高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 配餐作業(yè)38 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

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分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1．原子序數(shù)小于36的X、Y、Z、三種元素，其中X是形成化合物種類最多的元素，Y原子基態(tài)時最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子總數(shù)的2倍，Z原子基態(tài)時2p原子軌道上有3個未成對的電子。 回答下列問題： (1)Y2X2分子中Y原子軌道的雜化類型為________，1 mol Y2X2含有σ鍵的數(shù)目為________________________。 (2)化合物ZX3的沸點比化合物YX4的高，其主要原因是________________________________________________________。 (3)元素Y的一種氧化物與元素Z的一種氧化物互為等電子體，元素Z的這種氧化物的分子式是______。 解析：根據(jù)題給信息可推知X、Y、Z、W分別為氫、碳、氮三種元素。 (1)Y2X2為乙炔，乙炔含有一個碳碳三鍵，乙炔中的碳原子軌道的雜化類型為sp雜化，一個乙炔分子中含有3個σ鍵，1 mol乙炔中σ鍵為3 mol； (2)ZX3為氨氣，YX4為甲烷，氨氣分子間能形成氫鍵，使沸點升高； (3)Y(碳)的氧化物有CO、CO2，Z(氮)的氧化物有N2O、NO、N2O3、N2O4、N2O5，CO2與N2O互為等電子體。 答案：(1)sp雜化　3 mol或36.021023 (2)NH3分子間存在氫鍵　(3)N2O 2．乙炔是有機合成工業(yè)的一種原料。工業(yè)上曾用CaC2與水反應(yīng)生成乙炔。 (1)將乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液生成Cu2C2紅棕色沉淀。Cu＋基態(tài)核外電子排布式為__________。 (2)乙炔與氫氰酸反應(yīng)可得丙烯腈(H2C===CH—C≡N)。丙烯腈分子中碳原子軌道雜化類型是________；分子中處于同一直線上的原子數(shù)目最多為______。 解析：(1)Cu＋失去的是4s軌道上的一個電子； (2)雜化軌道數(shù)等于σ鍵和孤電子對之和。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d10 (2)sp雜化、sp2雜化　3 3．(1)下列物質(zhì)變化，只與范德華力有關(guān)的是________(填選項字母)。 A．干冰熔化 B．乙酸汽化　 C．乙醇與丙酮混溶 E．碘溶于四氯化碳 F．石英熔融 (2)下列物質(zhì)中，只含有極性鍵的分子是__________，既含離子鍵又含共價鍵的化合物是__________；只存在σ鍵的分子是__________，同時存在σ鍵和π鍵的分子是__________。 A. N2　B. CO2　C. CH2Cl2　D. C2H4 E. C2H6　F. CaCl2　G. NH4Cl 解析：(1)B項，乙酸汽化破壞范德華力和氫鍵；C項，乙醇與丙酮因分子間形成氫鍵而混溶；D項，因能與H2O分子間形成氫鍵而溶于水；F項，石英熔融破壞的是共價鍵。(2)N2的結(jié)構(gòu)式為N≡N，三鍵中有一個σ鍵、兩個π鍵；中的每個中有一個σ鍵、一個π鍵； 為離子化合物，含有離子鍵；NH4Cl中＋的四個N—H均為σ鍵，但NH與Cl－之間是離子鍵。 答案：(1)AE　(2)BC　G　CE　ABD 4．(2015福建卷)科學(xué)家正在研究溫室氣體CH4和CO2的轉(zhuǎn)化和利用。 (1)CH4和CO2所含的三種元素電負性從小到大的順序為________。 (2)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 b．CH4分子中含有極性共價鍵，是極性分子 c．因為碳氫鍵鍵能小于碳氧鍵，所以CH4熔點低于CO2 d．CH4和CO2分子中碳原子的雜化類型分別是sp3和sp (3)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。 ①基態(tài)Ni原子的電子排布式為________，該元素位于元素周期表中的第________族。 ②Ni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 σ鍵。 (4)一定條件下，CH4、CO2都能與H2O形成籠狀結(jié)構(gòu)(如下圖所示)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/(kJmol－1) CH4 0.436 16.40 CO2 0.512 29.91 ①“可燃冰”中分子間存在的2種作用力是____________________。 ②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。已知上圖中籠狀結(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：本題主要考查電負性、分子的極性、雜化類型、核外電子排布式、共價鍵的類型、分子間作用力、氫鍵等。 (1)元素的非金屬性越強，電負性越大，故H、C、O的電負性依次增大； (2)固態(tài)CO2是分子晶體，a項正確；CH4分子是正四面體對稱結(jié)構(gòu)，其為含有極性鍵的非極性分子，b選項錯誤；CH4和CO2都是分子晶體，分子晶體的相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，熔沸點越高，與鍵能無關(guān)，C選項錯誤；CH4為正四面體結(jié)構(gòu)，碳原子的雜化類型是sp3雜化，CO2為直線形分子，碳原子的雜化類型是sp雜化，d選項正確； (3)①Ni的原子序數(shù)為28，故其基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2；Ni排在Fe的后面，屬于第四周期，第Ⅷ族； ②CO分子的電子式為：∶C??O∶，分子中存在1個σ鍵，而Ni(CO)4中Ni與CO之間還存在4個σ鍵，故1 mol Ni(CO)4中含有8 mol σ鍵。 (4)①可燃冰中存在分子間作用力即范德華力，另外水分子間還存在氫鍵； ②根據(jù)表格數(shù)據(jù)，二氧化碳分子與水分子的結(jié)合能更大，表明CO2更易與水分子結(jié)合。 答案：(1)H、C、O　(2)a、d (3)①1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　Ⅷ ②8 (4)①氫鍵、范德華力　②CO2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CH4 5．(2015課標(biāo)全國Ⅰ)碳及其化合物廣泛存在于自然界中?；卮鹣铝袉栴}： (1)處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用________________形象化描述。在基態(tài)14C原子中，核外存在__________對自旋相反的電子。 (2)碳在形成化合物時，其鍵型以共價鍵為主，原因是 ________________________________________________________________________。 (3)CS2分子中，共價鍵的類型有__________，C原子的雜化軌道類型是__________，寫出兩個與CS2具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子__________。 (4)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物的熔點為253 K，沸點為376 K，其固體屬于______晶體。 (5)碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示： 石墨烯晶體 　　金剛石晶體 ①在石墨烯晶體中，每個C原子連接__________個六元環(huán)，每個六元環(huán)占有__________個C原子。 ②在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán)，每個C原子連接__________個六元環(huán)，六元環(huán)中最多有__________個C原子在同一平面。 解析：(1)核外電子出現(xiàn)的概率密度可以用電子云表示；根據(jù)14C的核外電子排布式1s22s22p2，可知1s22s2上存在兩對自旋相反的電子。 (2)碳原子核外有4個電子且原子半徑較小，不容易得失電子，易形成共價鍵。 (3)S===C===S中 ，存在σ鍵和π鍵；分子是直線形，碳原子采用sp雜化。 (4)Fe(CO)5熔沸點低，屬于分子晶體。 (5)①在石墨烯晶體中每個C原子連接3個六元環(huán)；并且每個C原子被3個六元環(huán)共用，則每個六元環(huán)占有的碳原子為6＝2。②在金剛石晶體中，每個C原子連接12個六元環(huán)；每個六元環(huán)中最多有4個C原子共面。 答案：(1)電子云　2 (2)C有4個價電子且半徑小，難以通過得或失電子達到穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu) (3)σ鍵和π鍵　sp　CO2、SCN－(或COS等) (4)分子　(5)①3　2　②12　4 6．用Cr3＋摻雜的氮化鋁是理想的LED用熒光粉基質(zhì)材料，氮化鋁[其晶胞如圖(1)所示]可由氯化鋁與氨經(jīng)氣相反應(yīng)制得。 圖(1) 　　圖(2) (1)Cr3＋基態(tài)的核外電子排布式可表示為________。 (2)氮化鋁的化學(xué)式為__________。 (3)氯化鋁易升華，其雙聚物Al2Cl6結(jié)構(gòu)如圖(2)所示。在Al2Cl6中存在的化學(xué)鍵有__________(填字母)。 a．離子鍵　　　　　 B．共價鍵 c．配位鍵 D．金屬鍵 (4)一定條件下用Al2O3和CCl4反應(yīng)制備AlCl3的反應(yīng)為Al2O3＋3CCl4===2AlCl3＋3COCl2。其中，COCl2分子的空間構(gòu)型為________。一種與CCl4互為等電子體的離子的化學(xué)式為________。 (5)AlCl3在下述反應(yīng)中作催化劑。分子③中碳原子的雜化類型為________。 解析：(1)從K數(shù)到Cr為6，所以Cr的核外電子排布式為[Ar]3d54s1，則Cr3＋為[Ar]3d3；(2)晶胞中，N原子個數(shù)為8＋1＝2，Al原子個數(shù)為4＋1＝2； (3)Al2Cl6不屬于離子化合物，所以無離子鍵，不屬于金屬晶體，無金屬鍵；AlCl3中，1個Al與3個Cl之間形成3個共價鍵后Al最外層有6個電子，還差2個達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，另一個AlCl3中一個氯原子提供一對電子與鋁原子共用形成配位鍵，從而結(jié)合成Al2Cl6；(4)COCl2中，碳原子周圍有3個σ鍵，孤電子對數(shù)＝＝0，碳原子采取sp2雜化，COCl2分子的空間構(gòu)型為平面三角形。 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的價電子層中的未成對電子有3個，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個電子，但次外層有18個電子?；卮鹣铝袉栴}： (1)b、c、d中第一電離能最大的是__________(填元素符號)，e的價層電子軌道示意圖為__________。 (2)a和其他元素形成的二元共價化合物中，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鍵、又含有非極性共價鍵的化合物是______(填化學(xué)式，寫出兩種)。 (3)這些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的價層電子對數(shù)為3的酸是__________；酸根呈三角錐結(jié)構(gòu)的酸是__________。(填化學(xué)式) (4)e和c形成的一種離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)如圖1，則e離子的電荷為__________。 圖1 　　　　　圖2 (5)這5種元素形成的一種1∶1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2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________；該化合物加熱時首先失去的組分是__________，判斷理由是__________________________________________。 解析：根據(jù)“a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同”可知a為H元素；根據(jù)“c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍”可知c為O元素；根據(jù)“b的價電子層中的未成對電子有3個”且原子序數(shù)：b＜a，可知b為N元素；根據(jù)“d與c同族”可知d為S元素；根據(jù)“e的最外層只有1個電子，但次外層有18個電子”可知e為Cu元素。 (1)由于O的非金屬性比S強，故第一電離能O＞S；由于N的2p軌道處于半充滿的較穩(wěn)定狀態(tài)，故其第一電離能大于O，故N、O、S三種元素中，第一電離能最大的是N元素；Cu的價層電子軌道示意圖為。 (2)H元素可以和N元素形成三角錐形分子NH3，在NH3中，中心原子N原子的雜化方式為sp3雜化；H元素與N元素形成的N2H4，H元素與O元素形成的H2O2，都是既含有極性鍵又含有非極性鍵的化合物。 (3)這些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子價層電子對數(shù)為3的是HNO2、HNO3；酸根呈三角錐結(jié)構(gòu)的是H2SO3。 (4)由圖1可知該晶體結(jié)構(gòu)中Cu的個數(shù)為4，O的個數(shù)為8＋1＝2，化學(xué)式為Cu2O即Cu的化合價為＋1價。 (5)根據(jù)陰離子呈四面體結(jié)構(gòu)可知陰離子是SO；陽離子中存在的化學(xué)鍵有共價鍵和配位鍵；該化合物加熱時首先失去的組分是H2O，因為H2O與Cu2＋形成的配位鍵比NH3與Cu2＋形成的配位鍵弱。 答案：(1)N　 (2)sp3　H2O2、N2H4 (3)HNO2、HNO3　H2SO3 (4)＋1　(5)SO　共價鍵和配位鍵　H2O　H2O與Cu2＋的配位鍵比NH3與Cu2＋的弱 8．石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯(圖乙)。 圖甲　石墨烯結(jié)構(gòu) 　圖乙　氧化石墨烯結(jié)構(gòu) (1)圖甲中，1號C與相鄰C形成σ鍵的個數(shù)為__________。 (2)圖乙中，1號C的雜化方式是__________，該C與相鄰C形成的鍵角__________(填“＞”“＜”或“＝”)圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角。 (3)若將圖乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，則氧化石墨烯中可與H2O形成氫鍵的原子有________________(填元素符號)。 (4)石墨烯可轉(zhuǎn)化為富勒烯(C60)，某金屬M與C60可制備一種低溫超導(dǎo)材料，晶胞如圖丙所示，M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部。該晶胞中M原子的個數(shù)為________，該材料的化學(xué)式為______________。 圖丙 解析：(1)兩個成鍵原子間有且只有一個σ鍵，1號C與周圍3個碳原子形成3個σ鍵。 (2)圖乙中，1號C形成了4個σ鍵，雜化方式為sp3，形成四面體結(jié)構(gòu)，1號C與相鄰C形成的鍵角為109.5；而甲中1號C形成平面三角形結(jié)構(gòu)，1號C與相鄰C形成的鍵角為120，因此圖乙中的鍵角小。 (3)氧化石墨烯中的氧原子與H2O中的氫原子，氧化石墨烯中的氫原子與H2O中的氧原子都可以形成氫鍵。 (4)棱上有12個M原子，內(nèi)部有9個，晶胞中M原子的個數(shù)為12＋9＝12，C60位于晶胞的頂點和面心上，其個數(shù)為8＋6＝4，化學(xué)式為M3C60。 答案：(1)3　(2)sp3?。肌?3)O、H (4)12　M3C60 9．氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤滑劑。立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。 　　 ○氮原子　●硼原子 (1)基態(tài)硼原子的電子排布式為__________。 (2)關(guān)于這兩種晶體的說法，正確的是__________(填選項字母)。 a．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大 b．六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟 c．兩種晶體中的B—N鍵均為共價鍵 d．兩種晶體均為分子晶體 (3)六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為__________，其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是______________________。 (4)立方相氮化硼晶體中，硼原子的雜化軌道類型為__________。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300 km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實，推斷實驗室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是__________。 (5)NH4BF4(氟硼酸銨)是合成氮化硼納米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有________mol配位鍵。 解析：(1)硼原子核外有5個電子，電子排布式為1s22s22p1；(2)六方相氮化硼與石墨相似，層間是分子間作用力；立方相氮化硼中都是單鍵，無π鍵，二者均不是分子晶體，b、c正確；(3)六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與3個氮原子形成平面三角形結(jié)構(gòu)，最外層電子全部成鍵，沒有自由移動的電子存在，故不能導(dǎo)電；(4)立方相氮化硼晶體中，每個硼原子與4個氮原子形成4個σ鍵，因此為sp3雜化，根據(jù)其存在的環(huán)境可知反應(yīng)條件為高溫高壓；(5)在1 mol NH4BF4中含有1 mol N→H和1 mol B←F鍵。 答案：(1)1s22s22p1　(2)bc (3)平面三角形　層狀結(jié)構(gòu)中沒有自由移動的電子 (4)sp3　高溫高壓　(5)2