2.3 分子的性质 优化训练
1.(2011年高考海南卷)下列分子中,属于非极性的是(双选)( )
A.SO2 B.BeCl2
C.BBr3 D.COCl2
解析:选BC。对于ABn型分子,若A原子的最外层电子均参与成键,该分子为非极性分子,否则为极性分子。BeCl2和BBr3为非极性分子,SO2为极性分子。COCl2的分子结构为,碳上连一个双键氧,然后左右各一个氯,键角约111.8°。负电在三角上,正电在碳上,但它们的正负电荷中心不是重合的,是极性分子。
2.常温下三氯化氮(NCl3)是一种淡黄色液体,其分子结构呈三角锥形,以下关于NCl3说法正确的是( )
A.分子中N—Cl键是非极性键
B.分子中不存在孤电子对
C.NCl3分子是极性分子
D.因N—Cl键的键能大,它的沸点高
解析:选C。NCl3电子式 ,N原子上还有一对孤电子对。NCl3分子类似于NH3。N原子上还有孤电子对,不是+5价,为极性分子,结构不对称,类似于NH3,为三角锥形。N—Cl键为极性键,键能大说明分子稳定。而物质熔、沸点的高低应受分子间作用力影响,与共价键强弱无关。
3.下列关于范德华力的叙述中,正确的是( )
A.范德华力的实质也是一种电性作用,所以范德华力是一种特殊化学键
B.范德华力与化学键的区别是作用力的强弱问题
C.任何分子间在任意情况下都会产生范德华力
D.范德华力非常微弱,故破坏范德华力不需要消耗能量
解析:选B。范德华力是分子与分子之间的一种相互作用,其实质与化学键类似,也是一种电性作用,但两者的区别是作用力的强弱不同。化学键必须是强烈的相互作用(120 kJ/mol~800 kJ/mol),范德华力只有几到几十千焦每摩尔,故范德华力不是化学键;虽然范德华力非常微弱,但破坏它时也要消耗能量;范德华力普遍地存在于分子之间,但也必须满足一定的距离要求,若分子间的距离足够大,分子之间也难产生相互作用。
4.(2011年烟台高二质检)下列物质中不存在氢键的是( )
A.冰醋酸中醋酸分子之间
B.液态氟化氢中氟化氢分子之间
C.一水合氨分子中的氨分子与水分子之间
D.可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子之间
解析:选D。只有非金属性很强的元素与氢元素形成强极性的共价键之间才可能形成氢键(如N、O、F),C—H不是强极性共价键,故选D。
5.(2011年北京海淀区高二检测)已知A、B、C、D四种分子所含原子的数目依次为1、3、6、6,且都含有18个电子,B、C是由两种元素的原子组成,且分子中两种原子的个数比均为1∶2。D是一种有毒的有机物。
(1)组成A分子的原子的元素符号是________。
(2)从B分子的立体构型判断,该分子属于________(填“极性”或“非极性”)分子。
(3)C分子中包含________个σ键,________个π键。
(4)D的熔、沸点比CH4的熔、沸点高,其主要原因是(须指明D是何物质):
________________________________________________________________________。
解析:由题给信息可知,A为Ar,B为H2S,C为N2H4,D为CH3OH。H2S分子呈V形,正电中心和负电中心不重合,是极性分子;N2H4的结构式为:,包含5个σ键,无π键;CH3OH可形成O—H…O氢键,使CH3OH的熔、沸点升高,大于CH4的熔、沸点。
答案:(1)Ar (2)极性 (3)5 0
(4)D是CH3OH,分子之间能形成氢键
1.(2011年南昌市高二检测)下列氯元素含氧酸酸性最强的是( )
A.HClO B.HClO2
C.HClO3 D.HClO4
解析:选D。由于A~D四个选项中Cl的化合价分别为+1、+3、+5、+7,化合价越高则含氧酸的酸性越强,故D正确。
2.下列判断与分子间作用力无关的是( )
A.熔点:H2O>H2S B.NH3易液化
C.CH3CH2OH易溶于水 D.HI易分解
解析:选D。HI分解与分子内的H—I键的强弱有关,而与分子间作用力无关。
3.下列叙述中正确的是( )
A.卤化氢分子中,卤素的非金属性越强,共价键的极性越强,稳定性也越强
B.以极性键结合的分子,一定是极性分子
C.判断A2B或AB2型分子是否是极性分子的依据是看分子中是否具有极性键
D.非极性分子中,各原子间都应以非极性键结合
解析:选A。对比HF、HCl、HBr、HI分子中H—X极性键强弱,卤素中非金属性越强,键的极性越强,是正确的。以极性键结合的双原子分子,一定是极性分子,但以极性键结合成的多原子分子,也可能是非极性分子,如CO2。A2B型如H2O、H2S等,AB2型如CO2、CS2等,判断其是否是极性分子的根据是看是否有极性键且电荷分布是否对称;如CO2、CS2为直线形,键角180°,电荷分布对称,为非极性分子,如H2O,有极性键,电荷分布不对称,为极性分子。多原子分子,其电荷分布对称,这样的非极性分子中可以含有极性键。
4.若不断地升高温度,实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的粒子间的主要相互作用依次是( )
A.氢键;分子间作用力;非极性键
B.氢键;氢键;极性键
C.氢键;极性键;分子间作用力
D.分子间作用力;氢键;非极性键
解析:选B。因为O的电负性较大,在雪花、水中存在O—H…O氢键,故在实现雪花→水→水蒸气的变化阶段主要破坏水分子间的氢键,而由水蒸气→氧气和氢气则破坏了O—H极性共价键。
5.下列关于粒子结构的描述不正确的是( )
A.H2S和NH3均是价电子总数为8的极性分子
B.HS-和HCl均是含一个极性键的18电子粒子
C.CH2Cl2和CCl4均是四面体构型的非极性分子
D.1 mol DO中含中子、质子、电子各10NA(NA代表阿伏加德罗常数的值)
解析:选C。A项中H2S和NH3都是价电子总数为8的极性分子,A正确;B项中HS-和HCl都只含一个极性键,都具有18个电子,B正确;C项中CH2Cl2是极性分子,四面体构型,CCl4是非极性分子,正四面体构型,C不正确;D项中一个氘原子D(H)中含一个质子、一个电子、一个中子,故1 mol DO中含中子、质子、电子各10NA,D正确。
6.(2011年黄冈中学高二检测)下列物质的变化过程中,共价键明显被破坏的是(双选)( )
A.I2升华
B.NaCl颗粒被粉碎
C.HCl溶于水得盐酸
D.从NH4HCO3中闻到了刺激性气味
解析:选CD。A.由I2分子组成的物质的升华是物理变化,共价键未被破坏;B.NaCl是离子化合物,其中有离子键无共价键,NaCl颗粒被粉碎的过程有离子键被破坏;C.HCl是共价型分子,分子中有共价键。HCl溶于水形成盐酸的过程中有变化:HCl===H++Cl-,此变化中H—Cl共价键被破坏;D.NH4HCO3是由NH和HCO组成的离子化合物,NH与HCO之间的化学键是离子键。NH内的有关原子之间、HCO内的有关原子之间的化学键是共价键。从NH4HCO3中闻到的刺激性气味气体为NH3,是NH中的共价键被破坏而产生的。
7.已知N、P同属于元素周期表的第ⅤA族元素,N在第二周期,P在第三周期。NH3分子呈三角锥形,N原子位于锥顶,3个H原子位于锥底,H—N—H键间的夹角是107°。
(1)PH3分子与NH3分子的构型关系是________(填“相同”、“相似”或“不相似”),P—H键________极性(填“有”或“无”),PH3分子________极性(填“有”或“无”)。
(2)NH3与PH3相比,热稳定性更强的是________。
(3)NH3、PH3在常温、常压下都是气体,但NH3比PH3易液化,其主要原因是________。
A.键的极性N—H比P—H强
B.分子的极性NH3比PH3强
C.相对分子质量PH3比NH3大
D.NH3分子之间存在特殊的分子间作用力
解析:(1)N原子与P原子结构相似,NH3分子与PH3分子结构也相似,P—H键为不同种元素原子之间形成的共价键,为极性键。
(2)由N、P在元素周期表中的位置关系和元素周期律知,元素的非金属性N比P强。由元素的非金属性与氢化物之间的热稳定性关系知,NH3比PH3热稳定性强。
(3)“易液化”属于物质的物理性质,NH3与PH3都是共价型分子,其物理性质与化学键无关。按照相对分子质量与分子间作用力的关系,以及分子间作用力与物质的物理性质的关系分析,应该是PH3比NH3沸点高,PH3比NH3易液化。事实是NH3比PH3易液化,这种反常现象的客观存在,说明这当中必有特殊的原因——氢键。
答案:(1)相似 有 有 (2)NH3 (3)D
8.20世纪60年代美国化学家鲍林提出了一个经验规则:设含氧酸的化学式为HnROm,其中(m-n)为非羟基氧原子数,鲍林认为含氧酸的酸性强弱与非羟基氧原子数(m-n)有如下关系:
m-n 0 1 2 3
含氧酸强度 弱酸 中强酸 强酸 超强酸
实例 HClO H3PO4 HNO3 HClO4
(1)按此规律判断:H3AsO4、H2CrO4、HMnO4酸性由强到弱的顺序为
________________________________________________________________________。
(2)H3PO3和H3AsO3的分子组成相似,但酸性强弱相差很大,已知H3PO3为中强酸,H3AsO3为弱酸,试推断有关酸的结构简式:H3PO3________________________________________________________________________;
H3AsO3________________。
解析:(1)H3AsO4的非羟基氧有1个,H2CrO4和HMnO4分别有2个和3个,故按鲍林提出的规则,酸性:HMnO4>H2CrO4>H3AsO4。(2)由于H3PO3为中强酸,查上表可知,其非羟基氧有1个,而分子中却有3个氢原子,说明必有一个氢原子是直接与P原子相连的,该分子的结构简式应为。H3AsO3为弱酸,所以其分子中不存在非羟基氧,故其结构简式为
9.(思维拓展题)氮、磷、砷是同族元素,该族元素单质及其化合物在农药、化肥等方面有重要应用。请回答下列问题。
(1)砷原子核外电子排布式为
________________________________________________________________________。
(2)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3+与CN-之间的键型为________,该化学键能够形成的原因是
________________________________________________________________________。
(3)已知:
CH4 SiH4 NH3 PH3
沸点(K) 101.7 161.2 239.7 185.4
分解温度(K) 873 773 1073 713.2
分析上表中四种物质的相关数据,请回答:
①CH4和SiH4比较,NH3和PH3比较,沸点高低的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②结合上述数据和规律判断,一定压强下HF和HCl的混合气体降温时________先液化。
解析:(1)砷为第四周期ⅤA族元素,其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
(2)K3[Fe(CN)6]晶体中的[Fe(CN)6]3-为配离子,其中Fe3+为中心离子,CN-为配体,因为Fe3+有空轨道,CN-则含孤电子对,二者以配位键形成配合物。
(3)结构相似的分子,其相对分子质量越大,分子间作用力越大,因此SiH4的沸点高于CH4;而NH3分子间可形成氢键,氢键作用力大于分子间作用力,故NH3的沸点高于PH3。与NH3类似,HF分子间也可形成氢键,HF沸点高于HCl,因此HF与HCl混合气体降温时,HF先液化 。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3
(2)配位键 CN-能提供孤电子对,Fe3+能接受孤电子对(或Fe3+有空轨道)
(3)①结构相似时,相对分子质量越大,分子间作用力越大,因此SiH4的沸点高于CH4;NH3分子间存在氢键,因此NH3的沸点高于PH3
②HF第2章 分子结构与性质 章末优化训练
一、选择题(本题共包括15小题,每小题3分,共45分)
1.(2011年湖南师大附中高二检测)下列分子中所有原子的价电子层都满足最外层8电子结构的是( )
A.六氟化氙(XeF6) B.次氯酸(HClO)
C.二氯化硫(S2Cl2) D.三氟化硼(BF3)
解析:选C。8电子是稳定结构,但并不是所有分子中所有原子的价电子层都会达到8电子结构。A中XeF6必然有6对共用电子对,不会是8电子结构;B中HClO的电子式为,其中Cl、O达到8电子结构,而H只有2个电子结构;C中S2Cl2的电子式为,可见S、Cl都达到8电子的稳定结构;D中BF3的电子式为,可见B原子不是8电子结构。
2.根据等电子体原理判断,下列说法中错误的是( )
A.B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上
B.B3N3H6分子中存在双键,可发生加成反应
C.H3O+和NH3是等电子体,均为三角锥形
D.CH4和NH是等电子体,均为正四面体
解析:选B。等电子体原理是指具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。苯是B3N3H6的等电子体,因此,它们的结构相同。苯分子中所有的原子均在同一平面上,苯分子中不存在双键,存在大π键,因此,B错误。H3O+和NH3是等电子体,NH3是三角锥型,则H3O+也是三角锥型。CH4和NH是等电子体,CH4是正四面体结构,所以NH也是正四面体结构。
3.下列微粒不能形成配位键的是( )
A.Cu2+ B.NH3
C.H+ D.NH
解析:选D。要形成配位键必须是空轨道和孤电子对至少具备其一。A、C具有空轨道,而B项有孤电子对,只有D项既无孤电子对,又无空轨道。
4.(2011年长春市高二检测)下列分子叫手性分子的是( )
A.CH3CH2OH
B.HOOC—CHOH—CHCl—COOH
C.CFCl3
D.CH2OH—CHOH—CH2OH
解析:选B。有手性异构体的分子叫做手性分子。
5.(2011年高考山东卷)元素的原子结构决定其性质和在周期表中的位置。下列说法正确的是( )
A.元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价
B.多电子原子中,在离核较近的区域内运动的电子能量较高
C.P、S、Cl得电子能力和最高价氧化物对应水化物的酸性均依次增强
D.元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素
解析:选C。A项,对于主族元素来说,元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价(O、F除外),故A错误;B项,离核较近的区域内运动的电子能量较低,故B错误;C项,非金属性:P6.下列物质中,含极性键和非极性键且分子有极性的是( )
A.乙烯 B.乙醛
C.甲醇 D.三氯甲烷
解析:选B。A项,乙烯的结构式为:,虽含有极性键和非极性键,却为非极性分子。B项,分子中含有非极性键如C—C键,极性键如C—H键,由于空间结构不对称,所以乙醛为极性分子。C项,CH3—OH中无非极性键。D项中也无非极性键。
7.下列说法正确的是( )
A.分子中一定存在化学键
B.分子中若有化学键,则一定存在σ键
C.p和p轨道不能形成σ键
D.含π键的物质不如含σ键的物质稳定
解析:选B。A项,分子内不一定存在化学键,如稀有气体,但如果存在化学键则一定有σ键;C项,若p与p轨道“头碰头”就能形成σ键;D项,如N2中虽有π键但N2却很稳定。
8.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形
D.AB3型的分子空间构型必为平面三角形
解析:选C。PCl3分子的价电子对数==4,因此PCl3分子中P原子以sp3杂化,sp3杂化轨道是原子最外电子层上的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电子对占据,则构型将发生变化,NH3分子是
三角锥型,H2O分子是V型。PCl3分子中一对孤电子对占据了一个杂化轨道,因此,PCl3分子是三角锥形(如图所示)。
9.实验测得BeCl2为共价化合物,两个Be—Cl键间的夹角为180°,则BeCl2属于( )
A.由极性键构成的极性分子
B.由极性键构成的非极性分子
C.由非极性键构成的极性分子
D.由非极性键构成的非极性分子
解析:选B。Be—Cl键为极性键,而BeCl2分子为直线形分子,所以BeCl2为非极性分子。
10.下列叙述中正确的是( )
A.NH3、CO、CO2都是极性分子
B.CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子
C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
D.CS2、H2O、C2H2都是直线形分子
解析:选B。A中的CO2是非极性分子;B是正确的;C中四种元素位于同一主族,从上到下非金属性逐渐减弱,因此按照此顺序,各物质的稳定性依次减弱;D中水分子不是直线形的,是V形结构。
11.根据实际和经验推知,下列叙述不正确的是( )
A.卤化氢易溶于水,不易溶于四氯化碳
B.碘易溶于汽油,微溶于水
C.氯化钠易溶于水,也易溶于食用油
D.丁烷易溶于煤油,难溶于水
解析:选C。根据相似相溶规律可以得出结论。C项NaCl为离子化合物易溶于水,而难溶于有机溶剂。
12.(2010年高考山东卷)下列说法正确的是( )
A.形成离子键的阴阳离子间只存在静电吸引力
B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性和还原性均依次减弱
C.第三周期非金属元素含氧酸的酸性从左到右依次增强
D.元素周期律是元素原子核外电子排布周期性变化的结果
解析:选D。本题考查离子键和元素周期律的知识。阴阳离子间存在静电吸引力和静电排斥力,两种作用力平衡时,形成离子键,A选项错误;HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱,还原性依次增强,B选项错误;第三周期非金属元素的最高价含氧酸或者最高价氧化物的水化物的酸性从左到右依次增强,C选项错误;D选项正确。
13.用杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构,下列说法不正确的是( )
A.C原子的四个杂化轨道的能量一样
B.C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样
C.C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道
D.C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据
解析:选D。C原子以sp3杂化,每个杂化轨道上1个电子分别与1个氢原子上的电子结合形成共价键,这四条共价键完全相同,轨道间的夹角为109°28′。
14.同学们使用的涂改液中含有很多有害的挥发性物质,二氯甲烷就是其中的一种,吸入会引起慢性中毒,有关二氯甲烷的说法正确的是( )
A.含有非极性共价键 B.键角均为109°28′
C.有两种同分异构体 D.分子属于极性分子
解析:选D。二氯甲烷为甲烷的取代产物,故二氯甲烷中C原子以sp3杂化,形成四面体结构,由于空间结构不对称,故为含有极性键的极性分子。分子中两个Cl原子始终处于相邻的位置,故无同分异构体。
15.下列说法正确的是( )
A.一个水分子与其他水分子间只能形成2个氢键
B.含氢键的分子熔、沸点一定升高
C.分子间作用力包括氢键和范德华力
D.当H2O由液体变为气体时只破坏了氢键
解析:选C。一个水分子与其他水分子间最多能形成四个氢键,形成空间四面体。B项,分子若形成分子内氢键,则会使熔、沸点降低。D项,所述过程破坏了氢键和范德华力。
二、非选择题(本题包括5小题,共55分)
16.(9分)(2011年高考山东卷改编题)氧是地壳中含量最多的元素。
(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为________个。
(2)H2O分子内的O—H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为
______________________。
的沸点比高,原因是________________________。
(3) H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用________杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为
________________________________________________________________________。
解析:(1)氧元素基态原子的核外电子排布图为:
,故未成对电子数为2个。
(2)水分子内的O—H键为化学键,氢键为分子间作用力;存在分子间氢键而OHCHO存在分子内氢键,而分子间氢键使物质的熔、沸点升高,分子内氢键使物质的熔、沸点降低。
(3)H2O、H3O+中的O原子均采取sp3杂化,孤电子对对成键电子对具有排斥作用,而孤电子对数多的H2O中排斥力大,键角小。
答案:(1)2 (2)O—H键、氢键、范德华力 形成分子内氢键,而形成分子间氢键,分子间氢键使分子间作用力增大
(3)sp3 H2O中O原子上有2对孤电子对,H3O+中O原子上只有1对孤电子对,排斥力较小
17.(8分)在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中:
(1)以非极性键结合的非极性分子是________。
(2)以极性键相结合,具有直线形结构的非极性分子是________。
(3)以极性键相结合,具有三角锥形结构的极性分子是________。
(4)以极性键相结合,具有正四面体结构的非极性分子是________。
(5)以极性键相结合,具有V形结构的极性分子是________。
(6)以极性键相结合,而且分子极性最大的是________。
解析:不同元素间形成的共价键均为极性键,以极性键形成的分子,立体构型完全对称的为非极性分子,不完全对称的为极性分子,全部以非极性键结合形成的分子一定为非极性分子。
答案:(1)N2 (2)CS2 (3)NH3 (4)CH4 (5)H2O (6)HF
18.(14分)(2011年黄冈高二检测)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)B、C两种原子的电子排布式________________、________________。
(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原子的孤电子对均在杂化轨道内,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________、________。
解析:(1)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,根据图中的位置C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)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电子对与成键电子都参与杂化,它们的价电子对数是4,采用sp3杂化。
(3)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。
答案:(1)1s22s22p63s23p3 1s22s22p63s23p5
(2)V形 三角锥形 V形 sp3 sp3 sp3 H2O>HCl>H2S>PH3
(3)金刚石 石墨
19.(10分)有A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的原子序数依次增大。已知:A和C、B和D分别位于同主族,且B、D质子数之和是A、C质子数之和的2倍;E在同周期元素中原子半径最小。
(1)A2B和A2D的沸点较高者是________(填化学式),其原因是
________________________________________________________________________。
(2)与A3B+互为等电子体的分子
________________________________________________________________________。
(3)B形成的双原子分子里,从轨道重叠的角度来看共价键的类型有________。
(4)E原子的电子排布式为
________________________________________________________________________。
解析:经分析,A为H元素,B为O元素,C为Na元素,D为S元素,E为Cl元素。
(1)A2B为H2O,A2D为H2S,由于水分子间存在氢键,所以H2O的沸点较高。
(2)H 3O+为4原子10电子粒子,与之互为等电子体的分子应是NH3。
(3)B形成的双原子分子为O2,分子结构为O===O,从轨道重叠的角度看有σ键和π键。
(4)E原子为17号Cl元素,其电子排布式为1s22s22p63s23p5。
答案:(1)H2O 分子间形成了氢键
(2)NH3 (3)σ键、π键
(4)1s22s22p63s23p5
20.(14分)(2010年高考安徽卷)X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的四种常见元素,其相关信息如下表:
元素 相关信息
X X的基态原子核外3个能级上有电子,且每个能级上的电子数相等
Y 常温常压下,Y单质是淡黄色固体,常在火山口附近沉积
Z Z和Y同周期,Z的电负性大于Y
W W的一种核素的质量数为63,中子数为34
(1)Y位于元素周期表第________周期第________族,Y和Z的最高价氧化物对应的水化物的酸性较强的是________________(写化学式)。
(2)XY2是一种常用的溶剂,XY2的分子中存在________个σ键。在HY、HZ两种共价键中,键的极性较强的是________,键长较长的是________。
(3)W的基态原子核外电子排布式是____________。W2Y在空气中煅烧生成W2O的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)处理含XO、YO2烟道气污染的一种方法,是将其在催化剂作用下转化为单质Y。
已知:
XO(g)+O2(g)===XO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
Y(s)+O2(g)===YO2(g) ΔH=-296.0 kJ·mol-1
此反应的热化学方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:通过图表中的信息,不难推断出,X为碳,Y为硫,Z为氯,W为铜。
(2)化学键的极性取决于形成分子的两元素的电负性,电负性相差越大,则化学键极性越强;键长越长,则氢化物的稳定性越弱。
(4)将题中的两个热化学方程式①②进行恰当的变形,将②式反写,然后再与①式×2相加,故ΔH3=-ΔH2+2ΔH1=-270 kJ·mol-1。
答案:(1)三 ⅥA HClO4
(2)2 HCl HS
(3)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
2Cu2S+3O22Cu2O+2SO22.1 共价键 优化训练
1.N—H键键能的含义是( )
A.由N和H形成1 mol NH3所放出的能量
B.把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的能量
C.拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D.形成1个N—H键所放出的能量
解析:选C。N—H键的键能是指形成1 mol N—H键放出的能量或拆开1 mol N—H键所吸收的能量,不是指形成1个N—H键释放的能量,1 mol NH3分子中含有3 mol N—H键,拆开1 mol NH3或形成1 mol NH3吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。
2.下列物质的分子中既有σ键又有π键的是( )
A.HCl B.Cl2
C.C2H2 D.CH4
解析:选C。四种分子的结构式分别为H—Cl、Cl—Cl、H—C≡C—H、,两个原子间形成的共价单键为σ键,而要存在π键,两原子之间必须存在两个或三个共价键,故符合题意的为C项。
3.(2011年郑州高二检测)下列说法中正确的是( )
A.分子中键能越大,键长越长,则分子越稳定
B.元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素的原子间可能形成共价键
C.水分子可表示为H—O—H,分子中键角为180°
D.H—O键键能为463 kJ/mol,即18 g H2O分解成H2和O2时,消耗能量为2×463 kJ
解析:选B。D中H—O键键能为463 kJ/mol,指的是气态基态氢原子和氧原子形成1 mol H—O键时释放的最低能量,则拆开1 mol H—O键形成气态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为463 kJ,18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol H—O键,断开时需吸收2×463 kJ的能量形成气态氢原子和氧原子,再进一步形成H2和O2时,还需释放出一部分能量,需知H—H和O===O的键能,故D错;Li的电负性为1.0,I的电负性为2.5,其差值为1.5<1.7,所以LiI以共价键成分为主,B项正确。
4.下列物质属于等电子体的一组是( )
A.CH4和NH3 B.B3H6N3和C6H6
C.F-和Mg D.H2O和CH4
解析:选B。本题主要考查对等电子体概念的理解。等电子体需具备两个条件:一是微粒的原子总数相同,二是微粒的价电子总数相同。分析可知B项正确;A项中CH4与NH3原子总数不相等;C项中F-和Mg的价电子总数不相同;D项中H2O和CH4的原子总数不相同。
5.分析下列化学式中画有横线的元素,选出符合要求的物质,填空。
A.NH3 B.H2O C.HCl
D.CH4 E.C2H6 F.N2
(1)所有的价电子都参与形成共价键的是
________________________________________________________________________;
(2)只有一个价电子参与形成共价键的是
________________________________________________________________________;
(3)最外层有未参与成键的电子对的是
________________________________________________________________________;
(4)既有σ键又有π键的是
________________________________________________________________________。
解析:NH3中N原子与3个H原子形成3个σ键,还有一对不成键电子;H2O中O原子与2个H原子形成2个σ键,还有两对不成键电子;HCl中Cl原子与1个H原子形成1个σ键,还有三对不成键电子;CH4中C原子与4个H原子形成4个σ键,所有价电子都参与成键;C2H6中C原子分别与3个H原子及另1个C原子形成4个σ键,所有电子都参与成键;N2中N原子与另1个N原子形成1个σ键,2个π键,还有一对不成键电子。
答案:(1)DE (2)C (3)ABCF (4)F
1.下列说法中正确的是( )
A.在气体单质分子中,一定含有σ键,可能含有π键
B.烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中只含σ键而烯烃含有π键
C.等电子体结构相似,化学性质相同
D.共价键的方向性决定了原子在形成分子时相互结合的数量关系
解析:选B。在单质分子中,可能存在σ键(如H2、Cl2)、π键(如N2分子中存在σ键、π键),而稀有气体为单原子分子, 不存在化学键,A项错误;烯烃中含有碳碳双键,其中一个是π键,因π键易断裂,故化学性质较活泼,B项正确;等电子体结构相似,但化学性质不同,C项错误;共价键的方向性决定分子的立体构型,饱和性决定分子中各原子的数量关系,D项错误。
2.(2011年武汉市江夏区高二教学质量检测)下列说法中,错误的是( )
A.非金属元素可能形成离子化合物
B.成键原子间原子轨道重叠的愈多,共价键愈牢固
C.对双原子分子来说,键能愈大,含有该键的分子愈稳定
D.键长愈长,化学键愈牢固
解析:选D。非金属元素能形成共价化合物(如H2O、HCl),也可形成离子化合物(如NH4Cl);成键原子间原子轨道重叠愈多,键长愈短,则键能愈大,共价键愈牢固,分子愈稳定,D项错误。
3.H2O分子中每个O原子结合2个H原子的根本原因是( )
A.共价键的方向性 B.共价键的饱和性
C.共价键的键角 D.共价键的键长
解析:选B。O原子最外层有2个未成对电子,分别与H原子的核外电子形成共用电子对,O原子即达到8电子稳定结构,故1个O原子只能结合2个H原子才符合共价键的饱和性。
4.下列过程中,共价键被破坏的是( )
A.碘升华 B.溴蒸气被活性炭吸附
C.蔗糖溶于水 D.HCl溶于水
解析:选D。碘升华、溴蒸气被活性炭吸附和蔗糖溶于水,共价键未被破坏,HCl溶于水,共价键被破坏。
5.(2011年北京海淀区高二检测)防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害,是因为它所含的有效成分的分子中含有π键,这些有效成分的分子中的π电子可在吸收紫外线后被激发,从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质中没有防晒效果的是( )
A.氨基苯甲酸
B.羟基丙酮
C.肉桂酸(C6H5—CH=CH—COOH)
D.酒精
解析:选D。π键只存在于不饱和键中,选项A、B、C中均含有C—O,有π键,而选项D中无不饱和键,不含有π键,因而酒精没有防晒效果,故选D。
6.据权威刊物报道,1996年科学家在宇宙中发现H3分子。甲、乙、丙、丁四位学生对此报道的认识正确的是( )
A.甲认为上述发现绝对不可能,因为H3分子违背了共价键理论
B.乙认为宇宙中还可能存在另一种氢单质,因为氢元素有三种同位素必然有三种同素异形体
C.丙认为H3分子实质上是H2分子与H+以特殊共价键结合的产物,应写成H
D.丁认为如果上述的发现存在,则证明传统的价键理论有一定的局限性有待继续发展
解析:选D。A、C两项显然不符合题意,B项,氢元素有三种同位素,但不一定有三种同素异形体,D项,传统的价键理论确实存在一定的局限性。
7.X、Y、Z是元素周期表中的短周期元素,其中X、Y同周期,Y、Z同主族,Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数,X原子最外层的p轨道中有一个轨道填充了2个电子,而且这三种元素可以形成化合物YX2、ZX2。根据上述信息回答下列问题:
(1)写出Z元素基态原子的电子排布式是________。
(2)YX2分子中含________个σ键,含________个π键。
解析:本题将元素周期表、核外电子排布、共价键的类型知识综合为一道无机推断题,考查同学们对基础知识能否融会贯通。如:X原子最外层的p轨道中有一个轨道填充了2个电子,则p轨道上含有4个电子,又X为短周期元素,可推断X为氧元素或硫元素;Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数,则Y只能为第二周期的碳元素,且X、Y同周期,故可知X为氧元素,Y、Z同主族,可知Z为Si元素。CO2分子的结构式为O===C===O,可知含2个σ键、2个π键。
答案:(1)1s22s22p63s23p2 (2)2 2
8.已知某些共价键的键能如表,试回答下列问题:
共价键 键能/kJ·mol-1 共价键 键能/kJ·mol-1
H—H 436 O—H 462.8
Cl—Cl 242.7 N≡N 946
C—H 413.4 H—Cl 431.8
(1)H—H的键能为什么比Cl—Cl的键能大?
(2)已知H2O在2000 ℃时有5%的分子分解,而CH4在1000 ℃时可能完全分解为C和H2,试解释其中的原因。
(3)试解释氮气为什么能在空气中稳定存在?
解析:解答本题可根据键参数与分子的性质间的关系分析:共价键的键长越短,键能越大,共价键越稳定。
答案:(1)H原子的半径比Cl原子的半径小,故H—H的键长比Cl—Cl的键长短,H—H的键能比Cl—Cl的键能大。
(2)H—O比H—C键能大,故H2O比CH4稳定。
(3)N2存在氮氮三键,键能大,故结构稳定。
9.(2011年武汉高二检测)有A、B、C、D、E、F六种元素,已知:
①它们位于三个不同短周期,核电荷数依次增大。
②E元素的电离能数据见下表(kJ·mol-1):
I1 I2 I3 I4 …
496 4562 6912 9540 …
③B与F同主族。
④A、E分别都能与D按原子个数比1∶1或2∶1形成化合物。
⑤B、C分别都能与D按原子个数比1∶1或1∶2形成化合物。
(1)写出只含有A、B、D、E四种元素的两种无水盐的化学式__________、__________。
(2)B2A2分子中存在______个σ键,______个π键。
(3)人们通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可以用于计算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下表列出了上述部分元素形成的化学键的键能:
化学键 F—D F—F B—B F—B C—D D—D
键能/kJ·mol-1 460 176 347.7 347 745 497.3
试计算1 mol F单质晶体燃烧时的反应热ΔH______(要写单位)。
解析:由题意可知,E为碱金属,能与D形成1∶1或2∶1 的化合物,说明D为O,E为Na,A为H。B、C与O形成1∶1或1∶2的化合物,则B为C,C为N。B与F同主族,F为Si。
(1)H、C、O、Na四种元素可组成NaHCO3或CH3COONa等盐。
(2)一个C2H2分子中含有一个三键和两个单键,有3个σ键和2个π键。
(3)反应热等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和。
答案:(1)NaHCO3 CH3COONa(或其他有机酸的盐)
(2)3 2 (3)-70.7 kJ/mol2.2 分子的立体结构 优化训练
1.用价层电子对互斥理论预测H2O和CH4的立体构型,两个结论都正确的是( )
A.直线形,三角锥形 B.V形,三角锥形
C.直线形,正四面体形 D.V形,正四面体形
解析:选D。在H2O中,价层电子对数为4,若无孤电子对存在,则其应为正四面体形。但中心原子O上有两对孤电子对,而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间,它们相互排斥,因此H2O为V形结构;在CH4分子中,价层电子对数为4,无孤电子对,所以CH4为正四面体形。
2.下列分子或离子中,不含有孤电子对的是( )
A.H2O B.H3O+
C.NH3 D.NH
3.(2011年合肥高二检测)关于原子轨道的说法正确的是( )
A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体形
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
解析:选C。H2O、NH3中的O、N均为sp3杂化,但立体构型却为V形和三角锥形,故A项错误;sp3杂化是由同一个原子的1个s轨道和3个p轨道形成的一组能量相近的杂化轨道,故B项错误,C项正确。BF3中的B为sp2杂化,故D项错误。
4.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液不能生成AgCl沉淀的是( )
A.[Co(NH3)4Cl2]Cl B.[Co(NH3)3Cl3]
C.[Co(NH3)6]Cl3 D.[Co(NH3)5Cl]Cl2
解析:选B。配合物的内界与外界由离子键结合,只要外界存在Cl-,加入AgNO3溶液即有AgCl沉淀生成。对于B项配合物分子[Co(NH3)3Cl3],Co3+、NH3、Cl-全处于内界,很难电离,不存在Cl-,所以不生成AgCl沉淀。
5.指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、立体构型。
(1)CO2分子中的C采取________杂化,分子的结构式________________,立体构型________;
(2)CH2O中的C采取________杂化,分子的结构式________________,立体构型
________;
(3)CH4分子中的C采取________杂化,分子的结构式________________,立体构型
________;
(4)H2S分子中的S采取________杂化,分子的结构式________________,立体构型
________。
解析:杂化轨道所用原子轨道的能量相近,且杂化轨道只能用于形成σ键,剩余的p轨道还可以形成π键。杂化轨道类型决定了分子(或离子)的立体构型,如sp2杂化轨道的键角为120°,立体构型为平面三角形。因此,也可根据分子的立体构型确定分子(或离子)中杂化轨道的类型,如CO2为直线形分子,因此分子中杂化轨道类型为sp杂化。
答案:(1)sp O===C===O 直线形
1.(2011年洛阳市第八中学高二检测)下列说法中正确的是( )
A.NO2、SO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B.P4和CH4都是正四面体分子且键角都为109°28′
C.NH的电子式为,离子呈平面正方形结构
D. NH3分子中有一对未成键的孤电子对,它对成键电子的排斥作用较强
解析:选D。NCl3分子的电子式为,分子中各原子都满足8电子稳定结构,A错误;P4为正四面体分子,但其键角为60°,B错误;NH为正四面体结构而非平面正方形结构,C错误;NH3分子电子式为,有一对未成键电子,由于未成键电子对成键电子的排斥作用,使其键角为107°,呈三角锥形,D正确。
2.(2011年太原高二调研)最近媒体报道了一些化学物质,如爆炸力极强的N5、结构类似白磷的N4、比黄金还贵的18O2、太空中的甲醇气团等。下列说法中正确的是( )
A.18O2和16O2是两种不同的核素
B.将a g铜丝灼烧成黑色后趁热插入甲醇中,铜丝变红,质量小于a g
C.N4为正四面体结构,每个分子中含有6个共价键,键角为109°28′
D.2N5===5N2是化学变化
解析:选D。核素是指具有一定质子数和中子数的原子,而18O2和16O2是单质,A错;将a g铜丝灼烧成黑色后趁热插入甲醇中,发生反应2Cu+O2 2CuO和CuO+CH3OHCu+HCHO+H2O,在反应前后铜的质量没变,B错;N4和白磷分子一样,为正四面体构型,含有6个共价键,键角应为60°,C错;N5和N2互为同素异形体,相互转化为化学变化,D正确。
3.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A.CO2与SO2 B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3 D.C2H2与C2H4
解析:选B。A项中CO2为sp杂化,SO2为sp2杂化,A项错;B项中均为sp3杂化,B项正确;C项中BeCl2为sp杂化,BF3为sp2杂化,C项错;D项中C2H2为sp杂化,C2H4为sp2杂化,D项错。
4.下列物质中,分子的立体结构与水分子相似的是( )
A.CO2 B.H2S
C.PCl3 D.SiCl4
解析:选B。H2O分子为V形,A项CO2为直线形,B项H2S为V形,C项PCl3为三角锥形,D项SiCl4为正四面体形。
5.下列过程与配合物的形成无关的是( )
A.除去Fe粉中的SiO2可用强碱溶液
B.向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失
C.向FeCl3溶液中加入KSCN溶液
D.向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失
解析:选A。对于A项,除去Fe粉中的SiO2是利用SiO2可与强碱反应的化学性质,与配合物的形成无关;对于选项B,AgNO3与氨水反应生成了AgOH沉淀,继续反应生成了配合物离子[Ag(NH3)2]+;对于C项,Fe3+与KSCN反应生成了配合物离子[Fe(SCN)n]3-n;对于D项,CuSO4与氨水反应生成了配合物离子[Cu(NH3)4]2+。
6.(2011年黑龙江省大庆四中高二检测)在乙烯分子中有5个σ键、一个π键,它们分别是( )
A.sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C.C—H之间是sp2形成的σ键,C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D.C—C之间是sp2形成的σ键,C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
解析:选A。乙烯分子中C原子发生sp2杂化,杂化轨道共形成4个C—H σ键,1个C—C σ键,未杂化的2p轨道形成π键,A项说法正确。
7.为了解释和预测分子的立体构型,科学家在归纳了许多已知的分子立体构型的基础上,提出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥理论。这种模型把分子分成两类:一类是________________________________;另一类是________________________________。BF3和NF3都是四个原子的分子,BF3的中心原子是________,NF3的中心原子是________;BF3分子的立体构型是平面三角形,而NF3分子的立体构型是三角锥形的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:多原子分子的中心原子的价层电子均是未成对电子时,和其他原子全部形成化学键,若有成对电子,则以孤电子对的形式存在,故价层电子对互斥理论把分子按中心原子的成键情况分成两类。
BF3的中心原子是B原子,共有三个价电子,全部用于成键,根据价层电子对互斥理论,应为平面三角形最稳定;NF3分子的中心原子是N原子,有五个价电子;只用了三个成键,还有一对孤电子对,根据价层电子对互斥理论,孤电子对参与价键的排斥,使三个共价键偏离平面三角形而形成三角锥形。
答案:中心原子上的价电子都用于形成共价键 中心原子上有孤电子对 B N BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键而呈平面三角形,而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键,还有一对未成键的电子对,占据了N原子周围的空间,参与相互排斥,形成三角锥形
8.已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素,它们的核电荷数A<B<C<D<E。其中A、B、C是同一周期的非金属元素。化合物DC为离子化合物,D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构。AC2为产生温室效应的主要气体。B、C的氢化物的沸点比它们同族相邻周期元素氢化物的沸点高。E的原子序数为24,ECl3能与B、C的氢化物形成六配位的配合物,且两种配体的物质的量之比为2∶1,三个氯离子位于外界。请根据以上情况,回答下列问题:(答题时,A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示)
(1)A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为
________________________________________________________________________。
(2)B的氢化物分子的立体构型是________,其中心原子采取________杂化。
(3)写出化合物AC2的电子式________;一种由B、C组成的化合物与AC2互为等电子体,其化学式为________。
(4)E的核外电子排布式是________,ECl3形成的配合物的化学式为________。
(5)B的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液与D的单质反应时,B被还原到最低价,该反应的化学方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:本题是元素推断和考查物质结构、性质的一道综合题。根据D、C形成DC离子化合物,且D、C都为二价离子,A、B、C为同周期的非金属,所以D可能为Mg或Ca,C可能为O或S,又因为B、C的氢化物比同族相邻周期元素氢化物沸点高,所以B、C的氢化物一定能形成氢键,且核电荷数A<B<C<D<E,所以B为N,C为O,D为Mg,E原子序数为24,所以E为Cr,AC2为产生温室效应的主要气体,所以A为C。
(1)非金属性越强,越难失去电子,第一电离能越大,但N是p轨道半充满,所以I1:C<O<N;(2)B的氢化物为NH3,立体构型为三角锥形,中心原子是sp3杂化;(3)AC2为CO2,其电子式为,N与O形成与CO2互为等电子体的物质应为N2O;(4)Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1,根据信息,ECl3形成配位化合物的化学式为[Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3;(5)反应式为:4Mg+10HNO3===4Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2O。
答案:(1)C<O<N (2)三角锥形 sp3
(3) N2O
(4)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)
[Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3
(5)4Mg+10HNO3===4Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2O
9.(思维拓展题)配位键是一种特殊的共价键,即共用电子对由某原子单方面提供和另一提供空轨道的粒子结合。如NH就是由NH3(氮原子提供电子对)和H+(提供空轨道)通过配位键形成的。据此,回答下列问题:
(1)下列粒子中可能存在配位键的是________。
A.CO2 B.H3O+
C.CH4 D.NH
(2)硼酸(H3BO3)溶液呈酸性,试写出其电离方程式:
________________________________________________________________________。
(3)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程,最初科学家提出了两种观点:
甲: (式中O→O表示配位键,在化学反应中O→O键遇到还原剂时易断裂)
乙:HOOH
化学家Baeyer和Villiyer为研究H2O2的结构,设计并完成了下列实验:
a.将C2H5OH与浓H2SO4反应生成(C2H5)2SO4和水;
b.将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应,只生成A和H2SO4;
c.将生成的A与H2反应(已知该反应中H2作还原剂)。
①如果H2O2的结构如甲所示,实验c中化学反应方程式为(A写结构简式)________________________________________________________________________。
②为了进一步确定H2O2的结构,还需要在实验c后添加一步实验d,请设计d的实验方案:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:本题综合考查配位键的形成和配合物的性质。解题时要注意配位键形成条件中的一方提供电子对,另一方提供空轨道。
(1)由题中信息可导出结论:凡能给出H+的物质中一般含有配位键。
(2)硼原子为提供空轨道的原子,H3BO3的电离是硼原子和水中的OH-形成配位键,水产生的H+表现出酸性。
(3)由题中所含配位键的物质的反应特点分析。
答案:(1)BD
(2)H3BO3+H2O??H++[B(OH)4]-
②用无水硫酸铜检验c的反应产物中有没有水生成