高考化学总复习 配餐作业38 分子结构与性质

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分子结构与性质 1．原子序数小于36的X、Y、Z、三种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子。 回答下列问题： (1)Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为________，1 mol Y2X2含有σ键的数目为________________________。 (2)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是________________________________________________________。 (3)元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是______。 解析：根据题给信息可推知X、Y、Z、W分别为氢、碳、氮三种元素。 (1)Y2X2为乙炔，乙炔含有一个碳碳三键，乙炔中的碳原子轨道的杂化类型为sp杂化，一个乙炔分子中含有3个σ键，1 mol乙炔中σ键为3 mol； (2)ZX3为氨气，YX4为甲烷，氨气分子间能形成氢键，使沸点升高； (3)Y(碳)的氧化物有CO、CO2，Z(氮)的氧化物有N2O、NO、N2O3、N2O4、N2O5，CO2与N2O互为等电子体。 答案：(1)sp杂化　3 mol或36.021023 (2)NH3分子间存在氢键　(3)N2O 2．乙炔是有机合成工业的一种原料。工业上曾用CaC2与水反应生成乙炔。 (1)将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液生成Cu2C2红棕色沉淀。Cu＋基态核外电子排布式为__________。 (2)乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈(H2C===CH—C≡N)。丙烯腈分子中碳原子轨道杂化类型是________；分子中处于同一直线上的原子数目最多为______。 解析：(1)Cu＋失去的是4s轨道上的一个电子； (2)杂化轨道数等于σ键和孤电子对之和。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d10 (2)sp杂化、sp2杂化　3 3．(1)下列物质变化，只与范德华力有关的是________(填选项字母)。 A．干冰熔化 B．乙酸汽化　 C．乙醇与丙酮混溶 E．碘溶于四氯化碳 F．石英熔融 (2)下列物质中，只含有极性键的分子是__________，既含离子键又含共价键的化合物是__________；只存在σ键的分子是__________，同时存在σ键和π键的分子是__________。 A. N2　B. CO2　C. CH2Cl2　D. C2H4 E. C2H6　F. CaCl2　G. NH4Cl 解析：(1)B项，乙酸汽化破坏范德华力和氢键；C项，乙醇与丙酮因分子间形成氢键而混溶；D项，因能与H2O分子间形成氢键而溶于水；F项，石英熔融破坏的是共价键。(2)N2的结构式为N≡N，三键中有一个σ键、两个π键；中的每个中有一个σ键、一个π键； 为离子化合物，含有离子键；NH4Cl中＋的四个N—H均为σ键，但NH与Cl－之间是离子键。 答案：(1)AE　(2)BC　G　CE　ABD 4．(2015福建卷)科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。 (1)CH4和CO2所含的三种元素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．固态CO2属于分子晶体 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)在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。 ①基态Ni原子的电子排布式为________，该元素位于元素周期表中的第________族。 ②Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4中含有________ mol σ键。 (4)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”。 参数 分子 分子直 径/nm 分子与H2O的结合能E/(kJmol－1) CH4 0.436 16.40 CO2 0.512 29.91 ①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是____________________。 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__________________________。 解析：本题主要考查电负性、分子的极性、杂化类型、核外电子排布式、共价键的类型、分子间作用力、氢键等。 (1)元素的非金属性越强，电负性越大，故H、C、O的电负性依次增大； (2)固态CO2是分子晶体，a项正确；CH4分子是正四面体对称结构，其为含有极性键的非极性分子，b选项错误；CH4和CO2都是分子晶体，分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，与键能无关，C选项错误；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，d选项正确； (3)①Ni的原子序数为28，故其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2；Ni排在Fe的后面，属于第四周期，第Ⅷ族； ②CO分子的电子式为：∶C⋮⋮O∶，分子中存在1个σ键，而Ni(CO)4中Ni与CO之间还存在4个σ键，故1 mol Ni(CO)4中含有8 mol σ键。 (4)①可燃冰中存在分子间作用力即范德华力，另外水分子间还存在氢键； ②根据表格数据，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。 答案：(1)H、C、O　(2)a、d (3)①1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　Ⅷ ②8 (4)①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 5．(2015课标全国Ⅰ)碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题： (1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在__________对自旋相反的电子。 (2)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是 ________________________________________________________________________。 (3)CS2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具有相同空间构型和键合形式的分子或离子__________。 (4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于______晶体。 (5)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： 石墨烯晶体 　　金刚石晶体 ①在石墨烯晶体中，每个C原子连接__________个六元环，每个六元环占有__________个C原子。 ②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接__________个六元环，六元环中最多有__________个C原子在同一平面。 解析：(1)核外电子出现的概率密度可以用电子云表示；根据14C的核外电子排布式1s22s22p2，可知1s22s2上存在两对自旋相反的电子。 (2)碳原子核外有4个电子且原子半径较小，不容易得失电子，易形成共价键。 (3)S===C===S中 ，存在σ键和π键；分子是直线形，碳原子采用sp杂化。 (4)Fe(CO)5熔沸点低，属于分子晶体。 (5)①在石墨烯晶体中每个C原子连接3个六元环；并且每个C原子被3个六元环共用，则每个六元环占有的碳原子为6＝2。②在金刚石晶体中，每个C原子连接12个六元环；每个六元环中最多有4个C原子共面。 答案：(1)电子云　2 (2)C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 (3)σ键和π键　sp　CO2、SCN－(或COS等) (4)分子　(5)①3　2　②12　4 6．用Cr3＋掺杂的氮化铝是理想的LED用荧光粉基质材料，氮化铝[其晶胞如图(1)所示]可由氯化铝与氨经气相反应制得。 图(1) 　　图(2) (1)Cr3＋基态的核外电子排布式可表示为________。 (2)氮化铝的化学式为__________。 (3)氯化铝易升华，其双聚物Al2Cl6结构如图(2)所示。在Al2Cl6中存在的化学键有__________(填字母)。 a．离子键　　　　　 B．共价键 c．配位键 D．金属键 (4)一定条件下用Al2O3和CCl4反应制备AlCl3的反应为Al2O3＋3CCl4===2AlCl3＋3COCl2。其中，COCl2分子的空间构型为________。一种与CCl4互为等电子体的离子的化学式为________。 (5)AlCl3在下述反应中作催化剂。分子③中碳原子的杂化类型为________。 解析：(1)从K数到Cr为6，所以Cr的核外电子排布式为[Ar]3d54s1，则Cr3＋为[Ar]3d3；(2)晶胞中，N原子个数为8＋1＝2，Al原子个数为4＋1＝2； (3)Al2Cl6不属于离子化合物，所以无离子键，不属于金属晶体，无金属键；AlCl3中，1个Al与3个Cl之间形成3个共价键后Al最外层有6个电子，还差2个达到8电子稳定结构，另一个AlCl3中一个氯原子提供一对电子与铝原子共用形成配位键，从而结合成Al2Cl6；(4)COCl2中，碳原子周围有3个σ键，孤电子对数＝＝0，碳原子采取sp2杂化，COCl2分子的空间构型为平面三角形。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3 (2)AlN　(3)bc (4)平面三角形　SO(或PO、ClO、SiO、PCl等合理答案) (5)sp2和sp3 7．周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题： (1)b、c、d中第一电离能最大的是__________(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为__________。 (2)a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为__________；分子中既含有极性共价键、又含有非极性共价键的化合物是______(填化学式，写出两种)。 (3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是__________；酸根呈三角锥结构的酸是__________。(填化学式) (4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为__________。 图1 　　　　　图2 (5)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。该化合物中，阴离子为__________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是__________，判断理由是__________________________________________。 解析：根据“a的核外电子总数与其周期数相同”可知a为H元素；根据“c的最外层电子数为其内层电子数的3倍”可知c为O元素；根据“b的价电子层中的未成对电子有3个”且原子序数：b＜a，可知b为N元素；根据“d与c同族”可知d为S元素；根据“e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子”可知e为Cu元素。 (1)由于O的非金属性比S强，故第一电离能O＞S；由于N的2p轨道处于半充满的较稳定状态，故其第一电离能大于O，故N、O、S三种元素中，第一电离能最大的是N元素；Cu的价层电子轨道示意图为。 (2)H元素可以和N元素形成三角锥形分子NH3，在NH3中，中心原子N原子的杂化方式为sp3杂化；H元素与N元素形成的N2H4，H元素与O元素形成的H2O2，都是既含有极性键又含有非极性键的化合物。 (3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子价层电子对数为3的是HNO2、HNO3；酸根呈三角锥结构的是H2SO3。 (4)由图1可知该晶体结构中Cu的个数为4，O的个数为8＋1＝2，化学式为Cu2O即Cu的化合价为＋1价。 (5)根据阴离子呈四面体结构可知阴离子是SO；阳离子中存在的化学键有共价键和配位键；该化合物加热时首先失去的组分是H2O，因为H2O与Cu2＋形成的配位键比NH3与Cu2＋形成的配位键弱。 答案：(1)N　 (2)sp3　H2O2、N2H4 (3)HNO2、HNO3　H2SO3 (4)＋1　(5)SO　共价键和配位键　H2O　H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱 8．石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。 图甲　石墨烯结构 　图乙　氧化石墨烯结构 (1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为__________。 (2)图乙中，1号C的杂化方式是__________，该C与相邻C形成的键角__________(填“＞”“＜”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。 (3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________________(填元素符号)。 (4)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为______________。 图丙 解析：(1)两个成键原子间有且只有一个σ键，1号C与周围3个碳原子形成3个σ键。 (2)图乙中，1号C形成了4个σ键，杂化方式为sp3，形成四面体结构，1号C与相邻C形成的键角为109.5；而甲中1号C形成平面三角形结构，1号C与相邻C形成的键角为120，因此图乙中的键角小。 (3)氧化石墨烯中的氧原子与H2O中的氢原子，氧化石墨烯中的氢原子与H2O中的氧原子都可以形成氢键。 (4)棱上有12个M原子，内部有9个，晶胞中M原子的个数为12＋9＝12，C60位于晶胞的顶点和面心上，其个数为8＋6＝4，化学式为M3C60。 答案：(1)3　(2)sp3　＜　(3)O、H (4)12　M3C60 9．氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。 　　 ○氮原子　●硼原子 (1)基态硼原子的电子排布式为__________。 (2)关于这两种晶体的说法，正确的是__________(填选项字母)。 a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大 b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软 c．两种晶体中的B—N键均为共价键 d．两种晶体均为分子晶体 (3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为__________，其结构与石墨相似却不导电，原因是______________________。 (4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为__________。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是__________。 (5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有________mol配位键。 解析：(1)硼原子核外有5个电子，电子排布式为1s22s22p1；(2)六方相氮化硼与石墨相似，层间是分子间作用力；立方相氮化硼中都是单键，无π键，二者均不是分子晶体，b、c正确；(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与3个氮原子形成平面三角形结构，最外层电子全部成键，没有自由移动的电子存在，故不能导电；(4)立方相氮化硼晶体中，每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，因此为sp3杂化，根据其存在的环境可知反应条件为高温高压；(5)在1 mol NH4BF4中含有1 mol N→H和1 mol B←F键。 答案：(1)1s22s22p1　(2)bc (3)平面三角形　层状结构中没有自由移动的电子 (4)sp3　高温高压　(5)2