp3(2分) ②10(2分)
(4)3d8(2分) Ce(2分)
【解析】 (1)N4与白磷的结构类似,因此N4的结构式为,1个N4中含有10个σ键。
(2)N的电负性大于P的,对成键电子对的吸引能力更强,成键电子对离中心原子更近,成键电子对之间距离更小,排斥力更大,致使键角更大,因而NH3的键角大于PH3的键角。
(3)①P4S3中硫原子形成2个σ键,还有2个孤电子对,所以硫原子的杂化轨道类型为sp3。
②P4S3中每个磷原子含有1个孤电子对,每个硫原子含有2个孤电子对,则每个P4S3中含孤电子对的数目为4×1+3×2=10。
(4)铜的原子序数是29,基态铜原子的电子排布式为[Ar]3d104s1,基态Cu3+的电子排布式为[Ar]3d8;根据表格数据可知Ce的第三电离能与第四电离能相差最小,所以最有可能显示+4价的稀土元素是Ce。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
