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分子结构与性质 突破训练（二）‎ ‎1．下列说法中不正确的是(　　)‎ A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强 B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键 C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键 D．N2分子中有一个σ键，两个π键 解析：选C　单键均为σ键，双键和三键中各存在一个σ键，其余均为π键。稀有气体单质中，不存在化学键。‎ ‎2．下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是(　　)‎ 解析：选A　乙醛中甲基中的碳原子采取sp3杂化，醛基中的碳原子采取sp2杂化；丙烯腈中双键连接的两个碳原子采取sp2杂化，另一个碳原子采取sp杂化；甲醛中碳原子采取sp2杂化；丙炔中甲基中的碳原子采取sp3杂化，三键连接的两个碳原子采取sp杂化。‎ ‎3．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子的立体构型为平面三角形，则其阳离子的立体构型和阳离子中氮的杂化方式为(　　)‎ A．直线形　sp杂化 B．V形　sp2杂化 C．三角锥形　sp3杂化 D．平面三角形　sp2杂化 解析：选A　氮的最高价氧化物为N2O5，根据N元素的化合价为＋5和原子组成可知，阴离子为NO、阳离子为NO，NO中N原子形成了2个σ键，孤电子对数目为0，所以杂化类型为sp，立体构型为直线形，故A项正确。‎ 14‎ ‎4．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，下列说法中不正确的是(　　)‎ 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：选D　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。‎ ‎8．关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物，下列说法中正确的是(　　)‎ A．配体是Cl－和H2O，配位数是9‎ B．中心离子是Ti4＋，配离子是[TiCl(H2O)5]2＋‎ C．内界和外界中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：选C　在[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中，中心离子是Ti3＋，配体是Cl－、H2O，配位数为6，内界和外界的Cl－数目比是1∶2，配合物中，内界Cl－不与Ag＋反应，外界中的Cl－与Ag＋反应，A、B、D错误。‎ ‎9．通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．CH4和NH是等电子体，键角均为60°‎ B．NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构 C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构 D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道 解析：选B　CH4与NH是正四面体结构，键角是109°28′，A错误；NO和CO是等电子体，均为平面三角形结构，B正确；H3O＋和PCl3的价电子总数不相等，不互为等电子体，C错误；苯分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故B3N3H6分子中也存在这种轨道，D错误。‎ 14‎ ‎10．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(HCN)。只有σ键的是________________(填序号，下同)；既有σ键，又有π键的是__________；含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是________；含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________；含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是_________________________________________________。‎ 答案：①②③⑥⑦⑧　④⑤⑨　⑦　①③⑤⑥⑧⑨　‎ ‎②④⑤⑥⑧⑨‎ ‎11．已知CO2为直线形结构，SO3为平面正三角形结构，NF3为三角锥形结构，请推测COS、CO、PCl3的空间结构：________、________、________。‎ 解析：COS与CO2互为等电子体，其结构与CO2相似，所以其为直线形结构；CO与SO3互为等电子体，二者结构相似，所以CO为平面正三角形结构；PCl3与NF3互为等电子体，二者结构相似，所以PCl3为三角锥形结构。‎ 答案：直线形　平面正三角形　三角锥形 ‎12．(1)AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。‎ ‎(2)X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I离子。I离子的几何构型为________，中心原子的杂化形式为________。‎ ‎(3)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。‎ ‎(4)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是________、中心原子的杂化形式为________。LiAlH4中，存在_______(填标号)。‎ A．离子键　　　　　　　 　B．σ键 C．π键 D．氢键 ‎(5)《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为________。‎ 解析：(1)As原子的价电子排布式为4s24p3，最外层有5个电子，则AsCl3分子中As原子形成3个As—Cl键，且含有1对未成键的孤对电子，则As的杂化轨道类型为sp3杂化，AsCl3分子的立体构型为三角锥形。(2)I 14‎ 中I原子为中心原子，则其孤电子对数为×(7－1－2)＝2，且其形成了2个σ键，中心原子采取sp3杂化，I空间构型为V形结构。(3)CO2中C的价层电子对数为2，故为sp杂化；CH3OH分子中C的价层电子对数为4，故为sp3杂化。(4)LiAlH4的阴离子为AlH，AlH中Al的杂化轨道数为＝4，Al采取sp3杂化，为正四面体构型。LiAlH4是离子化合物，存在离子键，H和Al间形成的是共价单键，为σ键。(5)C原子价层电子对数n＝(4＋3×0＋2)/2＝3，因此C原子为sp2杂化，CO的空间构型为平面三角形。‎ 答案：(1)三角锥形　sp3　(2)V形　sp3　(3)sp　sp3　(4)正四面体　sp3　AB　(5)平面三角形　sp2‎ ‎13．元素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)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)。‎ ‎(2)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)。‎ ‎(3)这五种元素形成的一种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________________________________________________________________________。‎ 14‎ 解析：a、b、c、d、e为前四周期元素，a的核外电子总数与其周期数相同，且原子序数最小，a为H；c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，内层电子数为2，即，为O元素；b的价电子层中的未成对电子有3个，且原子序数小于氧元素，则b为N元素；e的原子序数最大，且最外层只有1个电子，次外层有18个电子，位于第四周期，共有29个电子，推知e为Cu元素；d与c同族，且原子序数比O大比铜小，推知d为S元素。(1)a为H，与N、O、S可形成二元共价化合物，分别为NH3(三角锥形)、H2O(V形)、H2S(V形)，其中呈三角锥形的分子的中心原子的杂化方式，可利用价层电子对互斥理论计算价层电子对数为3＋×(5－3)＝4，故为sp3杂化；H与N、O、S形成既含极性共价键，又含非极性共价键的化合物H2O2(H—O—O—H)、N2H4H—O、H—N为极性键，O—O、N—N为非极性键。(2)这些元素可形成含氧酸HNO2、HNO3、H2SO3、H2SO4，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是HNO2、HNO3；酸根呈三角锥结构的酸为H2SO3，SO价层电子对数为3＋×(6＋2－6)＝3＋1＝4。(3)含有H、N、O、S、Cu五种元素的化合物，联系配合物有关知识以及题目所给信息，观察阳离子中心为1个Cu2＋，周围为4个NH3分子和2个H2O分子，得到该化合物的化学式为[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4，加热时，由于H2O和Cu2＋作用力较弱会先失去。‎ 答案：(1)sp3　H2O2、N2H4(合理即可)‎ ‎(2)HNO2、HNO3　H2SO3‎ ‎(3)SO　共价键和配位键　H2O　H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱 ‎14．在人类文明的历程中，许多物质发挥过重要作用，如铁、硝酸钾、青霉素、聚乙烯、二氧化硅、富勒烯、含铬物质等。‎ ‎(1)Fe3＋在基态时，价电子排布式为________。‎ ‎(2)KNO3中NO的立体构型为________，写出与NO互为等电子体的另一种阴离子的化学式：_______________________________________________________________。‎ 14‎ ‎(3)6氨基青霉烷酸的结构如图所示。结构中S原子的杂化方式是________；组成中C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是____________。‎ ‎(4)富勒烯(C60)的结构如图所示，该物质能与氯气反应形成C60Cl10分子，1 mol C60Cl10分子中含有碳碳单键的数目为_______。‎ ‎(5)已知配合物CrCl3·6H2O中心离子Cr3＋配位数为6，向含0.1 mol CrCl3·6H2O的溶液中滴加2 mol·L－1 AgNO3溶液，反应完全后共消耗AgNO3溶液50 mL，则该配离子的化学式为________________。‎ 答案：(1)3d5　(2)平面三角形　CO　(3)sp3　N>O>C　(4)65NA　(5)[CrCl2(H2O)4]＋‎ ‎15．(1)乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)H2O在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)乙酸分子间存在氢键，乙醛分子不能形成氢键，故沸点：乙酸＞乙醛。‎ ‎(2)H2O和CH3CH2OH分子间易形成氢键，而H2S不能形成氢键，故H2O在CH3CH2OH中的溶解度大于H2S。‎ 答案：(1)CH3COOH分子间存在氢键 ‎(2)H2O分子与CH3CH2OH分子间易形成氢键，H2S分子与CH3CH2OH分子不能形成氢键 ‎16．(1)在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为____________________，原因是________________________________________________________________________‎ 14‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)(2017·江苏高考)乙醇的沸点高于丙酮(H3CCOCH3)，这是因为________________________________________________________________________。‎ ‎(3)(2016·全国卷Ⅰ)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。‎ GeCl4‎ GeBr4‎ GeI4‎ 熔点/℃‎ ‎－49.5‎ ‎26‎ ‎146‎ 沸点/℃‎ ‎83.1‎ ‎186‎ 约400‎ ‎(4)氧元素有两种同素异形体，其中沸点高的是________(填分子式)，原因是________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)水和甲醇均为极性分子，常温常压下两种物质均呈液态；二氧化碳和氢气均为非极性分子，常温常压下两种物质均呈气态，根据四种物质在相同条件下的状态可以判断出水、甲醇的沸点均高于二氧化碳、氢气的沸点。由于水分子中的2个氢原子都能参与氢键的形成，而甲醇分子中只有羟基上的氢原子能够形成氢键，所以水中的氢键比甲醇多，则水的沸点高于甲醇的沸点。二氧化碳和氢气都属于分子晶体，但由于二氧化碳的相对分子质量大于氢气，所以二氧化碳的沸点高于氢气的沸点。(2)乙醇中的羟基之间可以形成分子间氢键，分子间存在氢键比分子间不存在氢键物质沸点高。(3)相对分子质量：GeCl4＜GeBr4＜GeI4，则熔、沸点：GeCl4＜GeBr4＜GeI4。(4)相对分子质量：O3＞O2，则沸点：O3＞O2。‎ 答案：(1)H2O＞CH3OH＞CO2＞H2　H2O和CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2、H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大 14‎ ‎(2)乙醇分子间存在氢键 ‎(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强 ‎(4)O3　O3的相对分子质量较大，范德华力较大 ‎17．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________(填选项字母)。‎ 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 ‎(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”。‎ 14‎ ‎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分子间作用力，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 14‎ 更易与水分子结合。‎ 答案　(1)H、C、O　(2)ad ‎(3)①1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　Ⅷ　②8‎ ‎(4)①氢键、分子间作用力　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 ‎18．随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的开发利用受到越来越多的关注。以天然气(主要成分是CH4)为原料经合成气(主要成分为CO、H2)制化学品，是目前天然气转化利用的主要技术路线。而采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁[Fe(CO)5]等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒。请回答下列问题：‎ ‎(1)[Fe(CO)5]中铁的化合价为0，写出铁原子的基态电子排布式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)与CO互为等电子体的分子和离子分别为________和________(各举一种即可，填化学式)，CO分子的电子式为________，CO分子的结构式可表示成________。‎ ‎(3)在CH4、CO、CH3OH中，碳原子采取sp3杂化的分子有________，CH3OH的熔、沸点比CH4高，其主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。‎ 解析　(1)Fe原子的基态核外电子排布式为 ‎1s22s22p63s23p63d64s2。(2)N2、CN－与CO互为等电子体；因为N2的电子式为N⋮⋮N，所以CO的电子式为C⋮⋮O，其结构式为CO(有一个配位键)。(3)CH4、CH3OH均为四面体结构，碳原子采取sp3杂化；由于CH3OH是极性分子，且存在分子间氢键，所以CH3OH的熔、沸点较高。‎ 答案　(1)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2‎ ‎(2)N2　CN－　∶C⋮⋮O∶　CO ‎(3)CH4、CH3OH　CH3OH分子有极性，同时分子之间还存在着氢键 14‎ ‎19．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__________(填选项字母)。‎ 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________。‎ 14‎ 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 ‎20．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)。‎ 14‎ ‎(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__________。‎ ‎(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＜c，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。‎ 14‎ ‎(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 14‎