第34讲 分子结构与性质
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知识点 共价键、配位键 分子的立体构型 分子间作用力与分子性质 综合 基础 1 2 4 3,5 能力 8 6 10 7,9,11
1.(2017·河南洛阳模拟)下列说法中不正确的是( B ) A.σ键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠
B.共价化合物分子的键能越大,键长越长,则分子越稳定
C.2个原子形成多个共价键中,只有一个σ键,而π键可以是一个或 多个
D.形成共价键时键与键重叠程度越大,体系能量越低,键越稳定
解析:σ键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠,A正确;键能越大,键长越短,共价分子越稳定,B不正确;如2个N形成的N2分子中,只有一个σ键,有2个π键,C正确;形成共价键时键与键重叠程度越大,键越稳定,体系能量越低,D正确。 2.N2的结构可以表示为
,CO的结构可以表示为
,其中椭圆框表示π键,下列说法
12,13 挑战 中不正确的是( D )
A.N2分子与CO分子中都含有三键 B.CO分子中有一个π键是配位键 C.N2与CO互为等电子体 D.N2与CO的化学性质相同
解析:由题可知N2分子中N原子之间、CO分子中C、O原子之间通过2个π键、1个σ键,即三键结合,其中,CO分子中1个π键由O原子单方面提供孤电子对,C原子提供空轨道通过配位键形成;N2与CO两分子的原子数和价电子总数相等,互为等电子体,N2化学性质相对稳定,CO具有比较强的还原性,两者化学性质不同。
3.PH3是一种无色剧毒气体,其分子结构和NH3相似,但 P—H键键能比N—H键键能低。下列判断错误的是( C ) 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沸点,因为P—H键键能低
D.PH3分子稳定性低于NH3分子,是因为N—H键键能高
解析:PH3与NH3构型相同,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,A、B正确;PH3的沸点低于NH3,是因为NH3分子间存在氢键,C错误;PH3的稳定性低于NH3,是因为N—H键键能高,D正确。
4.导学号 96656228下列叙述正确的是( C )
A.NH3是极性分子,N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心 B.CCl4是非极性分子,C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心 C.H2O是极性分子,O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央
1
D.CO2是非极性分子,C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
解析:NH3是极性分子,N原子处在三角锥形的顶点,3个H原子处于锥底,A错误;CCl4是非极性分子,四个Cl原子构成的是正四面体结构,C原子处在4个Cl原子所组成的四面体的中心,B错误;H2O是极性分子,是V形分子,O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央,C正确;CO2是非极性分子,三个原子在一条直线上,C原子处在2个O原子所连成的直线的中央,D错误。 5.(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为 ;高,原因是
。
++++
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
。
(2)下列物质变化,只与范德华力有关的是 。 a.干冰熔化 b.乙酸汽化
c.乙醇与丙酮混溶 d.
溶于水
的沸点比
e.碘溶于四氯化碳 f.石英熔融
(3)金属镍在电池、合金、催化剂等方面应用广泛。
①过渡金属配合物Ni(CO)n的中心原子价电子数与配体提供电子总数之和为18,则n= 。CO与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为 。
②甲醛(H2CO)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子内C原子的杂化方式为 ,甲醇分子内的O—C—H键角 (填“大于”“等于”或“小于”)甲醛分子内的O—C—H键角。
解析:(1)氧元素基态原子的核外电子排布图为2;
存在分子间氢键,而
,故未成对电子数为
存在分子内氢键,而分子间氢键使分子间
作用力大;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。(2)干冰为分子晶体,熔化时只需破坏范德华力;乙酸、乙醇、
分子间均存在范德华力和氢键,因此b、c、d中三者变化过程中均需克
服两种作用力;碘为分子晶体,溶于四氯化碳的过程中只需克服范德华力;石英为原子晶体,熔融过程中共价键被破坏,故a、e正确。(3)①由题意知:中心原子Ni的价电子数为10,而每个CO提供电子数为2,故n=4;CO与N2分子中都存在三键,故σ键与π键个数比为1∶2。②甲醇中碳原子的杂化方式为sp3,分子构型为四面体,而甲醛中碳原子的杂化方式为sp2,分子构型为平面三角形,其O—C—H键角为120°,比甲醇中的O—C—H键角大。
2
答案:(1)2 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 sp H2O中O原子上有2对孤电子对,而H3O中O原子上只有1对孤电子对,排斥力较小
3
(2)ae (3)①4 1∶2 ②sp 小于
6.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( C ) A.BeCl2与BF3 B.CO2与SO2 C.CCl4与NH3 D.C2H2与C2H4
2
解析:BeCl2分子、BF3分子中杂化轨道数分别为2、3,中心原子杂化轨道类型分别为sp、sp。
2
CO2分子中含有2个σ键,SO2分子中杂化轨道数为3,杂化轨道类型分别为sp、sp。C2H2和C2H4
2
中心原子的杂化轨道类型分别为sp、sp。
7.下列关于丙烯(CH3CHCH2)的说法错误的是( B ) A.丙烯分子有8个σ键,1个π键
3
B.丙烯分子中3个碳原子都是sp杂化 C.丙烯分子存在非极性键
D.丙烯分子中3个碳原子在同一平面上
解析:丙烯(CH3CHCH2)中存在6个C—H σ键和2个C—C σ键,还有1个π键,则共有8个σ键,1个π键,A正确;甲基中的C为sp杂化,
3
3
3+
中的C为sp杂化,丙烯中只有1个C原
2
子为sp杂化,B错误;C与C之间形成的共价键为非极性键,则丙烯分子存在非极性键,C正确;
为平面结构,甲基中的C与双键碳原子直接相连,则三个碳原子在同一平面上,D正
确。
8.(2017·吉林松原模拟)关于化学式[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法中正确的是( C )
-A.配位体是Cl和H2O,配位数是9 B.中心离子是T
,配离子是[TiCl(H2O)5]
-2+
C.内界和外界中的Cl的数目比是1∶2
-D.加入足量AgNO3溶液,所有Cl均被完全沉淀
解析:配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,配位体是Cl和H2O,配位数是6,A错误;中心离子是T
2+
-2+
--
,
配离子(内界)是[TiCl(H2O)5],外界是Cl,B错误;内界 [TiCl(H2O)5]和外界Cl的数目比是
-+-+
1∶2,C正确;加入足量AgNO3溶液,外界离子Cl与Ag反应,内界中的Cl不与Ag反应,D错误。 9.在硼酸[B(OH)3]分子中,B原子与3个羟基相连,其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是( C )
2
A.sp,范德华力 B.sp,范德华力
23
C.sp,氢键 D.sp,氢键
22
解析:由石墨的晶体结构知C原子为sp杂化,故B原子也为sp杂化,但由于B(OH)3中B原子与3个羟基相连,羟基间能形成氢键,故同层分子间的主要作用力为氢键。
3
10.(2018·湖北襄阳模拟)关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法中正确的是( B ) A.CS2在水中的溶解度很小,是由于其属于极性分子 B.SO2和NH3均易溶于水,原因之一是它们都是极性分子 C.CS2为非极性分子,所以在三种物质中熔沸点最低 D.NH3在水中溶解度很大只是由于NH3分子有极性
解析:CS2是直线形分子,为非极性分子,而水是极性溶剂,根据相似相溶规律,则CS2在水中的溶解度不大,A错误;SO2为V形分子,NH3为三角锥形分子,都是极性分子,所以易溶于水,B正确;CS2为非极性分子,常温下CS2为液体,但SO2、NH3在常温下均为气体,所以CS2的熔沸点最高,C错误;NH3分子在水中的溶解度大不仅仅是因为NH3分子有极性,还因为NH3分子与H2O分子间能形成氢键,增大氨气的溶解度,D错误。
11.导学号 96656229为了比较温室效应气体对目前全球增温现象的影响,科学家通常引用“温室效应指数”以二氧化碳为相对标准。表中有(A)至(I)共9种气体在大气中的体积百分比及其温室效应指数。 选项 A B C D E F G H I 物质 N2 O2 H2O CO2 CH4 N2O O3 CCl3F CCl2F2 大气中的含量 (体积百分比) 78 21 1 0.03 2×10 3×10 4×10 2.8×10 4.8×10 -5-5-5-5-4温室效 应指数 0 0 0.1 1 30 160 2 000 21 000 25 000 (1)下列由极性键形成的极性分子是( ) A.N2 B.O2 C.H2O D.CO2 E.CH4
(2)下列说法不正确的是( ) A.CCl3F与CCl2F2互为等电子体
3
B.CCl2F2无同分异构体,说明其中碳原子采用sp方式杂化 C.CH4是目前引起温室效应的主要原因
D.H2O的沸点是九种物质中最高的,是因为水分子间能形成氢键
(3)在半导体生产或灭火剂的使用中,会向空气逸出气体如:NF3、CHClFCF3、C3F8,它们虽是微量的,有些确是强温室气体。下列推测不正确的是( ) A.由价层电子对互斥理论可确定NF3分子呈三角锥形 B.C3F8在CCl4中的溶解度比水中大 C.CHClFCF3存在手性异构 D.第一电离能:N (4)水能与多种过渡金属离子形成配合物,已知某红紫色配合物的组成为CoCl3·5NH3·H2O。其水溶液呈弱酸性,加入强碱并加热至沸腾有氨放出,同时产生Co2O3沉淀;加入AgNO3于该化合物溶液中,有AgCl沉淀生成,过滤后再加AgNO3溶液于滤液中无变化,但加热至沸腾有AgCl沉淀生成,且其质量为第一次沉淀量的二分之一。则该配合物的化学式最可能为( ) A.[CoCl2(NH3)4]Cl·NH3·H2O B.[Co(NH3)5(H2O)]Cl3 4 C.[CoCl2(NH3)3(H2O)]Cl·2NH3 D.[CoCl(NH3)5]Cl2·H2O (5)在上题中钴离子的核外电子排布式为 。 (6)表格中与CO2互为等电子体的是 。其分子结构式 ,该分子是 分子(填“极性”或“非极性”)。 解析:(1)N2、O2是由非极性键构成的非极性分子,H2O为V形结构,由H—O极性键构成的极性分子,CO2为直线形结构,由极性键构成的非极性分子,CH4为正四面体结构,由极性键构成的非极性分子。(2)由表可知,虽然其他物质温室效应指数高,但CO2含量大,是引起温室效应的主要原因。(3)N原子2p轨道半充满,稳定,第一电离能N>O。(4)溶液呈弱酸性,说明NH3均 -在内界中,由第二次沉淀只有第一次一半可知,3份Cl,2份在外界,1份在内界,选D。(5)钴离子的核外电子排布,先写出钴原子的核外电子排布,再失去3个电子。(6)表中与CO2互为等电子体的是N2O,其结构式为NNO,是极性分子。 答案:(1)C (2)C (3)D (4)D 2262666 (5)1s2s2p3s3p3d或[Ar]3d (6)N2O NNO 极性 12.(2017·陕西西安模拟)下列模型分别表示C2H2、S8、SF6的结构,下列说法错误的是( A ) A.32 g S8分子中含有0.125 mol σ键 B.SF6是由极性键构成的非极性分子 C.1 mol C2H2分子中有3 mol σ键和2 mol π键 D.1 mol S8中含有8 mol S—S键 解析:1 mol S8中有8 mol σ键,32 g S8中含有σ键×8=1 mol,A错误,D正确;由SF6 的球棍模型知,其是由S—F极性键构成,结构对称,属于非极性分子,B正确;单键为σ键,三键中有2个π键,因此1 mol乙炔中含有3 mol σ键和2 mol π键,C正确。 13.(2017·河北石家庄冲刺考)Cu、Ni、V为制造合金及合成催化剂的重要元素。 请回答: (1)Cu元素位于元素周期表的 区,其基态原子有 种能量不同的电子。 (2)[Cu(NH3)4]SO4是一种重要的配合物。与S 互为等电子体的分子的化学式为 (任写一种);NH3分子的VSEPR模型为 。 (3)Ni(CO)4的熔点为-25 ℃,沸点为43 ℃。其晶体类型为 。晶体中σ键和π键的数目之比为 。 (4)在晶体 中各种微粒间的作用有 。 (5)有增强胰岛素和降糖作用,其中所含非金属元素的电负性由小到大的顺序 5 为 (用元素符号表示);氮原子的杂化轨道类型为 。 22626101 解析:(1)Cu元素位于元素周期表的ds区,其基态原子的电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s,因此有7种能量不同的电子。(2)原子数和价电子数分别都相等的是等电子体,则与S 互 为等电子体的分子的化学式为CCl4、SiCl4、CBr4、SiF4等;NH3分子中氮原子的价层电子对数=3+(5-3×1)/2=4,所以VSEPR模型为四面体。(3)Ni(CO)4的熔点为-25 ℃,沸点为43 ℃,这说明晶体类型为分子晶体。单键都是σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,三键中含有1个σ键和2个π键,晶体中σ键和π键的数目之比为8∶8=1∶1。(4)在该晶体中,B最外层有3个电子,除与氟原子形成共价键外,硼原子还提供空轨道与氧原子形成配位键;H2O是由共价键形成的分子,除分子间作用力(范德华力)外,H2O的氧原子还与氢原子形成氢键。(5)非金属性越强,电负性越大,则其中所含非金属元素的电负性由小到大的顺序为H 2 成3个σ键和1个π键,则杂化轨道类型为sp。 答案:(1)ds 7 (2)CCl4、SiCl4、CBr4、SiF4等合理答案即可 四面体 (3)分子晶体 1∶1 (4)共价键、配位键、分子间作用力(范德华力)和氢键 2 (5)H 6