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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构当堂达标检测题
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构当堂达标检测题，共19页。试卷主要包含了下列关于杂化轨道的说法错误的是，下列关于杂化轨道的叙述正确的是，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
第2节 共价键与分子的空间结构
基础过关练
题组一 杂化轨道理论及相关判断
1.(2020四川雅安高二上期末)下列关于杂化轨道的说法错误的是 ( )
A.并不是所有的原子轨道都参与杂化
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.杂化轨道中一定有电子
2.(2020山东潍坊一中高二检测)下列关于杂化轨道的叙述正确的是 ( )
A.杂化轨道可用于形成σ键,也可用于形成π键
B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的
D.在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键
3.(2020天津大学附属中学高二检测)下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是 ( )
①BF3 ②CH2CH2 ③ ④ ⑤NH3
⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥
题组二 价电子对互斥理论
4.(2021湖南师大附中高二练习)下列说法正确的是 ( )
A.孤电子对的空间排斥力大于σ键电子对的排斥力
B.所有的三原子分子都是直线形结构
C.VSEPR模型和分子的立体结构都是相同的
D.SO2与CO2分子的组成相似,故它们的分子构型相同
5.(2020山西太原一中月考)下列分子或离子为正四面体结构,且键角为109°28'的是 ( )
①CH4 ②CH3Cl ③P4(白磷) ④NH4+ ⑤NO3-
⑥CH2Cl2 ⑦CCl4 ⑧SiF4
A.①③④⑦ B.①④⑦⑧
C.①③⑦⑧ D.全部都是
6.(2021河北唐山高二质量检测)下列关于分子空间构型的说法错误的是 ( )
A.NH3的空间构型属于三角锥形
B.CH4、白磷(P4)的空间构型都属于正四面体形
C.苯、甲苯中所有的原子都共平面
D.乙烯、氯乙烯中所有的原子都共平面
7.下列分子或离子中,VSEPR模型名称与分子或离子的立体构型名称不一致的是 ( )
A.CO2 B.CO32- C.H2O D.CCl4
8.(2020山东潍坊青州二中高二上月考)下列物质空间构型和中心原子杂化类型都正确的是 ( )
A.CCl4 平面四边形 sp3
B.H2O V形 sp2
C.BCl3 平面三角形 sp2
D.NH4+ 正四面体 sp
题组三 等电子原理
9.(2020黑龙江牡丹江一中高二月考)下列关于等电子体的说法中,正确的是 ( )
A.N2与CO不互为等电子体,故它们的熔、沸点及溶解度相差较大
B.PO43-与SO42-不互为等电子体,故结构不相似
C.NO2-与O3互为等电子体,故NO2-为O3的同素异形体
D.苯与硼氮苯互为等电子体,故硼氮苯中含有大π键
10.(2020山东济南外国语学校高二下月考)化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子叫等电子体,下列粒子不属于等电子体的是 ( )
A.SO42-和PO43- B.H2O2和C2H2
C.N2和CO D.SO2和NO2-
11.(2021辽宁朝阳一中高二上期末)互为等电子体的微粒具有相似的结构。以下各组微粒结构不相似的是 ( )
A.CO和N2 B.O3和SO2
C.CO2和N2O D.N2H4和C2H4
12.氰化钾(KCN)是一种有剧毒的物质,贮存和使用时必须注意安全。
已知:KCN+H2O2 KOCN+H2O。
回答下列问题:
(1)OCN-中所含三种元素的第一电离能从大到小的顺序为 (用元素符号表示),基态氮原子价电子排布式为 。
(2)H2O2中的共价键类型为 (填“σ键”或“π键”),其中氧原子的杂化轨道类型为 ;分子中4个原子 (填“在”或“不在”)同一条直线上。
(3)与OCN-键合方式相同且互为等电子体的分子为 (任举一例);在与OCN-互为等电子体的微粒中,由一种元素组成的阴离子是 。
题组四 手性分子及其判断
13.(2021江苏盐城响水中学高二学情分析)下列分子中含有手性碳原子的是 ( )
A.CH3COOH
B.(CH3)3CC(CH3)2CH2CH3
C.
D.CO(NH2)2(尿素)
14.丙氨酸(C3H7NO2)分子为手性分子,它存在手性异构体,如下图所示,下列关于丙氨酸的两种手性异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是 ( )
A.Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个手性碳原子
B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,具有不同的分子极性
C.Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,只含有极性键,不含非极性键
D.Ⅰ和Ⅱ的化学键相同,但分子的性质不同
题组五 分子极性的判断
15.(2020江苏徐州一中高二下第一次月考)已知带静电的有机玻璃棒靠近纯水的细流,水流方向发生改变,则用带静电的有机玻璃棒靠近下列物质的细流时,细流也发生偏转的是 ( )
A.苯 B.二硫化碳
C.双氧水 D.四氯化碳
16.(2021辽宁锦州高二期末)下列物质的分子中既有σ键,又有π键,且属于非极性分子的是 ( )
A.CO2 B.HCl C.Cl2 D.H2O2
17.(双选)(2020山东济南外国语学校高二下月考)PH3在常温下是一种无色有大蒜味的有毒气体,电石气中常含有该杂质。它的分子呈三角锥形。以下关于PH3的叙述中,正确的是 ( )
A.PH3是非极性分子
B.PH3分子中有未成键的电子对
C.PH3中的P—H键的极性比NH3中N—H键的极性弱
D.PH3分子中的P—H键是非极性键
18.(2020黑龙江哈尔滨三中高二上期末)下列叙述中正确的是 ( )
A.NH3、CO、CO2都是极性分子
B.CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子
C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
D.CS2、H2O、C2H2都是直线形分子
19.通常状况下,NCl3是一种油状液体,其分子空间构型与氨分子相似,下列对NCl3的有关叙述正确的是 ( )
A.NCl3分子中N—Cl键的键长比CCl4分子中C—Cl键的键长长
B.NCl3分子是非极性分子
C.分子中的所有原子最外层均满足8电子稳定结构
D.NBr3比NCl3易挥发
20.现有部分短周期元素的性质或原子结构如下表:
元素编号
元素性质或原子结构
T
最外层电子数是次外层电子数的2倍
X
L层有3个未成对电子
Y
L层p电子数比L层s电子数多2个
Z
最高正价+7
下列说法正确的是 ( )
A.Z离子的结构示意图为
B.TX-中心原子采取sp2杂化
C.元素T在元素周期表中表示8 O
氧
2s22p4
16.00
D.XZ3为极性分子,TY2为非极性分子
21.(2021湖南师大附中高二练习)下列说法正确的是 ( )
A.非极性分子中的原子上一定不含孤电子对
B.平面三角形分子一定是非极性分子
C.二氯甲烷(CH2Cl2)分子的中心原子采取sp3杂化,键角均为109°28'
D.ABn型分子的中心原子最外层满足8电子结构,则ABn不一定是非极性分子
22.(2021陕西长安一中高二阶段检测)按要求填空:
地球上的物质不断变化,数10亿年来大气的成分也发生了很大的变化。下表是目前空气和原始大气的主要成分:
目前空气
的成分
N2、O2、CO2、水蒸气及稀有气体(如He、Ne等)
原始大气的
主要成分
CH4、NH3、CO、CO2等
分析上表所涉及的分子,填写下列空白。
(1)VSEPR模型为正四面体的分子有(填化学式,下同) 。
(2)由极性键构成的非极性分子有 。
(3)以上涉及物质沸点最高的是H2O,1 mol水最多可形成 mol氢键。
(4)CO的结构可表示为,与CO结构最相似的分子是 。
(5)以上分子中有多种含有氧原子,请写出基态氧原子的价层电子轨道表示式 。
能力提升练
题组一 用杂化轨道理论解释分子的空间结构
1.(2021辽宁丹东高二期末,)科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°,下列有关N(NO2)3的说法正确的是 ( )
A.分子中N、O间形成的共价键是非极性键
B.分子中4个氮原子共平面
C.该分子中的中心氮原子采取sp2杂化
D.15.2 g该物质含有3.612×1023个氧原子
2.()短周期主族元素A、B形成AB3型分子,下列有关叙述正确的是 ( )
A.若A、B为同一周期元素,则AB3分子一定为平面正三角形
B.若AB3分子中的价电子总数为24,则AB3分子为平面正三角形
C.若A、B为同一主族元素,则AB3分子一定为三角锥形
D.若AB3分子为三角锥形,则AB3分子一定为NH3
3.(2020山东滕州一中高二月考,)As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示),溶于盐酸生成 AsCl3,AsCl3用 LiAlH4还原生成 AlH3。下列说法正确的是 ( )
A.As2O3 分子中 As 原子的杂化方式为 sp
B.LiAlH4为共价化合物
C.AsCl3空间构型为平面正三角形
D.AlH3分子键角大于 109.5°
题组二 价电子对互斥理论的应用
4.(2020安徽马鞍山第二中学高二检测,)氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂,可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是 ( )
A.三角锥形、sp3 B.V形、sp2
C.平面三角形、sp2 D.三角锥形、sp2
5.(2020江苏徐州一中高二在线检测,)下列说法不正确的是 ( )
A.N2O与CO2、CCl3F与CCl2F2互为等电子体
B.CCl2F2无同分异构体,说明其中碳原子采用sp3杂化
C.H2CO3与H3PO4分子中的C、P杂化方式相同
D.由第ⅠA族和第ⅥA族元素形成的原子个数比为1∶1、电子总数为38的化合物,是含有共价键的离子化合物
6.(双选)(2021山东日照高三调研,)氨气分子的空间构型呈三角锥形,而甲烷分子呈正四面体形,下列说法正确的是 ( )
A.两种分子的中心原子杂化轨道类型不同,NH3中N采取sp2杂化,而CH4中C采取sp3杂化
B.NH3分子中N原子形成三个杂化轨道,CH4分子中C原子形成4个杂化轨道
C.NH3分子中有一对未成键的孤对电子,它对成键电子的排斥作用较强
D.氨气分子是极性分子而甲烷分子是非极性分子
题组三 分子的性质
7.(2021辽宁丹东高二期末,)下列叙述中,不正确的是( )
A.HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
B.O3是空间结构为V形的极性分子,相同条件下其在水中的溶解度大于氧气
C.硝酸根离子中所有原子都在一个平面上
D.CH3CH(OH)COOH为手性分子
8.(2019吉林长春外国语学校高二下月考,)NH3、H2S等是极性分子,CO2、BF3、CCl4等是含极性键的非极性分子。根据上述实例可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是 ( )
A.分子中不能含有氢原子
B.在ABn分子中A的相对原子质量应小于B的相对原子质量
C.在ABn分子中A原子没有孤对电子
D.分子中每个共价键的键长应相等
题组四 分子空间结构及分子性质的综合考查
9.(2021江苏盐城高二学情分析,)a、b、c、d、e、f、g、h为八种由短周期元素构成的粒子,它们都有10个电子,其结构特点如下:
粒子代码
a
b
c
d
e
f
g
h
原子核数
单核
单核
双核
多核
单核
多核
多核
单核
电荷
0
1+
1-
0
2+
1+
0
3+
其中b的离子半径大于e的离子半径;d是由极性键构成的四原子极性分子;c与f反应可形成两个g分子。
试写出:
(1)a粒子的轨道表示式为 。
(2)b、e、h三种粒子对应的元素的最高价氧化物的水化物的碱性由弱到强的顺序为 ;三种粒子对应的元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
(3)d微粒中中心原子的杂化方式为 。
(4)写出一种与g粒子互为等电子体的阴离子: 。
答案全解全析
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
基础过关练
1.D 参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,即并不是所有的原子轨道都参与杂化,故A正确;原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道,所以同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化,故B正确;杂化轨道能量集中,有利于牢固成键,故C正确;并不是所有的杂化轨道中都会有电子,故D错误。
2.B 杂化轨道只用于形成σ键,或用来容纳未参与成键的孤电子对,不能用来形成π键,故B正确,A错误;NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的,C错误;在乙烯分子中,1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键,剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠,D错误。
3.A ①BF3为平面三角形结构且B—F键间的夹角为120°;②C2H4分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释;③与②相似;④乙炔为直线形分子,可用sp杂化轨道解释;⑤NH3中的氮原子采用sp3杂化;⑥CH4中的碳原子采用sp3杂化。
4.A 空间排斥力顺序为孤电子对>σ键电子对(成键电子对),A正确;并不是所有的三原子分子都是直线形结构,如H2O为V形(角形) 结构,B错误;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,故只有当孤电子对数为0时,VSEPR模型和分子的立体结构是相同的,C错误;SO2的分子构型为V形,CO2的分子构型为直线形,它们的分子构型不相同,D错误。
5.B CH4、P4、NH4+、CCl4、SiF4均为正四面体结构,但P4的键角为60°,以上微粒除P4外,键角均为109°28'。CH3Cl、CH2Cl2都为四面体结构,但并非正四面体;NO3-的空间结构呈平面三角形。
6.C NH3分子中氮原子含有1对孤对电子,价层电子对数是4,因此空间构型属于三角锥形,A正确; CH4、白磷(P4)分子的空间构型都属于正四面体形,B正确;苯分子中所有原子都共平面,甲苯分子中含有甲基,所有原子不可能共平面,C错误;乙烯、氯乙烯分子中含有碳碳双键,所有的原子都共平面,D正确。
7.C A项,CO2分子中每个O原子和C原子形成两个共用电子对,VSEPR模型为直线形,且中心原子不含孤电子对,分子构型为直线形,VSEPR模型与分子立体构型一致;B项,CO32-的中心原子C原子上含有3个σ键,中心原子孤电子对数=12×(4+2-2×3)=0,所以C原子价电子对数是3,VSEPR模型为平面三角形,且不含孤对电子,CO32-的立体构型为平面三角形,VSEPR模型与立体构型一致;C项,水分子中O的价电子对数=2+12×(6-2×1)=4,VSEPR模型为四面体形,含有2对孤电子对,实际空间构型是V形,VSEPR模型与分子立体构型不一致;D项,CCl4分子中,中心原子C原子价电子对数=σ键个数+孤电子对数=4+12×(4-1×4)=4,VSEPR模型为四面体形,中心原子不含孤电子对,分子构型为正四面体形,VSEPR模型与分子立体构型一致;故选C。
8.C CCl4中心原子的价电子对数=4+12×(4-4×1)=4,杂化方式为sp3,不含孤电子对,分子的立体构型为正四面体形,故A错误;H2O中中心原子的价电子对数=2+12×(6-2×1)=4,杂化方式为sp3,含有两对孤对电子,分子的立体构型为V形,故B错误;BCl3中心原子的价电子对数=3+12×(3-3×1)=3,杂化方式为sp2,没有孤对电子,分子的立体构型为平面三角形,故C正确;NH4+中中心原子的价电子对数=4+12×(5-1-4×1)=4,杂化方式为sp3,不含孤对电子,分子的立体构型为正四面体形,故D错误。
9.D N2与CO原子数目相等,价电子总数相等,互为等电子体,A错误;PO43-与SO42-原子数目相等,价电子总数相等,互为等电子体,结构相似,B错误;NO2-与O3互为等电子体,但不互为同素异形体,C错误;苯与硼氮苯互为等电子体,结构相似,苯分子结构中含有大π键,则硼氮苯中同样含有大π键,D正确。
10.B A项,SO42-和PO43-的价电子总数相等,两者所含原子数相等,互为等电子体;B项,H2O2的价电子总数为14,C2H2的价电子总数为10,二者不互为等电子体;C项,N2和CO两者的价电子总数相等,原子个数相等,互为等电子体;D项,SO2和NO2-价电子总数相等,原子个数相等,互为等电子体;故选B。
11.D CO和N2所含原子数均为2,价电子总数均为10,它们互为等电子体,具有相似的结构,故A不符合题意;O3和SO2所含原子数均为3,价电子总数均为18,它们互为等电子体,具有相似的结构,故B不符合题意;CO2和N2O所含原子数均为3,价电子总数均为16,它们互为等电子体,具有相似的结构,故C不符合题意;N2H4和C2H4原子总数均为6,价电子总数分别为14、12,它们不互为等电子体,不具有相似的结构,故D符合题意。
12.答案 (1)N>O>C 2s22p3 (2)σ键 sp3 不在 (3)CO2(合理即可) N3-
解析 (1)N原子的2p能级处于半充满状态,其第一电离能比O的大,第一电离能从大到小的顺序是N>O>C;基态氮原子价电子排布式为2s22p3。
(2)H2O2为共价化合物,分子中存在两个氧氢σ键和一个氧氧σ键;由H2O2的结构可知,1个O原子与1个H原子形成1个氢氧键,氧原子间形成1个氧氧键,每个氧原子含有2对孤电子对,杂化轨道数为4,杂化方式为sp3,H2O2分子中4个原子不在同一条直线上。
(3)OCN-中含有3个原子,价电子总数为6+4+5+1=16,与其互为等电子体的分子有CO2、N2O等,与其互为等电子体的微粒中,由一种元素组成的阴离子有N3-。
13.C CH3COOH中一个碳原子所连接的四个基团有3个是一样的,另一个碳是不饱和碳,故A不符;(CH3)3C2C3(CH3)2C4H2C5H3的2号碳上所连接的四个基团有3个是一样的,3号碳上所连接的四个基团有2个是一样的,4号碳上所连接的四个基团有2个是一样的,5号碳上所连接的四个基团有3个是一样的,故B不符;的2号碳上所连接的四个基团不相同,故C符合;CO(NH2)2(尿素)中碳是不饱和碳,故D不符。
14.D 根据题图可知Ⅰ和Ⅱ分子中均存在1个手性碳原子,故A错误;手性异构又称镜面异构,具有相同的分子极性,都是极性分子,故B错误;Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,分子中含有极性键,如C—H键,也含有非极性键,如C—C键,故C错误;Ⅰ和Ⅱ互为对映异构体,结构不同,因此分子的性质不同,故D正确。
15.C H2O为极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近纯水的细流,水流方向会发生改变。A项,苯为非极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近细流,细流方向不发生改变;B项,二硫化碳为非极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近细流,细流方向不发生改变;C项,双氧水中H2O与H2O2均为极性分子,用带静电的有机玻璃棒靠近时,细流方向会发生改变;D项,四氯化碳为非极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近细流,细流方向不发生改变;故选C。
16.A 一个CO2分子中含有两个碳氧双键,每个双键中含有一个σ键和一个π键,CO2的结构对称,其正、负电荷重心重合,属于非极性分子,故A符合题意;HCl中含有极性键,属于极性分子,分子中氢原子和氯原子为共价单键,只含有σ键,没有π键,故B不符合题意;Cl2中氯原子间为共价单键,只含有σ键,没有π键,是非极性分子,故C不符合题意;H2O2中氢氧原子间以及氧原子间为共价单键,只含有σ键,没有π键,分子空间结构不对称,正、负电荷重心不重合,属于极性分子,故D不符合题意。
17.BC PH3为三角锥形结构,正、负电荷重心不重合,所以为极性分子,A错误;PH3分子中P原子最外层有5个电子,其中3个电子和3个H原子形成共用电子对,所以PH3分子中有1对孤对电子,B正确;电负性相差越大,共价键的极性越强,则PH3中的P—H键的极性比NH3中N—H键的极性弱,故C正确;P—H键为极性键,故D错误。
18.B CO2正、负电荷重心重合,为非极性分子,而NH3、CO都是极性分子,故A错误;CH4、CCl4都含极性共价键,CH4、CCl4都为非极性分子,故B正确;元素的非金属性越强,其简单氢化物越稳定,F、Cl、Br、I的非金属性依次减弱,所以HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,C错误;CS2中碳原子的价电子对数为2,采取sp杂化,CS2为具有直线形结构的分子,乙炔的结构式为,每个碳原子的价电子对数是2且不含孤对电子,所以C原子采取sp杂化,乙炔分子为直线形结构;H2O中O原子的价电子对数=2+12(6-2×1)=4,含有2对孤电子对,所以O原子采取sp3杂化,其空间构型为V形,故D错误。
19.C N—Cl键中氮原子的半径比C—Cl键中碳原子的半径小,使得N—Cl键的键长比C—Cl键的键长短,选项A不正确;NCl3与NH3的空间构型相似,可知NCl3的空间构型为三角锥形,属于极性分子,选项B不正确;NCl3与NH3的分子结构相似,并且N原子和Cl原子最外层均满足8电子稳定结构,选项C正确;NBr3和NCl3结构相似,NBr3比NCl3难挥发,选项D不正确。
20.D T原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,根据核外电子排布规律推测T位于第二周期,为C;X原子L层有3个未成对电子,电子排布式为1s22s22p3,即X为N;Y原子L层p电子数比L层s电子数多2个,电子排布式为1s22s22p4,Y为O;Z的最高正价为+7且为短周期元素,即Z为Cl;Cl-的结构示意图为,故A错误;TX-为CN-,电子式为[∶C︙︙N∶]-,其中心原子的杂化类型为sp,故B错误;T为C,C元素在周期表中表示为6 C
碳
2s22p2
12.01,故C正确;XZ3为NCl3,N与Cl形成3个σ键,孤电子对数为5-3×12=1,其空间构型为三角锥形,属于极性分子,TY2为CO2,CO2空间构型为直线形,属于非极性分子,故D正确。
21.D CH4、CCl4均是非极性分子,CH4分子中的原子无孤电子对,CCl4分子中的氯原子含有孤电子对,A错误;甲醛的中心原子C上无孤电子对,价层电子对数为3,空间构型为平面三角形,碳原子位于三角形内部,为极性分子,B错误;甲烷的分子结构呈正四面体形,键角为109°28',二氯甲烷分子的构型是四面体形,其键角不等于109°28',C错误;NH3中心原子N最外层满足8电子结构,其为极性分子;中心原子最外层满足8电子稳定结构的ABn型分子,可能为极性分子也可能为非极性分子,D正确。
22.答案 (1) H2O、CH4、NH3 (2) CH4、CO2 (3)2 (4)N2
(5)
↑↓
2s
↑↓
↑
↑
2p
解析 (1)CO2的价层电子对数为2+4-2×22=2,H2O的价层电子对数为2+6-1×22=4,CH4的价层电子对数为4+4-1×42=4,NH3的价层电子对数为3+5-1×32=4,故H2O、CH4、NH3的VSEPR模型为正四面体。
(2)CH4中碳原子和氢原子之间存在极性键,甲烷是正四面体结构,正、负电荷重心重合,是非极性分子;CO2分子中碳原子和氧原子之间存在极性键,二氧化碳是直线形结构,正、负电荷重心重合,是非极性分子,则由极性键构成的非极性分子有CH4、CO2。
(3)H2O中氧原子有两对孤对电子,可以与其他水分子的氢原子形成2 mol氢键,又H2O有两个氢原子,可以与其他水分子的氧原子形成2 mol氢键,根据均摊法得,1 mol水最多可形成2 mol氢键。
(4)CO的结构可表示为,CO与N2互为等电子体,等电子体的结构相似,与CO结构最相似的分子是N2。
(5)氧原子为8号元素,其最外层有6个电子,基态氧原子的价层电子轨道表示式为
↑↓
2s
↑↓
↑
↑
2p。
能力提升练
1.D 不同种原子间形成的共价键为极性共价键,分子中N、O间形成的共价键是极性键,故A不符合题意;根据结构可知,N—N—N键的键角都是108.1°,中心氮原子的价层电子对数为4,分子中四个氮原子构成三角锥形,故B不符合题意;中心氮原子采取sp3杂化,故C不符合题意;该物质的摩尔质量为152 g/mol,则15.2 g该物质的物质的量为0.1 mol,含有6.02×1022个分子,1个N(NO2)3分子中含有6个氧原子,含有6.02×1022×6=3.612×1023个氧原子,故D符合题意。
2.B 若A、B为同一周期的P和Cl元素,二者形成PCl3,中心原子P是sp3杂化,PCl3呈三角锥形,故A错误;若AB3分子中的价电子数为24,可以推出A为硼或铝,B为氟或氯,无论为哪种组合,中心原子都是sp2杂化,无孤对电子,分子都为平面正三角形,故B正确;若A、B为同一主族元素,硫和氧可形成三氧化硫,SO3分子中S是sp2杂化,SO3呈平面正三角形,故C错误;若AB3分子为三角锥形,则AB3分子可能为NH3,也可能是PH3,故D错误。
3.D As2O3中As原子价层电子对数是4,且含有一对孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断As原子杂化类型为sp3,故A错误;LiAlH4是由Li+和AlH4-构成的,为离子化合物,故B错误;AsCl3中As原子价层电子对数为3+5-3×12=4,且含有一对孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为三角锥形,故C错误;AlH3中Al原子价层电子对数=3+3-3×12=3,且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为平面三角形,其键角为120°,大于109.5°,故D正确。
4.A 根据价电子对互斥理论确定微粒的空间构型,价电子对数=成键电子对数+孤电子对数,成键电子对数=与中心原子成键的原子数, SOCl2中与S原子成键的原子数为3,孤电子对数=12×(6-1×2-2×1)=1,所以S原子采取sp3杂化,分子空间构型为三角锥形。
5.C N2O与CO2分子所含原子数相同,价电子总数相同,它们互为等电子体,CCl3F与CCl2F2分子所含原子数相同,价电子总数相同,它们互为等电子体,A不符合题意;CCl2F2无同分异构体,说明碳原子采取sp3杂化,B不符合题意;H2CO3中心原子C的价层电子对数为3,C采取sp2杂化,H3PO4中心原子P的价层电子对数为4,P采取sp3杂化,C符合题意;由第ⅠA族和第ⅥA族元素形成的原子个数比为1∶1、电子总数为38的化合物为Na2O2,Na2O2为含有非极性键的离子化合物,D不符合题意。
6.CD NH3和CH4分子中中心原子价层电子对数均为4,都采取sp3杂化,故A错误;NH3和CH4分子中中心原子都采取sp3杂化,均形成4个sp3杂化轨道,故B错误;CH4分子中杂化轨道全部用于成键,碳原子连接4个相同的原子,故CH4为正四面体构型,而NH3分子中只有3个杂化轨道用于成键,另一个杂化轨道中有一对孤对电子,对成键电子的排斥作用较强,所以NH3为三角锥形,故C正确;氨气分子是极性分子,甲烷分子是非极性分子,故D正确。
7.A 同主族元素从上到下,非金属性逐渐减弱,非金属性:F>Cl>Br>I,HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,故A错误;O3是空间结构为V形的极性分子,氧气是非极性分子,水是极性分子,根据相似相溶原理可知,相同条件下臭氧在水中的溶解度大于氧气,故B正确;硝酸根离子中,中心原子是氮,孤电子对数为0,价层电子对数为3,空间构型为平面三角形,所有原子都在一个平面上,故C正确;碳原子连接四个不同的原子或原子团时,该碳原子为手性碳原子,含有手性碳原子的分子为手性分子,CH3CH(OH)COOH中含有手性碳原子, 故D正确。
8.C A项,分子中含有H原子的分子也可能为非极性分子,如CH4为非极性分子;B项,C的相对原子质量大于H的相对原子质量,但CH4为非极性分子;C项,ABn分子中A原子的所有价电子都构成共价键,结构对称,正、负电荷重心重合,为非极性分子;D项,H2S分子中两个S—H键的键长都相等,但硫化氢分子是极性分子;故选C。
9.答案 (1)
↑↓
1s
↑↓
2s
↑↓
↑↓
↑↓
2p
(2)Al(OH)3Al>Na
(3)sp3 (4)NH2-
解析 a、b、c、d、e、f、g、h都是由短周期元素构成的粒子,它们都有10个电子。a为单核,所带电荷为0,则a为Ne;b为单核,所带电荷为1+,则b为Na+;c为双核微粒,所带电荷为1-,则c为OH-;d为多核微粒,d是由极性键构成的四原子极性分子,所带电荷为0,则d为NH3;e为单核微粒,所带电荷为2+,则e为 Mg2+;f为多核微粒,所带电荷为1+,c与f反应可形成两个g分子,应为OH-和H3O+的反应,生成的g为H2O,f为H3O+;h为单核微粒,所带电荷数为3+,则h为Al3+。
(1)根据分析知a粒子是Ne,其轨道表示式为
↑↓
1s
↑↓
2s
↑↓
↑↓
↑↓
2p。
(2)b、e、h三种粒子对应的元素的最高价氧化物的水化物分别为NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3,碱性由弱到强的顺序为Al(OH)3Al>Na。
(3)d微粒为NH3,中心原子的孤电子对数是12×(5-3×1)=1,价层电子对数=1+3=4,则NH3中氮原子的杂化方式为sp3。
(4)等电子体所含原子数目相等,价电子总数相等,与g粒子互为等电子体的阴离子为NH2-。
第2节 共价键与分子的空间结构
基础过关练
题组一 杂化轨道理论及相关判断
1.(2020四川雅安高二上期末)下列关于杂化轨道的说法错误的是 ( )
A.并不是所有的原子轨道都参与杂化
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.杂化轨道中一定有电子
2.(2020山东潍坊一中高二检测)下列关于杂化轨道的叙述正确的是 ( )
A.杂化轨道可用于形成σ键,也可用于形成π键
B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对
C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的3个p轨道与H原子的s轨道杂化而成的
D.在乙烯分子中1个碳原子的3个sp2杂化轨道与3个氢原子的s轨道重叠形成3个C—H σ键
3.(2020天津大学附属中学高二检测)下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是 ( )
①BF3 ②CH2CH2 ③ ④ ⑤NH3
⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥
题组二 价电子对互斥理论
4.(2021湖南师大附中高二练习)下列说法正确的是 ( )
A.孤电子对的空间排斥力大于σ键电子对的排斥力
B.所有的三原子分子都是直线形结构
C.VSEPR模型和分子的立体结构都是相同的
D.SO2与CO2分子的组成相似,故它们的分子构型相同
5.(2020山西太原一中月考)下列分子或离子为正四面体结构,且键角为109°28'的是 ( )
①CH4 ②CH3Cl ③P4(白磷) ④NH4+ ⑤NO3-
⑥CH2Cl2 ⑦CCl4 ⑧SiF4
A.①③④⑦ B.①④⑦⑧
C.①③⑦⑧ D.全部都是
6.(2021河北唐山高二质量检测)下列关于分子空间构型的说法错误的是 ( )
A.NH3的空间构型属于三角锥形
B.CH4、白磷(P4)的空间构型都属于正四面体形
C.苯、甲苯中所有的原子都共平面
D.乙烯、氯乙烯中所有的原子都共平面
7.下列分子或离子中,VSEPR模型名称与分子或离子的立体构型名称不一致的是 ( )
A.CO2 B.CO32- C.H2O D.CCl4
8.(2020山东潍坊青州二中高二上月考)下列物质空间构型和中心原子杂化类型都正确的是 ( )
A.CCl4 平面四边形 sp3
B.H2O V形 sp2
C.BCl3 平面三角形 sp2
D.NH4+ 正四面体 sp
题组三 等电子原理
9.(2020黑龙江牡丹江一中高二月考)下列关于等电子体的说法中,正确的是 ( )
A.N2与CO不互为等电子体,故它们的熔、沸点及溶解度相差较大
B.PO43-与SO42-不互为等电子体,故结构不相似
C.NO2-与O3互为等电子体,故NO2-为O3的同素异形体
D.苯与硼氮苯互为等电子体,故硼氮苯中含有大π键
10.(2020山东济南外国语学校高二下月考)化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子叫等电子体,下列粒子不属于等电子体的是 ( )
A.SO42-和PO43- B.H2O2和C2H2
C.N2和CO D.SO2和NO2-
11.(2021辽宁朝阳一中高二上期末)互为等电子体的微粒具有相似的结构。以下各组微粒结构不相似的是 ( )
A.CO和N2 B.O3和SO2
C.CO2和N2O D.N2H4和C2H4
12.氰化钾(KCN)是一种有剧毒的物质,贮存和使用时必须注意安全。
已知:KCN+H2O2 KOCN+H2O。
回答下列问题:
(1)OCN-中所含三种元素的第一电离能从大到小的顺序为 (用元素符号表示),基态氮原子价电子排布式为 。
(2)H2O2中的共价键类型为 (填“σ键”或“π键”),其中氧原子的杂化轨道类型为 ;分子中4个原子 (填“在”或“不在”)同一条直线上。
(3)与OCN-键合方式相同且互为等电子体的分子为 (任举一例);在与OCN-互为等电子体的微粒中,由一种元素组成的阴离子是 。
题组四 手性分子及其判断
13.(2021江苏盐城响水中学高二学情分析)下列分子中含有手性碳原子的是 ( )
A.CH3COOH
B.(CH3)3CC(CH3)2CH2CH3
C.
D.CO(NH2)2(尿素)
14.丙氨酸(C3H7NO2)分子为手性分子,它存在手性异构体,如下图所示,下列关于丙氨酸的两种手性异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是 ( )
A.Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个手性碳原子
B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,具有不同的分子极性
C.Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,只含有极性键,不含非极性键
D.Ⅰ和Ⅱ的化学键相同,但分子的性质不同
题组五 分子极性的判断
15.(2020江苏徐州一中高二下第一次月考)已知带静电的有机玻璃棒靠近纯水的细流,水流方向发生改变,则用带静电的有机玻璃棒靠近下列物质的细流时,细流也发生偏转的是 ( )
A.苯 B.二硫化碳
C.双氧水 D.四氯化碳
16.(2021辽宁锦州高二期末)下列物质的分子中既有σ键,又有π键,且属于非极性分子的是 ( )
A.CO2 B.HCl C.Cl2 D.H2O2
17.(双选)(2020山东济南外国语学校高二下月考)PH3在常温下是一种无色有大蒜味的有毒气体,电石气中常含有该杂质。它的分子呈三角锥形。以下关于PH3的叙述中,正确的是 ( )
A.PH3是非极性分子
B.PH3分子中有未成键的电子对
C.PH3中的P—H键的极性比NH3中N—H键的极性弱
D.PH3分子中的P—H键是非极性键
18.(2020黑龙江哈尔滨三中高二上期末)下列叙述中正确的是 ( )
A.NH3、CO、CO2都是极性分子
B.CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子
C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
D.CS2、H2O、C2H2都是直线形分子
19.通常状况下,NCl3是一种油状液体,其分子空间构型与氨分子相似,下列对NCl3的有关叙述正确的是 ( )
A.NCl3分子中N—Cl键的键长比CCl4分子中C—Cl键的键长长
B.NCl3分子是非极性分子
C.分子中的所有原子最外层均满足8电子稳定结构
D.NBr3比NCl3易挥发
20.现有部分短周期元素的性质或原子结构如下表:
元素编号
元素性质或原子结构
T
最外层电子数是次外层电子数的2倍
X
L层有3个未成对电子
Y
L层p电子数比L层s电子数多2个
Z
最高正价+7
下列说法正确的是 ( )
A.Z离子的结构示意图为
B.TX-中心原子采取sp2杂化
C.元素T在元素周期表中表示8 O
氧
2s22p4
16.00
D.XZ3为极性分子,TY2为非极性分子
21.(2021湖南师大附中高二练习)下列说法正确的是 ( )
A.非极性分子中的原子上一定不含孤电子对
B.平面三角形分子一定是非极性分子
C.二氯甲烷(CH2Cl2)分子的中心原子采取sp3杂化,键角均为109°28'
D.ABn型分子的中心原子最外层满足8电子结构,则ABn不一定是非极性分子
22.(2021陕西长安一中高二阶段检测)按要求填空:
地球上的物质不断变化,数10亿年来大气的成分也发生了很大的变化。下表是目前空气和原始大气的主要成分:
目前空气
的成分
N2、O2、CO2、水蒸气及稀有气体(如He、Ne等)
原始大气的
主要成分
CH4、NH3、CO、CO2等
分析上表所涉及的分子,填写下列空白。
(1)VSEPR模型为正四面体的分子有(填化学式,下同) 。
(2)由极性键构成的非极性分子有 。
(3)以上涉及物质沸点最高的是H2O,1 mol水最多可形成 mol氢键。
(4)CO的结构可表示为,与CO结构最相似的分子是 。
(5)以上分子中有多种含有氧原子,请写出基态氧原子的价层电子轨道表示式 。
能力提升练
题组一 用杂化轨道理论解释分子的空间结构
1.(2021辽宁丹东高二期末,)科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°,下列有关N(NO2)3的说法正确的是 ( )
A.分子中N、O间形成的共价键是非极性键
B.分子中4个氮原子共平面
C.该分子中的中心氮原子采取sp2杂化
D.15.2 g该物质含有3.612×1023个氧原子
2.()短周期主族元素A、B形成AB3型分子,下列有关叙述正确的是 ( )
A.若A、B为同一周期元素,则AB3分子一定为平面正三角形
B.若AB3分子中的价电子总数为24,则AB3分子为平面正三角形
C.若A、B为同一主族元素,则AB3分子一定为三角锥形
D.若AB3分子为三角锥形,则AB3分子一定为NH3
3.(2020山东滕州一中高二月考,)As2O3(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示),溶于盐酸生成 AsCl3,AsCl3用 LiAlH4还原生成 AlH3。下列说法正确的是 ( )
A.As2O3 分子中 As 原子的杂化方式为 sp
B.LiAlH4为共价化合物
C.AsCl3空间构型为平面正三角形
D.AlH3分子键角大于 109.5°
题组二 价电子对互斥理论的应用
4.(2020安徽马鞍山第二中学高二检测,)氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂,可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是 ( )
A.三角锥形、sp3 B.V形、sp2
C.平面三角形、sp2 D.三角锥形、sp2
5.(2020江苏徐州一中高二在线检测,)下列说法不正确的是 ( )
A.N2O与CO2、CCl3F与CCl2F2互为等电子体
B.CCl2F2无同分异构体,说明其中碳原子采用sp3杂化
C.H2CO3与H3PO4分子中的C、P杂化方式相同
D.由第ⅠA族和第ⅥA族元素形成的原子个数比为1∶1、电子总数为38的化合物,是含有共价键的离子化合物
6.(双选)(2021山东日照高三调研,)氨气分子的空间构型呈三角锥形,而甲烷分子呈正四面体形,下列说法正确的是 ( )
A.两种分子的中心原子杂化轨道类型不同,NH3中N采取sp2杂化,而CH4中C采取sp3杂化
B.NH3分子中N原子形成三个杂化轨道,CH4分子中C原子形成4个杂化轨道
C.NH3分子中有一对未成键的孤对电子,它对成键电子的排斥作用较强
D.氨气分子是极性分子而甲烷分子是非极性分子
题组三 分子的性质
7.(2021辽宁丹东高二期末,)下列叙述中,不正确的是( )
A.HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
B.O3是空间结构为V形的极性分子,相同条件下其在水中的溶解度大于氧气
C.硝酸根离子中所有原子都在一个平面上
D.CH3CH(OH)COOH为手性分子
8.(2019吉林长春外国语学校高二下月考,)NH3、H2S等是极性分子,CO2、BF3、CCl4等是含极性键的非极性分子。根据上述实例可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是 ( )
A.分子中不能含有氢原子
B.在ABn分子中A的相对原子质量应小于B的相对原子质量
C.在ABn分子中A原子没有孤对电子
D.分子中每个共价键的键长应相等
题组四 分子空间结构及分子性质的综合考查
9.(2021江苏盐城高二学情分析,)a、b、c、d、e、f、g、h为八种由短周期元素构成的粒子,它们都有10个电子,其结构特点如下:
粒子代码
a
b
c
d
e
f
g
h
原子核数
单核
单核
双核
多核
单核
多核
多核
单核
电荷
0
1+
1-
0
2+
1+
0
3+
其中b的离子半径大于e的离子半径;d是由极性键构成的四原子极性分子;c与f反应可形成两个g分子。
试写出:
(1)a粒子的轨道表示式为 。
(2)b、e、h三种粒子对应的元素的最高价氧化物的水化物的碱性由弱到强的顺序为 ;三种粒子对应的元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
(3)d微粒中中心原子的杂化方式为 。
(4)写出一种与g粒子互为等电子体的阴离子: 。
答案全解全析
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
基础过关练
1.D 参与杂化的原子轨道,其能量不能相差太大,即并不是所有的原子轨道都参与杂化,故A正确;原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道,所以同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化,故B正确;杂化轨道能量集中,有利于牢固成键,故C正确;并不是所有的杂化轨道中都会有电子,故D错误。
2.B 杂化轨道只用于形成σ键,或用来容纳未参与成键的孤电子对,不能用来形成π键,故B正确,A错误;NH3中N原子的sp3杂化轨道是由N原子的1个s轨道和3个p轨道杂化而成的,C错误;在乙烯分子中,1个碳原子的3个sp2杂化轨道中的2个sp2杂化轨道与2个氢原子的1s轨道重叠形成2个C—H σ键,剩下的1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠,D错误。
3.A ①BF3为平面三角形结构且B—F键间的夹角为120°;②C2H4分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释;③与②相似;④乙炔为直线形分子,可用sp杂化轨道解释;⑤NH3中的氮原子采用sp3杂化;⑥CH4中的碳原子采用sp3杂化。
4.A 空间排斥力顺序为孤电子对>σ键电子对(成键电子对),A正确;并不是所有的三原子分子都是直线形结构,如H2O为V形(角形) 结构,B错误;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,故只有当孤电子对数为0时,VSEPR模型和分子的立体结构是相同的,C错误;SO2的分子构型为V形,CO2的分子构型为直线形,它们的分子构型不相同,D错误。
5.B CH4、P4、NH4+、CCl4、SiF4均为正四面体结构,但P4的键角为60°,以上微粒除P4外,键角均为109°28'。CH3Cl、CH2Cl2都为四面体结构,但并非正四面体;NO3-的空间结构呈平面三角形。
6.C NH3分子中氮原子含有1对孤对电子,价层电子对数是4,因此空间构型属于三角锥形,A正确; CH4、白磷(P4)分子的空间构型都属于正四面体形,B正确;苯分子中所有原子都共平面,甲苯分子中含有甲基,所有原子不可能共平面,C错误;乙烯、氯乙烯分子中含有碳碳双键,所有的原子都共平面,D正确。
7.C A项,CO2分子中每个O原子和C原子形成两个共用电子对,VSEPR模型为直线形,且中心原子不含孤电子对,分子构型为直线形,VSEPR模型与分子立体构型一致;B项,CO32-的中心原子C原子上含有3个σ键,中心原子孤电子对数=12×(4+2-2×3)=0,所以C原子价电子对数是3,VSEPR模型为平面三角形,且不含孤对电子,CO32-的立体构型为平面三角形,VSEPR模型与立体构型一致;C项,水分子中O的价电子对数=2+12×(6-2×1)=4,VSEPR模型为四面体形,含有2对孤电子对,实际空间构型是V形,VSEPR模型与分子立体构型不一致;D项,CCl4分子中,中心原子C原子价电子对数=σ键个数+孤电子对数=4+12×(4-1×4)=4,VSEPR模型为四面体形,中心原子不含孤电子对,分子构型为正四面体形,VSEPR模型与分子立体构型一致;故选C。
8.C CCl4中心原子的价电子对数=4+12×(4-4×1)=4,杂化方式为sp3,不含孤电子对,分子的立体构型为正四面体形,故A错误;H2O中中心原子的价电子对数=2+12×(6-2×1)=4,杂化方式为sp3,含有两对孤对电子,分子的立体构型为V形,故B错误;BCl3中心原子的价电子对数=3+12×(3-3×1)=3,杂化方式为sp2,没有孤对电子,分子的立体构型为平面三角形,故C正确;NH4+中中心原子的价电子对数=4+12×(5-1-4×1)=4,杂化方式为sp3,不含孤对电子,分子的立体构型为正四面体形,故D错误。
9.D N2与CO原子数目相等,价电子总数相等,互为等电子体,A错误;PO43-与SO42-原子数目相等,价电子总数相等,互为等电子体,结构相似,B错误;NO2-与O3互为等电子体,但不互为同素异形体,C错误;苯与硼氮苯互为等电子体,结构相似,苯分子结构中含有大π键,则硼氮苯中同样含有大π键,D正确。
10.B A项,SO42-和PO43-的价电子总数相等,两者所含原子数相等,互为等电子体;B项,H2O2的价电子总数为14,C2H2的价电子总数为10,二者不互为等电子体;C项,N2和CO两者的价电子总数相等,原子个数相等,互为等电子体;D项,SO2和NO2-价电子总数相等,原子个数相等,互为等电子体;故选B。
11.D CO和N2所含原子数均为2,价电子总数均为10,它们互为等电子体,具有相似的结构,故A不符合题意;O3和SO2所含原子数均为3,价电子总数均为18,它们互为等电子体,具有相似的结构,故B不符合题意;CO2和N2O所含原子数均为3,价电子总数均为16,它们互为等电子体,具有相似的结构,故C不符合题意;N2H4和C2H4原子总数均为6,价电子总数分别为14、12,它们不互为等电子体,不具有相似的结构,故D符合题意。
12.答案 (1)N>O>C 2s22p3 (2)σ键 sp3 不在 (3)CO2(合理即可) N3-
解析 (1)N原子的2p能级处于半充满状态,其第一电离能比O的大,第一电离能从大到小的顺序是N>O>C;基态氮原子价电子排布式为2s22p3。
(2)H2O2为共价化合物,分子中存在两个氧氢σ键和一个氧氧σ键;由H2O2的结构可知,1个O原子与1个H原子形成1个氢氧键,氧原子间形成1个氧氧键,每个氧原子含有2对孤电子对,杂化轨道数为4,杂化方式为sp3,H2O2分子中4个原子不在同一条直线上。
(3)OCN-中含有3个原子,价电子总数为6+4+5+1=16,与其互为等电子体的分子有CO2、N2O等,与其互为等电子体的微粒中,由一种元素组成的阴离子有N3-。
13.C CH3COOH中一个碳原子所连接的四个基团有3个是一样的,另一个碳是不饱和碳,故A不符;(CH3)3C2C3(CH3)2C4H2C5H3的2号碳上所连接的四个基团有3个是一样的,3号碳上所连接的四个基团有2个是一样的,4号碳上所连接的四个基团有2个是一样的,5号碳上所连接的四个基团有3个是一样的,故B不符;的2号碳上所连接的四个基团不相同,故C符合;CO(NH2)2(尿素)中碳是不饱和碳,故D不符。
14.D 根据题图可知Ⅰ和Ⅱ分子中均存在1个手性碳原子,故A错误;手性异构又称镜面异构,具有相同的分子极性,都是极性分子,故B错误;Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,分子中含有极性键,如C—H键,也含有非极性键,如C—C键,故C错误;Ⅰ和Ⅱ互为对映异构体,结构不同,因此分子的性质不同,故D正确。
15.C H2O为极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近纯水的细流,水流方向会发生改变。A项,苯为非极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近细流,细流方向不发生改变;B项,二硫化碳为非极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近细流,细流方向不发生改变;C项,双氧水中H2O与H2O2均为极性分子,用带静电的有机玻璃棒靠近时,细流方向会发生改变;D项,四氯化碳为非极性分子,带静电的有机玻璃棒靠近细流,细流方向不发生改变;故选C。
16.A 一个CO2分子中含有两个碳氧双键,每个双键中含有一个σ键和一个π键,CO2的结构对称,其正、负电荷重心重合,属于非极性分子,故A符合题意;HCl中含有极性键,属于极性分子,分子中氢原子和氯原子为共价单键,只含有σ键,没有π键,故B不符合题意;Cl2中氯原子间为共价单键,只含有σ键,没有π键,是非极性分子,故C不符合题意;H2O2中氢氧原子间以及氧原子间为共价单键,只含有σ键,没有π键,分子空间结构不对称,正、负电荷重心不重合,属于极性分子,故D不符合题意。
17.BC PH3为三角锥形结构,正、负电荷重心不重合,所以为极性分子,A错误;PH3分子中P原子最外层有5个电子,其中3个电子和3个H原子形成共用电子对,所以PH3分子中有1对孤对电子,B正确;电负性相差越大,共价键的极性越强,则PH3中的P—H键的极性比NH3中N—H键的极性弱,故C正确;P—H键为极性键,故D错误。
18.B CO2正、负电荷重心重合,为非极性分子,而NH3、CO都是极性分子,故A错误;CH4、CCl4都含极性共价键,CH4、CCl4都为非极性分子,故B正确;元素的非金属性越强,其简单氢化物越稳定,F、Cl、Br、I的非金属性依次减弱,所以HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,C错误;CS2中碳原子的价电子对数为2,采取sp杂化,CS2为具有直线形结构的分子,乙炔的结构式为,每个碳原子的价电子对数是2且不含孤对电子,所以C原子采取sp杂化,乙炔分子为直线形结构;H2O中O原子的价电子对数=2+12(6-2×1)=4,含有2对孤电子对,所以O原子采取sp3杂化,其空间构型为V形,故D错误。
19.C N—Cl键中氮原子的半径比C—Cl键中碳原子的半径小,使得N—Cl键的键长比C—Cl键的键长短,选项A不正确;NCl3与NH3的空间构型相似,可知NCl3的空间构型为三角锥形,属于极性分子,选项B不正确;NCl3与NH3的分子结构相似,并且N原子和Cl原子最外层均满足8电子稳定结构,选项C正确;NBr3和NCl3结构相似,NBr3比NCl3难挥发,选项D不正确。
20.D T原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,根据核外电子排布规律推测T位于第二周期,为C;X原子L层有3个未成对电子,电子排布式为1s22s22p3,即X为N;Y原子L层p电子数比L层s电子数多2个,电子排布式为1s22s22p4,Y为O;Z的最高正价为+7且为短周期元素,即Z为Cl;Cl-的结构示意图为,故A错误;TX-为CN-,电子式为[∶C︙︙N∶]-,其中心原子的杂化类型为sp,故B错误;T为C,C元素在周期表中表示为6 C
碳
2s22p2
12.01,故C正确;XZ3为NCl3,N与Cl形成3个σ键,孤电子对数为5-3×12=1,其空间构型为三角锥形,属于极性分子,TY2为CO2,CO2空间构型为直线形,属于非极性分子,故D正确。
21.D CH4、CCl4均是非极性分子,CH4分子中的原子无孤电子对,CCl4分子中的氯原子含有孤电子对,A错误;甲醛的中心原子C上无孤电子对,价层电子对数为3,空间构型为平面三角形,碳原子位于三角形内部,为极性分子,B错误;甲烷的分子结构呈正四面体形,键角为109°28',二氯甲烷分子的构型是四面体形,其键角不等于109°28',C错误;NH3中心原子N最外层满足8电子结构,其为极性分子;中心原子最外层满足8电子稳定结构的ABn型分子,可能为极性分子也可能为非极性分子,D正确。
22.答案 (1) H2O、CH4、NH3 (2) CH4、CO2 (3)2 (4)N2
(5)
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2s
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2p
解析 (1)CO2的价层电子对数为2+4-2×22=2,H2O的价层电子对数为2+6-1×22=4,CH4的价层电子对数为4+4-1×42=4,NH3的价层电子对数为3+5-1×32=4,故H2O、CH4、NH3的VSEPR模型为正四面体。
(2)CH4中碳原子和氢原子之间存在极性键,甲烷是正四面体结构,正、负电荷重心重合,是非极性分子;CO2分子中碳原子和氧原子之间存在极性键,二氧化碳是直线形结构,正、负电荷重心重合,是非极性分子,则由极性键构成的非极性分子有CH4、CO2。
(3)H2O中氧原子有两对孤对电子,可以与其他水分子的氢原子形成2 mol氢键,又H2O有两个氢原子,可以与其他水分子的氧原子形成2 mol氢键,根据均摊法得,1 mol水最多可形成2 mol氢键。
(4)CO的结构可表示为,CO与N2互为等电子体,等电子体的结构相似,与CO结构最相似的分子是N2。
(5)氧原子为8号元素,其最外层有6个电子,基态氧原子的价层电子轨道表示式为
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2s
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↑
↑
2p。
能力提升练
1.D 不同种原子间形成的共价键为极性共价键,分子中N、O间形成的共价键是极性键,故A不符合题意;根据结构可知,N—N—N键的键角都是108.1°,中心氮原子的价层电子对数为4,分子中四个氮原子构成三角锥形,故B不符合题意;中心氮原子采取sp3杂化,故C不符合题意;该物质的摩尔质量为152 g/mol,则15.2 g该物质的物质的量为0.1 mol,含有6.02×1022个分子,1个N(NO2)3分子中含有6个氧原子,含有6.02×1022×6=3.612×1023个氧原子,故D符合题意。
2.B 若A、B为同一周期的P和Cl元素,二者形成PCl3,中心原子P是sp3杂化,PCl3呈三角锥形,故A错误;若AB3分子中的价电子数为24,可以推出A为硼或铝,B为氟或氯,无论为哪种组合,中心原子都是sp2杂化,无孤对电子,分子都为平面正三角形,故B正确;若A、B为同一主族元素,硫和氧可形成三氧化硫,SO3分子中S是sp2杂化,SO3呈平面正三角形,故C错误;若AB3分子为三角锥形,则AB3分子可能为NH3,也可能是PH3,故D错误。
3.D As2O3中As原子价层电子对数是4,且含有一对孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断As原子杂化类型为sp3,故A错误;LiAlH4是由Li+和AlH4-构成的,为离子化合物,故B错误;AsCl3中As原子价层电子对数为3+5-3×12=4,且含有一对孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为三角锥形,故C错误;AlH3中Al原子价层电子对数=3+3-3×12=3,且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为平面三角形,其键角为120°,大于109.5°,故D正确。
4.A 根据价电子对互斥理论确定微粒的空间构型,价电子对数=成键电子对数+孤电子对数,成键电子对数=与中心原子成键的原子数, SOCl2中与S原子成键的原子数为3,孤电子对数=12×(6-1×2-2×1)=1,所以S原子采取sp3杂化,分子空间构型为三角锥形。
5.C N2O与CO2分子所含原子数相同,价电子总数相同,它们互为等电子体,CCl3F与CCl2F2分子所含原子数相同,价电子总数相同,它们互为等电子体,A不符合题意;CCl2F2无同分异构体,说明碳原子采取sp3杂化,B不符合题意;H2CO3中心原子C的价层电子对数为3,C采取sp2杂化,H3PO4中心原子P的价层电子对数为4,P采取sp3杂化,C符合题意;由第ⅠA族和第ⅥA族元素形成的原子个数比为1∶1、电子总数为38的化合物为Na2O2,Na2O2为含有非极性键的离子化合物,D不符合题意。
6.CD NH3和CH4分子中中心原子价层电子对数均为4,都采取sp3杂化,故A错误;NH3和CH4分子中中心原子都采取sp3杂化,均形成4个sp3杂化轨道,故B错误;CH4分子中杂化轨道全部用于成键,碳原子连接4个相同的原子,故CH4为正四面体构型,而NH3分子中只有3个杂化轨道用于成键,另一个杂化轨道中有一对孤对电子,对成键电子的排斥作用较强,所以NH3为三角锥形,故C正确;氨气分子是极性分子,甲烷分子是非极性分子,故D正确。
7.A 同主族元素从上到下,非金属性逐渐减弱,非金属性:F>Cl>Br>I,HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,故A错误;O3是空间结构为V形的极性分子,氧气是非极性分子,水是极性分子,根据相似相溶原理可知,相同条件下臭氧在水中的溶解度大于氧气,故B正确;硝酸根离子中,中心原子是氮,孤电子对数为0,价层电子对数为3,空间构型为平面三角形,所有原子都在一个平面上,故C正确;碳原子连接四个不同的原子或原子团时,该碳原子为手性碳原子,含有手性碳原子的分子为手性分子,CH3CH(OH)COOH中含有手性碳原子, 故D正确。
8.C A项,分子中含有H原子的分子也可能为非极性分子,如CH4为非极性分子;B项,C的相对原子质量大于H的相对原子质量,但CH4为非极性分子;C项,ABn分子中A原子的所有价电子都构成共价键,结构对称,正、负电荷重心重合,为非极性分子;D项,H2S分子中两个S—H键的键长都相等,但硫化氢分子是极性分子;故选C。
9.答案 (1)
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1s
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2s
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2p
(2)Al(OH)3
(3)sp3 (4)NH2-
解析 a、b、c、d、e、f、g、h都是由短周期元素构成的粒子,它们都有10个电子。a为单核,所带电荷为0,则a为Ne;b为单核,所带电荷为1+,则b为Na+;c为双核微粒,所带电荷为1-,则c为OH-;d为多核微粒,d是由极性键构成的四原子极性分子,所带电荷为0,则d为NH3;e为单核微粒,所带电荷为2+,则e为 Mg2+;f为多核微粒,所带电荷为1+,c与f反应可形成两个g分子,应为OH-和H3O+的反应,生成的g为H2O,f为H3O+;h为单核微粒,所带电荷数为3+,则h为Al3+。
(1)根据分析知a粒子是Ne,其轨道表示式为
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1s
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2s
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↑↓
2p。
(2)b、e、h三种粒子对应的元素的最高价氧化物的水化物分别为NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3,碱性由弱到强的顺序为Al(OH)3
(3)d微粒为NH3,中心原子的孤电子对数是12×(5-3×1)=1,价层电子对数=1+3=4,则NH3中氮原子的杂化方式为sp3。
(4)等电子体所含原子数目相等,价电子总数相等,与g粒子互为等电子体的阴离子为NH2-。
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