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专题4 分子空间结构与物质性质
第一单元 分子构型与物质的性质
高考资源网1.下列各组原子序数所示元素,不能形成AB2型共价化合物的是( )
A.6和8 B.16和8 C.12和9 D.6和16
2.下列分子中只存在σ键的是 ( )
A.CO2 B.CH4 C.C2H4 D.C2H2
3.下列分子或离子中不是sp3杂化的是( )
A.金刚石中的碳原子 B.BCl3 C.CCl4 D.NH4+
4.下列分子的空间构型是直线形的是 ( )
A.CH4 B.C2H2 C.BF3 D.H2O
5.下列分子中分子的空间构型为三角锥形的是 ( )
A.CS2 B.NH3 C.BBr3 D.C2H6
6.下列分子的空间构型为平面三角形的是 ( )
A.H2O B.C2H4 C.BCl3 D.PCl3
7.下列分子的中心原子形成sp2杂化轨道的是 ( )
A.H2O B.NH3 C.C2H4 D.CH4
8.下列物质分子的中心原子采取sp3杂化的是 ( )
A.BF3 B.BeF2 C.SiCl4 D.CO2
9. NH3、H2O、CH4三分子中键角的大小顺序正确的是 ( )
A.NH3> H2O >CH4 B.CH4>NH3> H2O
C.H2O > CH4> NH3 D.H2O > NH3> CH4
10.有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是 ( )
A.两个碳原子采用sp杂化方式
B.两个碳原子采用sp2杂化方式
C.每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键
D.两个碳原子之间仅形成两个π键
11.下列有机分子中,所有的原子不可能处于同一平面的是 ( )
A.CH2=CH—CN B.CH2=CH—CH=CH2
12.下列分子或离子中与O3为等电子体的是 ( )
A.SO2 B.N2 C.NO2- D.CN-
13.下列分子中含有两个不同键长的是 ( )
A.CO2 B.C2H2 C.CCl4 D.NH3
14.下列说法中正确的是 ( )
A.PCl3分子是三角锥形,这是因为P原子是以sp2杂化的结果
B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个sp3杂化轨道
C.凡中心原子采取sp3杂化的分子,其几何构型都是四面体
D.AB3型的分子空间构型必为平面三角形
15.在分子中,四个原子处在同一平面上,C原子采用的杂化轨道是( )
A.sp B.sp2 C.sp3 D.其他形式杂化
16.Murad等三位教授最早提出NO分子在人体内有独特功能,近年来此领域研究有很大进展,此这三位教授荣获了1998年诺贝尔医学及生理学奖。关于NO的下列叙述不正确的是
A.NO可以是某些含低价氮的物质氧化的产物
B.NO分子中不含有未成对电子
C.NO是直线性分子
D.NO汽车尾气中的主要空气污染物之一
17.蛋白质分子的多肽链并不是线形伸展,而是按一定方式折叠盘绕成特有的空间结构。X衍射法研究认为,肽键()带有双键的性质,不能沿C-N键自由旋转,形成了酰胺平面的结构。请回答:
(1) 肽键中的4个原子和它相邻的两个基团R1、R2结合,试画出可能的结构简式。
; (2)肽键中C、N原子的杂化类型分别是 、 。
(3)哪一类高聚物(不是肽类)也有“肽键”() ) (举一例)。
18.1919年,Langmuir提出等电子原理:原子数相同、电子数相同的分子,互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。
1 根据上述原理,仅由第2周期元素组成的共价分子中,互为等电子体的是:
和 ; 和 。
2 此后,等电子原理又有所发展。例如,由短周期元素组成的微粒,只要其原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互称为等电子体,它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中,与互为等电子体的分子有: 、 ;这些等电子体的微粒构型为 形。
3 CNS-、NO2+具有相同的通式:AX2,它们的价电子总数都是16,因此,它们的结构与由第二周期两元素组成的 分子的结构相同,微粒呈 形,中心原子取 杂化轨道。
4C032-、NO3-等微粒具有相同的通式: ,它们的总价电子数都等于 ,因此,它们与由第六主族两元素组成的 分子结构有相同,呈 形,中心原子都取 杂化。
19.高空中的O3能吸收有害紫外线,保护人类赖以生存的空间。其结构式可表示为,键角116.5°,V形分子,具有极强的氧化性。在低层的空气中,O3与空气中的一些碳氢化合物发生作用后,产生有毒的光化学烟雾。试回答下列问题:
① 臭氧与氧气的关系是 ;臭氧与SO2的关系是 。
② 写出下列反应的离子方程式:
SO2与氯水反应生成两种强酸
SO2与FeCl3溶液发生氧化-还原反应
③ 根据等电子原理,下列微粒中与O3分子的结构最相似的是 ( )
A.H2O B.CO2 C. D.BeCl2
20.如图为短周期一部分。A、C两元素原子核外分别有两个、一个未成对电子。试回答:
(1) 用轨道表示式表示B、C两种原子的电子排布
、
(2) 短周期元素D与A同主族 ,则A、B、D三种元素形成的氢化物的分子构型分别是 、 、 ;已知氢化物分子中,A、B、D原子的孤对电子 均在杂化轨道内,则A、B、D原子的杂化类型分别是 、 、 ;A、 B、C、D四种元素氢化物的稳定性由强到弱的顺序 为 。
(3) 短周期元素E原子核外也有两个未成对电子,且E是形成化合物最多的元素,其常见的同素异形体的名称是 、 ,任意两个键的夹角是 、 ,中心原子的杂化类型分别为 、 。
参考答案及详解
1.C[说明]A选项中,C和O可以形成CO2;B选项中,S和O可以形成SO2;D选项中,C和S可以形成CS2;都是共价化合物。C选项中的Mg和F形成的MgF2是离子化合物。
2.B[说明] 通常情况下,碳原子与碳原子之间、碳原子与氢原子之间形成的单键都是σ键;碳原子与碳原子之间、碳原子与氧原子之间形成的双键中,一个价键是σ键,另一个是π键;碳原子与碳原子之间形成的叁键中,一个价键是σ键,另两个是π键。
3.B[说明]BCl3分子中的B是sp2杂化。
4.B[说明] CH4分子的空间构型是正四面体;BF3分子的空间构型是平面三角形;H2O分子的空间构型是V形 。
5.B[说明] CS2分子中C原子与S原子以sp2杂化形成直线型分子,BBr3分子中心原子以sp2杂化形成三角形的结构,C2H6分子以sp3的杂化方式形成空间四面体的结构。
6.C[说明] H2O 分子的空间构型为V型,C2H4分子是平面分子,所有的原子处于同一平面,构型可看作两个平面三角形以顶点接在一起。BCl3分子的空间构型为平面正三角型;PCl3分子的空间构型为三角锥型。
7.C [说明]H2O、NH3、CH4分子的中心原子都是sp3杂化。
8.C [说明]BF3分子的中心原子采取的是sp2杂化;BeF2分子的中心原子采取的是sp杂化;SiCl4分子的中心原子采取的是sp3杂化;CO2分子的中心原子采取的是sp杂化。
9.B [说明] NH3、H2O、CH4分子的价电子对排布均为正四面体型,价电子对间的夹角按理应为109°28′,由于NH3分子有一对孤电子对,H2O分子有两对孤电子对,孤电子对对成键电子对有较大的斥力,使成键电子对之间的夹角减小。所以三个分子的键角从大到小的顺序是CH4>NH3> H2O。
10.BD [说明] 乙炔分子中的两个碳原子采用sp杂化方式,形成2个sp杂化轨道,与2个H原子形成σ键,2个碳原子又用两个未杂化的2p轨道形成2个π键,碳碳之间为三重键。
11.D[说明] A选项中与N原子相连的C原子为sp杂化,其余两个C原子均为sp2杂化,所有的原子可能处于同一平面。B、C选项中的C原子均为sp2杂化,所有的原子在同一个平面内,D选项中,甲基中的C原子为sp3杂化,与C原子相连的3个H原子不可能与C原子处于同一平面内。
12.AC[说明]具有相同价电子数(指全部电子总数或价电子总数)和相同原子数的分子或离子互为等电子体。一个O3分子含有3个氧原子、(6×3=)18个价电子,因此O3的等电子体也应该含有3个原子、18个价电子。SO2和NO2-都含有3个原子、18个价电子;N2和CN-都含有2个原子、10个价电子;因此SO2和NO2都是O3的等电子体,答案为AC。
13.B[说明]CO2分子中只有碳氧键,C2H2分子中有碳氢键和碳碳键,CCl4分子中只有碳氯键,NH3分子中也只有氮氢键,可见C2H2分子中含有两个不同的键长。
14.C
[说明] PCl3分子的价电子对数,因此PCl3分子中P原 子以sp3杂化,sp3杂化轨道是原子最外层电子层上的s轨道和3个p轨道“混合”起来,形成能量相等、成分相同的4个轨道。sp3杂化所得到空间构型应为四面体,如甲烷分子。但是如果杂化轨道被孤对电子占据,则构型将发生变化,如NH3分子是三角锥型,H2O分子是V型。PCl3分子中一对孤对电子占据了一个杂化轨道,因此,PCl3分子是三角锥型(如图所示)。
15.B [说明]根据题给信息,分子的四个原子处在同一平面上,推导出C原子采用的杂化轨道是sp2。C原子采用sp杂化轨道,将得到直线型分子,采用sp2 杂化轨道将得到平面三角型分子,采用sp3杂化轨道将得到四面体构型的分子。
16.B [说明] 分子中的电子总数为奇数,分子中一定有未成对电子,B项的说法错误;NO中N的化合价是+2价,NH3可以被O2氧化得到NO,A项正确,不合题意;双原子分子根据“两点成一线”的标准,只能是直线构型,C项说法正确,不合题意;D项说法正确,不合题意。
17.(1)
(2)sp2杂化 sp2杂化
(3)聚酰胺纤维
例如:尼龙-66 HN(CH2)4NHCO(CH2)4CO;聚酰胺-6:HN(CH2)5CO等。
[说明]由于肽键()带有双键的性质,不能沿C-N键自由旋转,可知在肽键中,N原子的杂化类型是sp2,又因为C原子也是sp2杂化,C、O、N三个原子的相对位置是固定的,从而可以得出,肽键中的4个原子和它相邻的两个基团R1、R2结合时,有顺式和反式两种结构。
18.(1)N2和CO;CO2和N2O
(2)O3 SO2 V形
(3)CO2 直线 sp
(4)AX3 24 SO3 平面三角 sp2
19.①同素异形体,等电子体,
②SO2+Cl2+2H2O=4H++2Cl-+SO42-,
SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+,
③C
[说明]臭氧和氧气是同一元素的两种单质,互为同素异形体。臭氧和SO2的分子具有相同的原子数和价电子数,互为等电子体。根据题给信息:SO2与氯水反应生成两种强酸,推断出产物为硫酸和盐酸;根据“SO2与FeCl3溶液发生氧化-还原反应”的信息可以推断出Fe3+将被还原同时SO2将被氧化成SO42-,从而写出相应反应的离子方程式。根据等电子原理,与O3分子的结构相似的微粒必然是O3的等电子体。题目所提供的选项中NO2-与O3分子具有相同的原子个数和价电子数,它们互为等电子体。
20.(1)P Cl
[说明] 在元素周期表中,前三个周期是短周期,A可能处于第一或第二周期,第一周期只有两种元素氢和氦,无论A是氢还是氦元素都不可能在周期表中出现题中给出的A、B、C的相对位置,所以A应当处于第二周期,B、C处于第三周期;第二周期原子核外有两个未成对电子的元素是碳和氧,如果A是碳,根据图中C的位置就应该是磷元素,而磷的原子核外有三个未成对电子,不合题意。所以A一定是氧元素,由此推出B与C分别是磷和氯。
(2)V形 三角锥 V形 sp3 sp3 sp3
[说明] D与氧元素同主族且属于短周期,一定是硫元素,氧、磷、硫形成的氢化物分别是H2O、PH3、H2S,这三种氢化物的中心原子的孤对电子与成键电子都参与杂化,它们的价电子对数是4,进行sp3杂化。
(3)金刚石 石墨 109°28′ 120° sp3 sp2
[说明] 根据题中所示的条件推知E是碳元素。常见的碳元素的同素异形体是金刚石和石墨;金刚石是空间网状结构,每个碳原子采取sp3杂化与另外4个碳原子成键,4个碳与碳共价键的夹角都是109°28′;石墨是层状结构,每层中的碳原子以sp2方式与另外的3个碳原子成键,3个碳与碳共价键的夹角都是120°。
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