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章末整合
一
二
一、判断分子空间结构的方法
典例1下列分子或离子中,中心原子价层电子对的空间结构为四面体形,且分子或离子的空间结构为V形的是( )
A.
B.PH3
C.H3O+
D.OF2
答案:D
解析:中心原子价层电子对的空间结构为四面体形,且分子或离子的空间结构为V形的只能是由3个原子组成的分子,中心原子有2对孤电子对。OF2分子为V形结构;
是三角锥形的NH3结合一个H+后形成的正四面体形结构;H3O+是V形的H2O结合一个H+后形成的三角锥形结构;PH3中P原子上有一对孤电子对,呈三角锥形。
一
二
规律总结
1.根据价层电子对互斥理论判断
中心原子的价层电子对数与分子的空间结构有密切联系,对ABm型化合物,A的价层电子对数:
若B为氧原子、硫原子时,则不提供电子;若有成单电子时,则看成电子对。
从价层电子对空间结构中去掉未成键的孤电子对,则为分子的空间结构。
一
二
2.根据杂化轨道类型判断
由于杂化轨道类型不同,杂化轨道的夹角也不同,其成键时键角也不相同,故杂化轨道的类型与分子的空间结构有关,具体如下表:
当杂化轨道都参与成键时,杂化轨道形成的空间结构与分子的空间结构一致。
杂化类型
用于杂化的原子轨道数
杂化轨道间的夹角
杂化轨道形成的空间结构
sp杂化
2
180°
直线形
sp2杂化
3
120°
平面三角形
sp3杂化
4
109°28'
四面体形
一
二
3.根据共价键的键角判断
分子的空间结构与共价键的键角的关系如下表:
分子类型
键角
分子的空间结构
实 例
AB2型
180°
直线形
CO2、BeCl2等
<180°
V形
H2O、H2S等
AB3型
120°
平面三角形
BF3、BCl3等
<120°
三角锥形
NH3、NF3等
AB4型
109°28'
正四面体形
CH4、CCl4等
一
二
4.根据等电子原理判断
原子总数相同、价电子总数相同的分子属于等电子体,等电子体具有相似的化学键特征,它们的许多性质是相近的。通常情况下,等电子体的空间结构相同,例如SO2与O3均为V形结构,CH4与
均为正四面体形结构。
一
二
对点训练1-1下列分子中,中心原子杂化轨道类型相同,分子的空间结构也相同的是( )
A.H2O、SO2
B.BeCl2、CO2
C.H2O、NH3
D.NH3、CH2O
答案:B
解析:各选项分子中中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构分别为:A项,H2O分子中心原子采取sp3杂化,V形;SO2分子中心原子采取sp2杂化,V形。B项中BeCl2和CO2分子中心原子都是采取sp杂化,直线形。C项,NH3分子中心原子采取sp3杂化,三角锥形;H2O分子中心原子采取sp3杂化,V形。D项,CH2O分子中心原子采取sp2杂化,平面三角形;NH3分子中心原子采取sp3杂化,三角锥形。
一
二
对点训练1-2按要求完成下列空白。
(1)(全国理综)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。
[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是 。?
(2)(全国理综)①碳在形成化合物时,其键型以共价键为主,原因是
。?
②CS2分子中,共价键的类型有 ,C原子的杂化轨道类型是 ,写出两个与CS2具有相同立体构型和键合形式的分子或离子 。?
一
二
(3)(全国理综)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题:
①C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E,E的立体构型为 ,中心原子的杂化轨道类型为 。?
②化合物D2A的立体构型为 ,中心原子的价层电子对数为 ,单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A,其化学方程式为 。?
一
二
答案:(1)正四面体
(2)①C有4个价电子且半径小,难以通过得或失电子达到稳定电子结构 ②σ键和π键 sp CO2、SCN-(或COS等)
(3)①三角锥形 sp3 ②V形 4 2Cl2+2Na2CO3+H2O
===
Cl2O+2NaHCO3+2NaCl(或2Cl2+Na2CO3
===
Cl2O+CO2+2NaCl)
一
二
解析:(1)根据价层电子对互斥理论,
的价层电子对数为4,孤电子对数为
(6+2-4×2)=0,其立体构型为正四面体形。
(2)①碳原子核外最外层有4个电子,在化学反应中很难失去4个电子形成阳离子,也很难得到4个电子形成阴离子。因此,碳在形成化合物时,主要通过共用电子对形成共价键。②CS2分子中,存在σ键和π键。CS2分子中,C原子的价层电子对数为2,杂化轨道类型为sp。根据等电子理论,与CS2具有相同立体构型和键合形式的分子有CO2、COS和N2O,离子有
、SCN-。
一
二
(3)C核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为P元素。A、B的原子序数小于C,且A2-和B+具有相同的电子构型,则A为O元素,B为Na元素。C、D为同周期元素,且D元素最外层有一个未成对电子,则D为Cl元素。①P和Cl元素形成的组成比为1∶3的化合物E为PCl3,中心原子P形成3个σ键且含有1对未成键的孤电子对,故P原子采取sp3杂化,分子构型为三角锥形。②化合物D2A为Cl2O,其中O原子形成2个σ键且含有2对未成键的孤电子对,则O原子采取sp3杂化,故Cl2O为V形结构,中心原子O的价层电子对数为4。Cl2与湿润的Na2CO3反应可生成Cl2O,据氧化还原反应规律可知,还生成还原产物NaCl,反应的化学方程式为2Cl2+2Na2CO3+H2O
===
2NaCl+Cl2O+2NaHCO3或2Cl2+Na2CO3
===
Cl2O+CO2+2NaCl。
一
二
二、对氢键的理解
典例2比较下列化合物的沸点,前者低于后者的是( )
A.乙醇与氯乙烷
B.邻羟基苯甲酸与对羟基苯甲酸
C.对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛
D.H2O与H2Te
答案:B
解析:邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲醛等容易形成分子内氢键,沸点较低;而对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛容易形成分子间氢键,沸点较高,所以B选项符合题目要求。对于A选项,由于乙醇可以形成分子间氢键,而氯乙烷不可以形成氢键,所以乙醇的沸点高于氯乙烷的沸点;同理,D选项中H2O的沸点高于H2Te的沸点。
一
二
规律总结
1.从形成过程认识氢键
氢原子与电负性很大、半径很小的原子X(F、O、N)以共价键形成强极性键H—X,这个氢原子还可以被另一个具有孤电子对、电负性大、半径小的原子Y吸引,形成具有X—H…Y形式的物质。这时氢原子与Y原子之间的相互作用叫做氢键。X和Y可以是同种元素的原子,也可以是不同种元素的原子。
一般分子形成氢键必须具备两个基本条件:
(1)与电负性很大的原子X(F、O、N)形成强极性键的氢原子。
(2)较小半径、较大电负性、含孤电子对、带有部分负电荷的原子Y(F、O、N)。
一
二
2.氢键对物质性质的影响
根据氢键形成的环境不同可将氢键分为分子间氢键和分子内氢键。分子间氢键的形成增强了分子间作用力,导致化合物的熔、沸点升高;分子内氢键的形成则削弱了分子间作用力,导致化合物的熔、沸点降低。氢键还会对物质的溶解性、酸性等有不同程度的影响。
一
二
3.通过三种作用力的区别认识氢键
氢键是一种非化学键作用力,比化学键弱得多,但比范德华力强,可以说氢键是一种比较强的分子间作用力。化学键存在于分子内,是将原子结合成分子的作用力;分子间作用力存在于分子间,是保持物质聚集状态的作用力,它们本质上都是静电作用,但大小相差1~2个数量级。氢键既可存在于分子内又可存在于分子间,但无论是哪种情况,它都不是形成分子的必要条件(破坏氢键只改变物质的聚集状态而不会使分子本身发生变化),而且它只存在于某些特定的分子之间,大小又与其他分子间作用力相近,表示氢键用虚线,说明它和化学键不是一个级别,氢键属于分子间作用力。
一
二
对点训练2-1下列说法正确的是( )
A.HF的稳定性很强,是因为HF分子之间能形成氢键
B.水结成冰时,H—O键的键长变长,密度减小
C.含氢元素的化合物中一定有氢键
D.能与水分子形成氢键的物质易溶于水
答案:D
解析:氢键是一种相对较强的分子间作用力,它主要影响物质的物理性质,如熔沸点、密度、溶解度等,而分子的稳定性由分子内共价键的强弱决定,与氢键无关,A项错误。在冰中,水分子之间以氢键结合,形成比较疏松的晶体,在晶体结构中有许多空隙,造成冰的密度比水的密度小,B项错误。形成氢键必须有电负性很大的非金属元素的原子,如N、O、F,其他元素的原子则不易形成氢键,C项错误。
一
二
对点训练2-2按要求填空。
(1)(四川理综)硫的氢化物的沸点低于与其组成相似的氧的氢化物,其原因是
。?
(2)(全国理综)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、三键,但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析,原因是?
。?
(3)(全国理综)氨的沸点 (填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是 ;氨是 (填“极性”或“非极性”)分子,中心原子的轨道杂化类型为 。?
一
二
(4)(浙江理综)①关于下列分子的说法不正确的是 。
?
A.既有σ键又有π键
B.O—H键的极性强于C—H键的极性
C.是非极性分子
D.该物质的分子之间不能形成氢键,但它可以与水分子形成氢键
②下列说法正确的是 。?
A.HOCH2CH(OH)CH2OH与CH3CHClCH2CH3都是手性分子
B.
和CH4的立体构型相似
D.CO2和H2O都是直线形分子
一
二
答案:(1)H2S分子间不能形成氢键,H2O分子间可以形成氢键
(2)Ge原子半径大,原子间形成的σ单键较长,p-p轨道“肩并肩”重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键
(3)高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3
(4)①CD ②BC
解析:(1)硫化氢的沸点低于水的沸点,原因是水分子间可以形成氢键,而硫化氢分子间不能形成氢键。
(2)Ge与C同处于第ⅣA族,但Ge比C多2个电子层,则Ge的原子半径大于C原子,Ge原子之间形成的σ键较长,p-p轨道“肩并肩”重叠程度较小,故难以形成π键。
一
二
(3)氨分子间可以形成氢键,分子间作用力强,所以氨的沸点高于膦(PH3);根据价层电子对互斥理论,氨中心原子N的σ键电子对数为3,孤电子对数为
(5-3×1)=1,则N原子是sp3杂化,氨分子立体构型为三角锥形,正、负电荷重心不重合,氨是极性分子。
(4)①A选项,分子中含有碳碳双键,因此既有σ键又有π键;B选项,O的电负性大于C的,因此O—H键的极性强于C—H键的极性;C选项,该分子结构不对称,因此属于极性分子;D选项,该分子中含有羟基,分子之间能形成氢键。
②A选项,HOCH2CH(OH)CH2OH分子中没有手性碳原子,不属于手性分子,所以错误;B选项,两种微粒均为正四面体结构,所以正确;C选项,BF3为平面正三角形结构,苯为平面正六边形结构,两者均属于平面形分子,所以正确;CO2分子为直线形结构,H2O分子为“V”形结构,所以错误。第二章测评
(时间:90分钟 满分:100分)
可能用到的相对原子质量:H
1 C
12 N
14 O
16 Cl
35.5 Br
80 I
127
一、选择题(本题包括10个小题,每小题只有一个选项符合题意。每小题2分,共20分)
1.下列示意图或图示正确的是( )
答案D
解析A选项,CO2分子中3个原子共线,为直线形,故A项错误;B项是p-p
π键电子云模型,故B项错误;C项中砷原子结构示意图应为。
2.下列描述正确的是( )
A.CS2为V形极性分子
B.SiF4与S的中心原子均为sp3杂化
C.C2H2分子中σ键与π键的数目比为1∶1
D.水加热到很高温度都难分解是因水分子间存在氢键
答案B
解析CS2为直线形非极性分子;SiF4与S的中心原子的价层电子对数均为4,因此中心原子均为sp3杂化;C2H2分子中σ键与π键的数目比为3∶2;水加热到很高温度都难分解是因O—H键的键能较大。
3.下列各组分子中心原子杂化轨道类型相同的是( )
A.CO2与C6H6
B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3
D.C2H2与C2H4
答案B
解析CO2分子中C原子采取sp杂化,苯分子中C原子采取sp2杂化;CH4和NH3分子中的C、N原子都是采取sp3杂化;BeCl2分子中Be原子采取sp杂化而BF3分子中的B原子采取sp2杂化;C2H2分子中C原子采取sp杂化而C2H4分子中C原子采取sp2杂化。
4.下列说法正确的是( )
A.HF、HCl、HBr、HI的沸点依次升高
B.H2O的熔、沸点高于H2S,是由于H2O分子之间可以形成氢键
C.乙醇分子与水分子之间只存在范德华力
D.氯的各种含氧酸酸性由强到弱的顺序为HClO>HClO2>HClO3>HClO4
答案B
解析HF分子间可以形成氢键,沸点最高,沸点高低顺序应为HF>HI>HBr>HCl,A错误;O元素的电负性较大,水分子间可以形成氢键,故H2O的熔、沸点高于H2S,B正确;乙醇分子与水分子之间可以形成氢键,C错误;Cl元素的化合价越高,对应氧化物的水化物酸性越强,酸性强弱顺序应为HClO5.徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子,如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是
( )
A.H2O2分子的空间结构为直线形
B.CO2分子为非极性分子
C.BF3分子中B原子为sp3杂化,分子为三角锥形
D.CH3COOH分子中C原子均为sp2杂化
答案B
解析H2O2分子不是直线形的,两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上,A错误;CO2分子为直线形分子,分子内正、负电荷中心重合,为非极性分子,B正确;BF3分子中B原子为sp2杂化,分子为平面三角形,C错误;CH3COOH分子中甲基C原子采取sp3杂化,羧基C原子采取sp2杂化,D错误。
6.下列说法中正确的是( )
A.互为手性异构体的分子互为镜像,且分子组成相同,性质也相同
B.由酸性FCH2COOH>CH3COOH,可知酸性ClCH2COOH>CH3COOH
C.共价键都具有饱和性和方向性,都可以绕键轴旋转
D.除HF外,其他卤化氢沸点随着相对分子质量的增大而升高,是因为氢键的键能逐渐增大所致
答案B
解析互为手性异构体的分子其结构不同,性质也有所不同,A错;由提示可知,B项中F原子的存在使得酸性增强,故同族元素的Cl也有类似的作用,B正确;s轨道与s轨道发生电子云重叠形成的共价键没有方向性,σ键可以绕键轴旋转,π键不能旋转,故C错;在卤素氢化物中,只有HF分子间能形成氢键,D错。
7.二甘醇可用作溶剂、纺织助剂等,一旦进入人体会导致急性肾衰竭,危及生命。二甘醇的结构简式是HOCH2CH2OCH2CH2OH。下列有关二甘醇的叙述正确的是( )
A.符合通式CnH2nO3
B.分子间能形成氢键
C.分子间不存在范德华力
D.能溶于水,不溶于乙醇
答案B
解析二甘醇的分子式为C4H10O3,它符合通式CnH2n+2O3;二甘醇分子之间能形成O—H…O氢键,也存在范德华力;由“相似相溶”规律可知,二甘醇能溶于水和乙醇。
8.下列描述正确的是( )
A.CS2为V形的极性分子
B.Cl的立体构型为平面三角形
C.N中有4个完全相同的共价键
D.SiF4的中心原子为sp3杂化,S的中心原子为sp2杂化
答案C
解析CS2的结构式为SCS,该分子为直线形分子,A错误;Cl中氯原子为sp3杂化,Cl的空间结构为三角锥形结构,B错误;N中N原子采取sp3杂化,空间结构为正四面体形,4个共价键完全相同,C正确;SiF4、S中心原子均为sp3杂化,D错误。
9.图中每条折线表示周期表第ⅣA族~第ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化,每个小黑点代表一种氢化物,其中P点代表的是( )
A.H2S
B.HCl
C.PH3
D.SiH4
答案D
解析因为第2周期的非金属元素的氢化物中,NH3、H2O、HF分子之间可以形成氢键,它们的沸点高于同族其他元素氢化物的沸点,A、B、C不符合题意,而CH4分子间不能形成氢键,所以P点代表的是SiH4。
10.PH3一种无色剧毒气体,其分子结构和NH3相似,但P—H键能比N—H键能小。下列判断错误的是
( )
A.PH3分子呈三角锥形
B.PH3分子是极性分子
C.PH3沸点低于NH3的沸点,因为P—H键能小
D.PH3稳定性低于NH3,因为N—H键能大于P—H键
答案C
解析PH3与NH3空间结构相同,因中心原子上有一对孤电子对,均为三角锥形,属于极性分子,故A、B项正确;PH3的沸点低于NH3,是因为NH3分子间可以形成氢键,C项判断错误;PH3的稳定性弱于NH3,是因为N—H键能大于P—H键,D项正确。
二、选择题(本题包括5个小题,每小题有1~2个选项符合题意。每小题4分,共20分)
11.意大利罗马大学的Fulvio
Cacace等人获得了极具理论研究意义的气态N4分子,其分子结构如下图所示,已知断裂1
mol
N—N吸收167
kJ热量,生成1
mol
N≡N放出942
kJ热量,根据以上信息和数据,判断下列说法正确的是( )
A.N4属于一种新型的化合物
B.N4分子中N—N键角为109°28'
C.N4分子中存在非极性键
D.1
mol
N4转变成N2将吸收882
kJ热量
答案C
解析N4属于单质,A错误;N4分子中N—N键角为60°,B错误;N4分子中存在非极性键,C正确;N4(g)2N2(g) ΔH=167
kJ·mol-1×6-942
kJ·mol-1×2=-882
kJ·mol-1,D错误。
12.(2020山东日照期末)X、Y、Z、Q、E、M六种元素中,基态X原子的价电子排布式为2s2,Y的基态原子核外有5种运动状态不同的电子,Z元素的某同位素原子常用于测定文物的年代,Q是元素周期表中电负性最大的元素,E的阳离子通常存在于硝石、明矾和草木灰中,M的原子序数比E大1。下列说法正确的是( )
A.EYQ4中阴离子中心原子的杂化方式为sp3杂化
B.X、Y元素的第一电离能大小关系:XC.Z的空间构型为平面三角形
D.MZ2仅含离子键,可用于制备乙炔
答案AC
解析基态原子价电子排布式为2s2的元素X是Be;Y基态原子有5种运动状态不同的电子,则Y为B元素;14C通常用于测定文物的年代,Z是碳元素;元素周期表中电负性最大的元素是F;硝石、明矾和草木灰中均含有的阳离子是K+,则E、M分别是K、Ca。
B离子中B原子有4对价电子,所以B是sp3杂化,A项正确;Be的2s轨道为全充满,故其第一电离能大于B,B项错误;C中碳原子的价电子对数是3,碳原子为sp2杂化,空间构型是平面三角形,C项正确;CaC2中含有离子键和共价键,D项错误。
13.(2020山东等级考试模拟卷)X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期主族元素,A、B、C、D、E为上述四种元素中的两种或三种所组成的化合物。已知A的相对分子质量为28,B分子中含有18个电子,五种化合物间的转化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.X、Y组成化合物的沸点一定比X、Z组成化合物的沸点低
B.Y的最高价氧化物的水化物为弱酸
C.Y、Z组成的分子可能为非极性分子
D.W是所在周期中原子半径最小的元素
答案A
解析A的相对分子质量为28,可能为CO、C2H4等;B分子中含有18个电子,可能为HCl、H2S等。A与B能反应,则为乙烯与HCl加成,生成的C为氯乙烷;乙烯与D反应生成E为乙烯与水发生加成反应生成乙醇,乙醇与HCl可以发生取代反应生成氯乙烷,所以X、Y、Z、W分别为H、C、O、Cl。C和H可以组成高分子化合物,沸点比H2O高,A项说法错误;H2CO3为弱酸,B项说法正确;CO2为非极性分子,C项说法正确;Cl在第三周期元素中原子半径最小,D项说法正确。
14.下面两表分别列出了CO和N2的某些性质及相关键能,有关说法不正确的是( )
表1
分子
熔点/℃
沸点/℃
常温时在水中溶解度
CO
-205.05
-191.49
2.3
mL
N2
-210.00
-195.81
1.6
mL
表2
CO
C—O
CO
C≡O
键能/(kJ·mol-1)
357.7
798.9
1
071.9
N2
N—N
NN
N≡N
键能/(kJ·mol-1)
193
418
946
A.CO与N2的价电子总数相等
B.由表2可知,CO的活泼性不及N2
C.由表1可知,CO的熔、沸点高于N2,这是因为CO分子间作用力小于N2
D.由表1可知,室温时,CO在水中的溶解性大于N2,是因为CO分子有弱极性
答案BC
解析CO与N2的价电子总数均为14,A正确;CO与N2分子结构相似,一个CO分子中含有2个π键,根据表中键能知,CO中第一个π键的键能约为1
071.9
kJ·mol-1-798.9
kJ·mol-1=273
kJ·mol-1,N2中第一个π键的键能约为946
kJ·mol-1-418
kJ·mol-1=528
kJ·mol-1,CO中第一个π键的键能较小,所以CO的第一个π键比N2中第一个π键更容易断裂,所以一氧化碳比氮气活泼,B错误;由表1可知,CO的熔、沸点高于N2,说明CO分子间作用力大于N2,C错误;水是极性溶剂,氮气为非极性分子,一氧化碳为极性分子,由表1可知,室温时,CO在水中的溶解性大于N2,是因为CO分子有弱极性,D正确。
15.根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断,下列分子或者离子的空间结构的相关标注正确的是( )
选项
分子式
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
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
N
sp3
正四面体形
正四面体形
答案D
解析SO2分子中的中心原子杂化方式为sp2杂化,价层电子对互斥模型呈平面三角形,分子的空间结构为V形,A项错误;HCHO分子中的中心原子杂化方式为sp2杂化,价层电子对互斥模型呈平面三角形,分子的空间结构为平面三角形,B项错误;NF3分子中的中心原子杂化方式为sp3杂化,价层电子对互斥模型呈四面体形,分子的空间结构为三角锥形,C项错误。
三、非选择题(本题包括5个小题。共60分)
16.(10分)O3能吸附有害紫外线,臭氧层是人类赖以生存的保护伞。O3分子的结构如图所示。呈V形,键角116.5°。3个O原子以1个O原子为中心,与另外2个O原子分别构成1个非极性共价键:中间O原子提供2个电子,旁边2个O原子各提供1个电子,构成1个特殊的化学键(3个O原子均等地享有这4个电子)。请回答:
(1)题中所述非极性共价键是 (填“σ”或“π”,下同)键,特殊的化学键是 键。?
(2)1919年,化学家提出等电子体的概念:由短周期元素组成的粒子,只要其原子数相等,各原子最外层电子数之和相等,可互称为等电子体,等电子体的结构相似,物理性质相近。根据等电子原理:下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是 (填字母)。?
A.H2O
B.CO2
C.SO2
D.BeCl2
(3)原子中没有与其他原子共用的电子对叫孤电子对,那么O3分子有 对孤电子对。?
(4)下列有关说法正确的是 (填字母)。?
A.臭氧和氧气互为同素异形体,它们在水中的溶解度相同
B.臭氧和氧气的相互转化能保持大气中臭氧的含量基本稳定
C.臭氧转化为氧气和氧气转化为臭氧均需要吸收能量
D.向大气中排放氮的氧化物和氟氯代烃均能加快臭氧的分解
答案(每空2分)(1)σ π (2)C (3)5 (4)BD
解析(1)特殊的化学键为π键,而相邻的氧原子之间的非极性共价键为σ键。(2)O3、SO2分子是均由3个原子构成、价电子数均为18的等电子体。(3)根据图示,在O3分子中形成共价键的电子共有8个,所以孤电子对数为5。(4)O2与O3互为同素异形体,O2为非极性分子,O3为弱极性分子,O3在水中的溶解度较大,A错误;O3转化为O2释放能量,O2转化为O3吸收能量,C错误。
17.(14分)已知A、B、C、D都是元素周期表中前36号的元素,它们的原子序数依次增大。A与其他3种元素既不在同一周期又不在同一主族。B原子的L层p能级中有5个电子;C是周期表1~18列中的第14列元素;D原子的L层电子数与最外层电子数之比为4∶1,其d能级中有一对成对电子。请回答:
(1)A与C形成的简单共价化合物的分子式是 ,中心原子杂化类型是 ,分子的空间结构是 ,是 分子(填“极性”或“非极性”)。?
(2)B与C比较,电负性较小的是 (填元素符号)。?
(3)D位于元素周期表中第 族,D2+的结构示意图是 ,它的+3价离子的电子排布式为 。?
(4)A与B形成的化合物极易溶于水,其原因是?
。?
答案(1)SiH4(1分) sp3(1分) 正四面体(1分) 非极性(1分)
(2)Si(2分)
(3)Ⅷ(2分) (2分)
1s22s22p63s23p63d5(2分)
(4)HF与H2O都是极性分子,HF与H2O可形成分子间氢键(2分)
解析B原子的L层p能级中有5个电子,则B为F元素;D原子的L层电子数与最外层电子数之比为4∶1,其d能级中有一对成对电子,D为26号元素Fe;C是周期表1~18列中的第14列元素,原子序数在9~26之间,所以C为Si元素;A与其他3种元素既不在同一周期又不在同一主族,所以A为H元素。
(1)H与Si形成的简单共价化合物的分子式是SiH4;价电子对数为4,中心原子杂化类型是sp3;无孤电子对,分子的空间结构是正四面体形,是非极性分子。
(2)元素的非金属性越强,电负性越大,F与Si比较,电负性较小的是Si。
(4)H与F形成的化合物极易溶于水,其原因是HF与H2O都是极性分子,HF与H2O可形成分子间氢键。
18.(12分)X、Y、Z、M、Q是中学化学常见的五种元素,原子序数依次增大,其相关结构或性质信息如下表所示。
元素
结构或性质信息
X
其原子最外层电子数是内层电子数的2倍
Y
基态原子最外层电子排布为nsnnpn+1
Z
非金属元素,其单质为固体,在氧气中燃烧时有明亮的蓝紫色火焰
M
单质在常温、常压下是气体,基态原子的M层上有1个未成对的p电子
Q
其与X形成的合金为目前用量最多的金属材料
(1)Q元素基态原子的电子排布式是 。?
(2)比较Y元素与氧元素的第一电离能 > (填元素符号);X和Z形成的化合物XZ2为一种液体溶剂,其分子中的σ键和π键数目之比为 ,该化合物 溶于水(填“易”或“难”)。?
(3)Y的最简单氢化物分子中含有 共价键(填“极性”或“非极性”,下同),是 分子,该氢化物易液化,其原因是 。?
(4)M的气态氢化物和氟化氢相比(填写化学式,并从微粒间作用力的角度分析原因),稳定性强的是 ,其原因是 ;沸点高的是 ,其原因是 。?
答案(除标注的外,每空1分)(1)[Ar]3d64s2(或1s22s22p63s23p63d64s2)
(2)N O(2空共1分) 1∶1(2分) 难
(3)极性 极性 氨分子间可以形成氢键
(4)HF H—F键的键能大于H—Cl键 HF HF分子间可以形成氢键
解析根据题意推知X、Y、Z、M、Q分别是C、N、S、Cl、Fe元素。
(1)铁原子核外有26个电子,基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。
(2)N原子的2p能级是半充满状态,较稳定,因此第一电离能:N>O。X和Z形成的化合物XZ2为CS2,根据结构式SCS,可知分子中σ键和π键数目之比为1∶1,且为非极性分子;根据“相似相溶”规律可判断CS2难溶于水。
(3)Y的最简单氢化物为NH3,N—H键是极性共价键,分子结构呈三角锥形,结构不对称,为极性分子;氨气易液化的原因是氨分子间可以形成氢键。
(4)由于H—F键的键能大于H—Cl键,故氢化物的稳定性:HF>HCl;由于HF分子间可以形成氢键,故其沸点比HCl的高。
19.(12分)卤族元素形成的单质和化合物有很多,我们可以利用所学物质结构与性质的相关知识去认识和理解它们。
(1)卤族元素位于元素周期表的 区;溴的价电子排布式为 。?
(2)在一定浓度的溶液中,氢氟酸是以二分子缔合(HF)2形式存在的,使氢氟酸分子缔合的作用力是 。?
(3)请根据下表提供的第一电离能数据判断,还原性最强的卤素原子是 (写出名称)。?
元 素
氟
氯
溴
碘
第一电离能/(kJ·mol-1)
1
681
1
251
1
140
1
008
(4)已知下列5种羧酸,
①CF3COOH ②CH3COOH ③CH2FCOOH
④CH2ClCOOH ⑤CH3CH2COOH
其酸性由强到弱的顺序为 (填序号)。?
(5)硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图)。则1
mol
H3BO3形成的晶体中有
mol氢键。?
硼酸溶于水生成弱电解质一水合硼酸B(OH)3·H2O,它电离生成少量[B(OH)4]-和H+,则[B(OH)4]-的空间结构为 ,其中B原子的杂化方式是 。?
答案[(1)(2)(3)每空1分,(4)(5)每空2分]
(1)p 4s24p5 (2)氢键 (3)碘 (4)①>③>④>②>⑤ (5)3 正四面体形 sp3
解析(3)由表中数据可知,碘的第一电离能最小,即碘失去电子能力最强,其还原性最强;(4)F原子吸电子能力大于Cl,烷基是推电子基团,烷基中碳原子数越多,其推电子能力越弱,故5种羧酸酸性由强到弱的顺序为①>③>④>②>⑤;(5)由硼酸片层结构图可以看出,每个硼酸分子可以形成6个氢键,由于氢键存在于分子之间,故1
mol硼酸形成的晶体中有3
mol氢键。在[B(OH)4]-中,B原子价电子对数为4,无孤电子对,故[B(OH)4]-是正四面体结构,B原子采取sp3杂化。
20.(12分)科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。
(1)CH4和CO2所含三种元素的电负性从小到大的顺序为 。?
(2)下列关于CH4和CO2的说法正确的是 (填序号)。?
a.CO2与N2O所含价电子数相等
b.CH4分子中含有极性共价键,是极性分子
c.因为碳氢键键能小于碳氧键,所以CH4熔点低于CO2
d.CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
(3)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)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
参数
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”中存在的作用力是 。?
②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。已知上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 。?
答案(每空3分)(1)H(3)①共价键、氢键、范德华力 ②CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径,且与H2O的结合能大于CH4
解析(1)元素的非金属性越强,电负性越大,故O的电负性大于C;在CH4分子中,C为负价,H为正价,说明C原子对键合电子的吸引力大于H,故C元素的电负性大于H。
(2)CO2与N2O分子中的价电子总数均为16,所以a正确。CH4和CO2都是含有极性键的非极性分子,CH4和CO2的熔、沸点取决于分子间作用力的大小,与键能无关。CH4为正四面体结构,碳原子的杂化类型是sp3杂化;CO2为直线形分子,碳原子的杂化类型是sp杂化。
(3)①可燃冰中存在的作用力包括分子内的共价键、分子之间的范德华力和水分子间存在的氢键。
②根据表格中数据,二氧化碳分子的直径小于笼状结构的空腔直径,笼状结构中可以容纳下二氧化碳分子,且二氧化碳分子与水分子的结合能更大,表明CO2更易与水分子结合。
