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分子结构与性质 突破训练（六）‎ ‎1．下列各组分子中，都属于含极性键的非极性分子的是(　　)‎ A．CO2、H2S　　　　　　 　B．C2H4、CH4‎ C．Cl2、C2H2 D．NH3、HCl 解析：选B　H2S和NH3、HCl都是含极性键的极性分子；Cl2是含有非极性键的非极性分子；CO2、CH4是只含有极性键的非极性分子；C2H4和C2H2是含有极性键和非极性键的非极性分子。‎ ‎2．下列叙述中正确的是(　　)‎ A．以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子 B．以极性键结合起来的分子一定是极性分子 C．非极性分子只能是双原子单质分子 D．非极性分子中一定含有非极性共价键 解析：选A　以极性键结合起来的分子不一定是极性分子，若分子构型对称，正电中心和负电中心重合，就是非极性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等，B项错误；某些多原子化合物分子，如CO2、C2H4等也是非极性分子，C项错误；非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2，D项错误。‎ ‎3．(2019·西安模拟)已知含氧酸可用通式XOm(OH)n来表示，如X是S，当m＝2，n＝2，则这个式子就表示H2SO4。一般而言，该式中m大的是强酸，m小的是弱酸。下列各含氧酸中酸性最强的是(　　)‎ A．HClO2 B．H2SeO3‎ C．H3BO3 D．HMnO4‎ 解析：选D　把选项中的化学式改写成A.ClO(OH)，B.SeO(OH)2，C.B(OH)3，D.MnO3(OH)，其m依次为1,1,0,3，m最大的是HMnO4，则HMnO4酸性最强。‎ ‎4．在硼酸[B(OH)3‎ 10‎ ‎]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(　　)‎ A．sp，范德华力　　　　　 　B．sp2，范德华力 C．sp2，氢键 D．sp3，氢键 解析：选C　由石墨的晶体结构知C原子为sp2杂化，故B原子也为sp2杂化，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。‎ ‎5．(2019·三门峡模拟)下列说法不正确的是(　　)‎ A．HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高与分子间作用力大小有关 B．H2O的熔、沸点高于H2S是由于H2O分子之间存在氢键 C．I2易溶于CCl4可以用相似相溶原理解释 D．甲烷可与水形成氢键这种化学键 解析：选D　HCl、HBr、HI是组成和结构相似的分子，相对分子质量越大分子间作用力越大，相应物质的熔、沸点越高，A正确；H2O分子间可形成氢键，H2S分子间不能形成氢键，因此H2O的熔、沸点高于H2S，B正确；I2是非极性分子，易溶于非极性溶剂CCl4，C正确；甲烷中碳原子电负性不大，甲烷分子和水分子之间不能形成氢键，并且氢键不是化学键，属于分子间作用力，D错误。‎ ‎6．下列物质的沸点，从高到低的顺序不正确的是(　　)‎ A．HI＞HBr＞HCl＞HF B．CI4＞CBr4＞CCl4＞CF4‎ C．I2＞Br2＞Cl2＞F2 D．NH3＞PH3‎ 解析：选A　HI、HBr、HCl分子结构相似，相对分子质量依次减小，范德华力依次减弱，沸点依次变小，而因HF中存在氢键，故HF的沸点反常，为最高，则沸点从高到低顺序为HF＞HI＞HBr＞HCl，A错误；B、C中分子结构相似，相对分子质量依次减小，范德华力依次减弱，沸点依次降低，B、C正确；由于NH3分子间有范德华力、氢键，而PH3分子间只有范德华力，所以沸点：NH3＞PH3，D正确。‎ ‎7‎ 10‎ ‎．X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子核外的M层中只有两对成对电子，Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和，E在元素周期表的各元素中电负性最大。请回答下列问题：‎ ‎(1)X、Y的元素符号依次为________、________。‎ ‎(2)XZ2与YZ2分子的立体构型分别是_______和_______，相同条件下两者在水中的溶解度较大的是________(填分子式)，理由是___________________________________。‎ ‎(3)Q的元素符号是__________，它的基态原子的核外电子排布式为__________，在形成化合物时它的最高化合价为________。‎ ‎(4)用氢键表示式写出E的氢化物溶液中存在的所有氢键：_____________________________________________。‎ 解析：(1)X原子核外的M层中只有两对成对电子，则M层的电子排布图为，故X为S，Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，则Y原子的核外电子排布式为1s22s22p2，故Y为C。(2)Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，则Z为O，SO2、CO2的立体构型分别为V形、直线形。(3)Q的核电荷数为24，为Cr，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1，其外围电子排布式为3d54s1，则最高化合价为＋6。(4)元素周期表中F的电负性最强，HF溶液中，HF与HF、H2O与H2O、HF与H2O之间存在氢键。‎ 答案：(1)S　C ‎(2)V形　直线形　SO2　CO2是非极性分子，SO2和H2O都是极性分子，根据“相似相溶”原理，SO2在H2O中的溶解度较大 ‎(3)Cr　1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)　＋6‎ ‎(4)F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O ‎8．科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。‎ ‎(1)下列关于CH4和CO2的说法正确的是_____(填字母)。‎ 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 ‎(2)在Ni催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2‎ 10‎ ‎。Ni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。‎ ‎(3)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图所示)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/kJ·mol－1‎ CH4‎ ‎0.436‎ ‎16.40‎ CO2‎ ‎0.512‎ ‎29.91‎ ‎①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是________________________________。‎ ‎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：(1)CO2是由非金属元素形成的分子晶体，a选项正确；CH4分子是正四面体结构，其为非极性分子，b选项错误；CH4和CO2都是分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，c选项错误；CH4为正四面体结构，故碳原子的杂化类型是sp3，CO2为直线形分子，故碳原子的杂化类型是sp，d选项正确。(2)1个CO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。(3)①“可燃冰”中存在范德华力，另外水分子间还存在氢键。②分子与H2O的结合能越大表明越容易与H2O结合，且CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径。‎ 答案：(1)ad　(2)8‎ ‎(3)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 ‎9‎ 10‎ ‎.五种短周期元素A、B、C、D、E,原子序数依次增大,其中A、B同周期,且A、B原子核外均有两个未成对电子;A、D同主族,B、E同主族,且C的最外层电子比E的最外层电子少5个。根据以上信息,完成下列各题:‎ ‎(1)B的气态氢化物的沸点　　　　(填“>”或“　水分子间存在氢键 ‎(2) ‎ ‎[解析] 五种短周期元素A、B、C、D、E,原子序数依次增大,而A、B同周期,且A、B原子核外均有两个未成对电子,则A、B外围电子排布式分别为2s22p2、2s22p4,故A为C、B为O,B、E同主族,可推知E为S;A、D同主族,故D为Si;C的最外层电子比E的最外层电子少5个,C最外层电子数为1,原子序数大于氧,故C为Na。‎ ‎(1)B、E的气态氢化物分别为H2O、H2S,水分子之间存在氢键,而硫化氢分子间无氢键,故水的沸点高于硫化氢的。(2)①含有非极性键的离子化合物为Na2O2等,电子式为,②含有极性键的非极性分子为CO2等,电子式为。‎ ‎10. 下表为长式周期表的一部分,其中的编号代表对应的元素。‎ ‎(1)表中位于ds区的元素是　　　　(填编号),写出该元素基态原子的电子排布式:　　　　　。 ‎ ‎(2)①和⑧形成的化合物分子中,中心原子的杂化轨道类型为　　　　,⑥和⑧形成的化合物的晶体类型是　　　　　　。 ‎ ‎(3)②、③、④三种元素中,第一电离能最大的是　　　　(填编号)。 ‎ ‎(4)元素③的简单气态氢化物在水中的溶解度比同族其他元素的氢化物大很多的原因是 　。 ‎ 10‎ ‎【答案】(1)⑩　[Ar]3d104s1(或1s22s22p63s23p63d104s1)‎ ‎(2)sp　分子晶体　(3)③‎ ‎(4)氨分子与水分子之间可形成氢键且能发生化学反应 ‎[解析] 由元素在周期表中的位置可知,①为Be,②为C,③为N,④为O,⑤为Mg,⑥为Al,⑦为S,⑧为Cl,⑨为Fe,⑩为Cu。(1)位于ds区的元素只有⑩,且根据能量最低原理和洪特规则可知Cu基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1。(2)①和⑧形成的化合物为BeCl2,其中铍原子连有两个共价单键,不含孤电子对,所以价层电子对数是2,中心原子以sp杂化成键;⑥和⑧形成的化合物为AlCl3,Al与Cl利用共用电子对形成共价键,所以AlCl3是共价化合物,其晶体类型为分子晶体。(3)同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势,但由于N的2p能级有3个电子,属于半充满状态,较稳定,所以其第一电离能略大于相邻的两种元素,因此第一电离能最大的是③。 (4)元素③的简单气态氢化物为NH3,氨气能与水反应,且能与水分子之间形成氢键,所以溶解度比同族其他元素的氢化物大得多。‎ ‎11．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__________。‎ 10‎ ‎(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______________。‎ 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 ‎12‎ 10‎ ‎．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。‎ ‎(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。‎ 10‎ 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 ‎13.20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子立体构型。其要点可以概括为：‎ Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是相互排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间；‎ Ⅱ.分子的立体构型是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；‎ Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力顺序主要为：ⅰ.孤电子对之间的斥力＞孤电子对与共用电子对之间的斥力＞共用电子对之间的斥力；ⅱ.双键与双键之间的斥力＞双键与单键之间的斥力＞单键与单键之间的斥力；ⅲ.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强。‎ 请仔细阅读上述材料，回答下列问题：‎ ‎(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表；‎ n＋m ‎2‎ VSEPR理想模型 正四面体 价层电子对之间的理想键角 ‎109°28′‎ ‎(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因_____________。‎ ‎(3)H2O分子的立体构型为__________，请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围为__________，原因是__________________________________。‎ ‎(4)SO2Cl2和SO2F2都属于AX4E0型分子，S===O之间以双键结合，S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的立体构型：__________。‎ 解析：(1)如果价层电子对数为2，则n只能是2，m只能是0，所以是直线形结构，其键角是180°。如果分子是正四面体结构，键角是109°28′，则价层电子对数一定是4。‎ 10‎ ‎(2)CO2分子中的中心原子含有的孤对电子对数是(4－2×2)×＝0，即不含有孤电子对，CO2属于AX2E0，n＋m＝2，所以CO2分子是直线形结构。‎ ‎(3)H2O分子中的中心原子含有的孤对电子对数是(6－1×2)×＝2，即水分子是V形结构。由于水分子属于AX2E2，n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体，价层电子对之间的夹角均为109°28′。根据Ⅲ—i可知，应有∠H—O—H＜109°28′。‎ ‎(4)由于SO2Cl2和SO2F2都属于AX4E0型分子，所以n＋m＝4。又因为双键与双键之间的斥力＞双键与单键之间的斥力＞单键与单键之间的斥力，所以二者都是四面体结构，而不是正四面体结构。‎ 答案：(1)‎ n＋m ‎4‎ VSEPR理想模型 直线型 价层电子对之间的理想键角 ‎180°‎ ‎(2)CO2属于AX2E0，n＋m＝2，故为直线形 ‎(3)V形　∠H—O—H＜109°28′　水分子属于AX2E2，n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体，价层电子对之间的夹角均为109°28′。根据Ⅲ—i，应有∠H—O—H＜109°28′‎ ‎(4)四面体 10‎