第2節(jié) 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、選擇題1下列說法中不正確的是()A鍵比鍵重疊程度大，形成的共價(jià)鍵強(qiáng)B兩個(gè)原子之間形成共價(jià)鍵時(shí)，最多有一個(gè)鍵C氣體單質(zhì)中，一定有鍵，可能有鍵DN2分子中有一個(gè)鍵，兩個(gè)鍵解析：選C。單鍵均為鍵，雙鍵和三鍵中各存在一個(gè)鍵，其余均為鍵。稀有氣體單質(zhì)中，不存在化學(xué)鍵。2下列說法中正確的是()A在分子中，兩個(gè)成鍵的原子間的距離叫鍵長B若分子中含有共價(jià)鍵，則至少含有一個(gè)鍵C含有非極性鍵的分子一定是非極性分子D鍵能越大，鍵長越長，則分子越穩(wěn)定解析：選B。鍵長是形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子之間的核間距，A錯(cuò)；單鍵一定是鍵，雙鍵由1個(gè)鍵和1個(gè)鍵構(gòu)成，三鍵由1個(gè)鍵和2個(gè)鍵構(gòu)成，故若分子中含有共價(jià)鍵，則至少含1個(gè)鍵，B正確；含有非極性鍵的分子不一定是非極性分子，如H2O2，C錯(cuò)；鍵能越大，鍵長越短，則分子越穩(wěn)定，D錯(cuò)。3在硼酸B(OH)3分子中，B原子與3個(gè)羥基相連，其晶體具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)。則分子中B原子雜化軌道的類型及同層分子間的主要作用力分別是()Asp，范德華力Bsp2，范德華力Csp2，氫鍵 Dsp3，氫鍵解析：選C。由石墨的晶體結(jié)構(gòu)知C原子為sp2雜化，故B原子也為sp2雜化，由于B(OH)3中B原子與3個(gè)羥基相連，羥基間能形成氫鍵，故同層分子間的主要作用力為氫鍵。4N2的結(jié)構(gòu)可以表示為，CO的結(jié)構(gòu)可以表示為，其中橢圓框表示鍵，下列說法中不正確的是()AN2分子與CO分子中都含有三鍵BCO分子中有一個(gè)鍵是配位鍵CN2與CO互為等電子體DN2與CO的化學(xué)性質(zhì)相同解析：選D。N2化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，CO具有比較強(qiáng)的還原性，兩者化學(xué)性質(zhì)不同。5通常把原子總數(shù)和價(jià)電子總數(shù)相同的分子或離子稱為等電子體。人們發(fā)現(xiàn)等電子體的空間結(jié)構(gòu)相同，則下列有關(guān)說法中正確的是()ACH4和NH是等電子體，鍵角均為60BNO和CO是等電子體，均為平面三角形結(jié)構(gòu)CH3O和PCl3是等電子體，均為三角錐形結(jié)構(gòu)DB3N3H6和苯是等電子體，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重疊的軌道解析：選B。甲烷是正四面體形結(jié)構(gòu)，鍵角是10928，A錯(cuò)；NO和CO是等電子體，均為平面三角形結(jié)構(gòu)，B對；H3O和PCl3的價(jià)電子總數(shù)不相等，不互為等電子體，C錯(cuò)；苯分子中存在“肩并肩”式重疊的軌道，故B3N3H6分子中也存在，D錯(cuò)。6用價(jià)層電子對互斥理論(VSEPR)可以預(yù)測許多分子或離子的空間構(gòu)型，有時(shí)也能用來推測鍵角大小，下列判斷正確的是()ASO2、CS2、HI都是直線形的分子BBF3鍵角為120，SnBr2鍵角大于120CCH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子DPCl3、NH3、PCl5都是三角錐形的分子解析：選C。A.SO2是V形分子，CS2、HI是直線形的分子，錯(cuò)誤；B.BF3鍵角為120，是平面三角形結(jié)構(gòu)；而Sn原子價(jià)電子數(shù)是4，在SnBr2中兩個(gè)價(jià)電子與Br形成共價(jià)鍵，還有一對孤電子對，對成鍵電子有排斥作用，使鍵角小于120，錯(cuò)誤；C.CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子，正確；D.PCl3、NH3都是三角錐形的分子，而PCl5是三角雙錐形分子，錯(cuò)誤。7某化合物的分子式為AB2，A屬A族元素，B屬A族元素，A和B在同一周期，它們的電負(fù)性值分別為3.44和3.98，已知AB2分子的鍵角為103.3。下列推斷不正確的是()AAB2分子的立體構(gòu)型為V形BAB鍵為極性共價(jià)鍵，AB2分子為非極性分子CAB2與H2O相比，AB2的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比H2O的低DAB2分子中無氫原子，分子間不能形成氫鍵，而H2O分子間能形成氫鍵解析：選B。根據(jù)A、B的電負(fù)性值及所處位置關(guān)系，可判斷A元素為O，B元素為F，該分子為OF2。OF鍵為極性共價(jià)鍵。因?yàn)镺F2分子的鍵角為103.3，OF2分子中鍵的極性不能抵消，所以為極性分子。8通常狀況下，NCl3是一種油狀液體，其分子立體構(gòu)型與氨分子相似，下列對NCl3的有關(guān)敘述正確的是()ANCl3分子中NCl鍵的鍵長比CCl4分子中CCl鍵的鍵長長BNCl3分子是非極性分子CNCl3分子中的所有原子均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)DNBr3比NCl3易揮發(fā)解析：選C。因碳原子半徑比氮原子的大，故NCl鍵的鍵長比CCl鍵的鍵長短；NCl3分子立體構(gòu)型類似NH3，故NCl3是極性分子；NBr3與NCl3二者結(jié)構(gòu)相似，由于NBr3的相對分子質(zhì)量較大，分子間作用力較大，所以NBr3的沸點(diǎn)比NCl3高，因此NBr3比NCl3難揮發(fā)。二、非選擇題9(1)CS2分子中C原子的雜化軌道類型是 。(2)OF2分子中氧原子的雜化方式為 。(3)中陽離子的立體構(gòu)型為 ，陰離子的中心原子軌道采用 雜化。(4)BCl3和NCl3中心原子的雜化方式分別為 和 。(5)已知元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個(gè)電子，元素Z的原子最外層電子數(shù)是其內(nèi)層的3倍。則在Y的氫化物(H2Y)分子中，Y原子軌道的雜化類型是 ，YZ的立體構(gòu)型為 。答案：(1)sp(2)sp3(3)三角錐形sp3(4)sp2sp3(5)sp3正四面體10(1)肼(N2H4)分子可視為NH3分子中的一個(gè)氫原子被NH2(氨基)取代形成的另一種氮的氫化物。NH3分子的立體構(gòu)型是 ；N2H4分子中氮原子軌道的雜化類型是 。肼可用作火箭燃料，燃燒時(shí)發(fā)生的反應(yīng)是N2O4(l)2N2H4(l)=3N2(g)4H2O(g)H1 038.7 kJmol1若該反應(yīng)中有4 mol NH鍵斷裂，則形成的鍵有 mol。肼能與硫酸反應(yīng)生成N2H6SO4。N2H6SO4晶體類型與硫酸銨相同，則N2H6SO4晶體內(nèi)不存在 (填標(biāo)號)。a離子鍵b共價(jià)鍵c配位鍵 d范德華力(2)A族元素氧、硫、硒(Se)的化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。回答下列問題：H2Se的酸性比H2S (填“強(qiáng)”或“弱”)。氣態(tài)SeO3分子的立體構(gòu)型為 ，SO離子的立體構(gòu)型為 。H2SeO3的K1和K2分別為2.7103和2.5108，H2SeO4第一步幾乎完全電離，K2為1.2103，請根據(jù)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系解釋H2SeO4比H2SeO3酸性強(qiáng)的原因： 。解析：(1)NH3分子中氮原子的雜化方式為sp3雜化，其分子的立體構(gòu)型為三角錐形；氨基(NH2)中氮原子的雜化方式也為sp3雜化，其分子的立體構(gòu)型為V形。N2H4的結(jié)構(gòu)為H2NNH2，相當(dāng)于2個(gè)氨基，所以氮原子的雜化方式也為sp3雜化。1個(gè)N2H4分子含有4個(gè)NH鍵，即4 mol NH鍵斷裂同時(shí)生成1.5 mol N2，N2的結(jié)構(gòu)式為NN，含1個(gè)鍵和2個(gè)鍵，所以會形成3 mol 鍵。N2H6SO4和(NH4)2SO4都是離子晶體，N2H和SO之間存在離子鍵，N2H中N和H之間形成6個(gè)共價(jià)鍵(其中2個(gè)配位鍵)，N和N之間形成共價(jià)鍵，SO中S和O之間形成共價(jià)鍵，不含范德華力。(2)Se的原子半徑大于S的原子半徑，H2Se與H2S相比，H2Se中Se原子對H原子的作用力較弱，H2Se在水中更容易電離出H，所以其酸性較強(qiáng)；SeO3中Se原子采取sp2雜化，故其立體構(gòu)型為平面三角形；SO中S原子采取sp3雜化，含有一對孤電子對，故其立體構(gòu)型為三角錐形。H2SeO3中Se為4價(jià)，而H2SeO4中Se為6價(jià)，Se的正電性更高，導(dǎo)致SeOH中O原子的電子更易向Se原子偏移，因而在水分子的作用下，也就越容易電離出H，即酸性越強(qiáng)。答案：(1)三角錐形sp33d(2)強(qiáng)平面三角形三角錐形 H2SeO3和H2SeO4可表示為(HO)2SeO和(HO)2SeO2，H2SeO3中的Se為4價(jià)，而H2SeO4中的Se為6價(jià)，正電性更高，導(dǎo)致SeOH中O的電子更易向Se偏移，越易電離出H11X、Y、Z、Q、E五種元素中，X原子核外的M層中只有兩對成對電子，Y原子核外的L層電子數(shù)是K層的兩倍，Z是地殼內(nèi)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))最高的元素，Q的核電荷數(shù)是X與Z的核電荷數(shù)之和，E在元素周期表的各元素中電負(fù)性最大。請回答下列問題：(1)X、Y的元素符號依次為 、 。(2)XZ2與YZ2分子的立體構(gòu)型分別是 和 ，相同條件下兩者在水中的溶解度較大的是 (填分子式)，理由是 。(3)Q的元素符號是 ，它的基態(tài)原子的核外電子排布式為 ，在形成化合物時(shí)它的最高化合價(jià)為 。(4)用氫鍵表示式寫出E的氫化物溶液中存在的所有氫鍵： 。解析：(1)X原子核外的M層中只有兩對成對電子，則M層的電子排布圖為，故X為S，Y原子核外的L層電子數(shù)是K層的兩倍，則Y原子的核外電子排布式為1s22s22p2，故Y為C。(2)Z是地殼內(nèi)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))最高的元素，則Z為O，SO2、CO2的立體構(gòu)型分別為V形、直線形。(3)Q的核電荷數(shù)為24，為Cr，其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1或Ar3d54s1，其外圍電子排布式為3d54s1，則最高化合價(jià)為6。(4)元素周期表中F的電負(fù)性最強(qiáng)，HF溶液中，HF與HF、H2O與H2O、HF與H2O之間存在氫鍵。答案：(1)SC(2)V形直線形SO2CO2是非極性分子，SO2和H2O都是極性分子，根據(jù)“相似相溶”原理，SO2在H2O中的溶解度較大 (3)Cr1s22s22p63s23p63d54s1(或Ar3d54s1)6(4)FHF、FHO、OHF、OHO12科學(xué)家正在研究溫室氣體CH4和CO2的轉(zhuǎn)化和利用。(1)下列關(guān)于CH4和CO2的說法正確的是 (填序號)。a固態(tài)CO2屬于分子晶體bCH4分子中含有極性共價(jià)鍵，是極性分子c因?yàn)樘細(xì)滏I鍵能小于碳氧鍵，所以CH4熔點(diǎn)低于CO2dCH4和CO2分子中碳原子的雜化類型分別是sp3和sp(2)在Ni基催化劑作用下，CH4和CO2反應(yīng)可獲得化工原料CO和H2。Ni能與CO形成正四面體形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4中含有 mol 鍵。(3)一定條件下，CH4、CO2都能與H2O形成籠狀結(jié)構(gòu)(如圖所示)的水合物晶體，其相關(guān)參數(shù)見下表。CH4與H2O形成的水合物晶體俗稱“可燃冰”。參數(shù)分子分子直徑/nm分子與H2O的結(jié)合能E/kJmol1CH40.43616.40CO20.51229.91“可燃冰”中分子間存在的兩種作用力是 。為開采深海海底的“可燃冰”，有科學(xué)家提出用CO2置換CH4的設(shè)想。已知圖中籠狀結(jié)構(gòu)的空腔直徑為0.586 nm，根據(jù)上述圖表，從物質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的角度分析，該設(shè)想的依據(jù)是 。解析：(1)CO2是由非金屬元素形成的分子晶體，a選項(xiàng)正確；CH4分子是正四面體結(jié)構(gòu)，其為非極性分子，b選項(xiàng)錯(cuò)誤；CH4和CO2都是分子晶體，分子晶體的相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點(diǎn)越高，c選項(xiàng)錯(cuò)誤；CH4為正四面體結(jié)構(gòu)，故碳原子的雜化類型是sp3，CO2為直線形分子，故碳原子的雜化類型是sp，d選項(xiàng)正確。(2)1個(gè)CO分子中存在1個(gè)鍵，而Ni(CO)4中Ni與CO之間還存在4個(gè)鍵，故1 mol Ni(CO)4中含有8 mol 鍵。(3)“可燃冰”中存在范德華力，另外水分子間還存在氫鍵。分子與H2O的結(jié)合能越大表明越容易與H2O結(jié)合，且CO2的分子直徑小于籠狀結(jié)構(gòu)的空腔直徑。答案：(1)ad(2)8(3)氫鍵、范德華力CO2的分子直徑小于籠狀結(jié)構(gòu)空腔直徑，且與H2O的結(jié)合能大于CH413周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序數(shù)依次增大。a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，b的價(jià)電子層中的未成對電子有3個(gè)，c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，d與c同族；e的最外層只有1個(gè)電子，但次外層有18個(gè)電子。回答下列問題：(1)a和其他元素形成的二元共價(jià)化合物中，分子呈三角錐形，該分子的中心原子的雜化方式為 ；分子中既含有極性共價(jià)鍵，又含有非極性共價(jià)鍵的化合物是 (填化學(xué)式，寫出兩種)。(2)這些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的價(jià)層電子對數(shù)為3的酸是 ；酸根呈三角錐結(jié)構(gòu)的酸是 。(填化學(xué)式)(3)這五種元素形成的一種11型離子化合物中，陰離子呈四面體結(jié)構(gòu)；陽離子呈軸向狹長的八面體結(jié)構(gòu)(如圖所示)。該化合物中，陰離子為 ，陽離子中存在的化學(xué)鍵類型有 ；該化合物加熱時(shí)首先失去的組分是 ，判斷理由是 。解析：a、b、c、d、e為前四周期元素，a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，且原子序數(shù)最小，a為H；c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，內(nèi)層電子數(shù)為2，即，為O元素；b的價(jià)電子層中的未成對電子有3個(gè)，且原子序數(shù)小于氧元素，則b為N元素；e的原子序數(shù)最大，且最外層只有1個(gè)電子，次外層有18個(gè)電子，位于第四周期，共有29個(gè)電子，推知e為Cu元素；d與c同族，且原子序數(shù)比O大比銅小，推知d為S元素。(1)a為H，與N、O、S可形成二元共價(jià)化合物，分別為NH3(三角錐形)、H2O(V形)、H2S(V形)，其中呈三角錐形的分子的中心原子的雜化方式，可利用價(jià)層電子對互斥理論先求價(jià)層電子對數(shù)為3(53)4，故為sp3雜化；還能形成既含極性共價(jià)鍵，又含非極性共價(jià)鍵的化合物H2O2(HOOH)、，HO、HN為極性鍵，OO、NN為非極性鍵。(2)這些元素可形成含氧酸HNO2、HNO3、H2SO3、H2SO4，分子的中心原子的價(jià)層電子對數(shù)為3的酸是HNO2、HNO3；酸根呈三角錐結(jié)構(gòu)的為H2SO3，SO價(jià)層電子對數(shù)為3(626)314。(3)含有H、N、O、S、Cu五種元素的化合物，結(jié)合絡(luò)合物有關(guān)知識以及題目所給信息，觀察陽離子中心為1個(gè)Cu2，周圍為4個(gè)NH3分子和2個(gè)H2O分子，得到該化合物的化學(xué)式為Cu(NH3)4(H2O)2SO4，加熱時(shí)，由于H2O和Cu2作用力較弱會先失去。答案：(1)sp3H2O2、N2H4(合理即可)(2)HNO2、HNO3H2SO3(3)SO共價(jià)鍵和配位鍵H2OH2O與Cu2的配位鍵比NH3與Cu2的弱14在人類文明的歷程中，許多物質(zhì)發(fā)揮過重要作用，如鐵、硝酸鉀、青霉素、聚乙烯、二氧化硅、富勒烯、含鉻物質(zhì)等。(1)Fe3在基態(tài)時(shí)，價(jià)電子排布式為 。(2)KNO3中NO的立體構(gòu)型為 ，寫出與NO互為等電子體的另一種陰離子的化學(xué)式： 。(3)6氨基青霉烷酸的結(jié)構(gòu)如圖所示。結(jié)構(gòu)中S原子的雜化方式是 ；組成中C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序是 。(4)富勒烯(C60)的結(jié)構(gòu)如圖所示，該物質(zhì)能與氯氣反應(yīng)形成C60Cl10分子，1 mol C60Cl10分子中含有碳碳單鍵的數(shù)目為 。(5)已知配合物CrCl36H2O中心離子Cr3配位數(shù)為6，向含0.1 mol CrCl36H2O的溶液中滴加2 molL1 AgNO3溶液，反應(yīng)完全后共消耗AgNO3溶液50 mL，則該配離子的化學(xué)式為 。答案：(1)3d5(2)平面三角形CO(3)sp3N>O>C(4)65NA(5)CrCl2(H2O)4