专题4 分子空间结构与物质性质 过关检测
一、选择题(本题包括14小题,每小题3分,共计42分。每小题只有一个选项符合题意)
1.据报道,大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3,下列关于SF5—CF3的说法正确的是( )
A.分子中既有σ键又有π键
B.所有原子在同一平面内
C.CF4与CH4都是正四面体结构
D.0.1 mol SF5—CF3分子中含8 mol电子
2.在半导体生产或灭火剂的使用中,会向空气逸散气体,如NF3、CHClFCF3、C3F8,它们虽是微量的,有些却是强温室气体。下列有关推测正确的是( )
A.NF3属于非极性分子
B.CHClFCF3属于手性分子
C.C3F8在CCl4中的溶解度比在水中小
D.由价层电子对互斥模型可确定NF3分子中N原子是sp2杂化,分子呈平面三角形
3.北京冬奥会首次选用CO2跨临界直冷制冰系统。下列关于CO2的说法错误的是( )
A.固态CO2是分子晶体
B.电子式为
C.是直线形分子
D.是非极性分子
4.C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,因此又名足球烯,如图所示,在C60分子中每个碳原子均与周围相邻的其他3个碳原子相连,60个碳原子组成若干个正六边形和正五边形,碳均为+4价。则下列有关说法不正确的是( )
A.C60的熔点比石墨的熔点低
B.C60分子中碳原子的杂化方式与甲烷中碳原子的不同
C.C60分子中只含σ键、不含π键
D.影响足球烯的熔、沸点的是分子间作用力
5.某物质M是制造染料的中间体,它的球棍模型如图所示,由短周期X、Y、Z、W四种元素组成,X是原子半径最小的元素,W的3p轨道有一个未成对电子,Y、Z同主族且能形成ZY2的化合物。下列说法正确的是( )
A.电负性:Y>Z>W
B.最简单氢化物沸点:Y
D.Z的最高价氧化物的空间结构为三角锥形
6.已知CuCl2溶液中存在:[Cu(H2O)4]2+(蓝色)+4Cl-[CuCl4]2-(黄色)+4H2O。下列说法错误的是( )
A.[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-中Cu2+的配位数均为4
B.加一定量水时,溶液会变成蓝色
C.加一定量氯化钠溶液,溶液一定变为黄色
D.向含有两种配离子的CuCl2溶液中滴加少量NaOH溶液,会产生蓝色沉淀
7.顺铂[Pt(NH3)2Cl2]是一种具有抗癌活性的金属化合物;碳铂是1,1-环丁二羧酸二氨合铂(Ⅱ)的简称,属于第二代铂族抗癌药物,结构简式如图所示,其毒副作用低于顺铂。下列说法正确的是( )
A.碳铂中所有碳原子在同一个平面中
B.碳铂分子属于手性分子
C.碳铂分子中sp3杂化的碳原子与sp2杂化的碳原子数之比为2∶1
D.1 mol的1,1-环丁二羧酸含有σ键的数目为12NA
8.下列说法正确的是( )
A.有机物CH2CH—CH3中C原子的杂化类型有sp3和sp2,分子中含有1个π键和6个σ键
B.氯化硼分子中键与键之间的夹角为120°,为极性键形成的极性分子
C.COCl2分子中所有原子的最外层都不满足8电子稳定结构
D.已知Zn2+的4s轨道和4p轨道可以形成sp3杂化轨道,则[ZnCl4]2-的空间结构为正四面体形
9.ⅤA族元素的原子R与A原子结合形成RA3气态分子,其空间结构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时,分子结构如图所示,下列关于RCl5分子的说法中,不正确的是( )
RCl5的分子结构
A.每个原子都达到8电子稳定结构
B.键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180°三种
C.RCl5受热后会分解生成分子的空间结构呈三角锥形的RCl3
D.分子中5个R—Cl键的键能不完全相同
10.下列有关物质性质、结构特点的表述均正确,且存在因果关系的是( )
选项 表述1 表述2
A 向盛有硫酸铜溶液的试管里滴加氨水至过量,先形成难溶物,继而难溶物溶解,形成深蓝色溶液 反应后溶液中不存在任何沉淀,所以反应前后溶液中铜元素的存在形式均为Cu2+
B 水的沸点比硫化氢高 H—O键的键能比H—S键的键能大
C S的空间结构是三角锥形 S的中心原子S原子为sp3杂化,且有一对孤电子对
D P4O10、葡萄糖溶于水后均不导电 P4O10、葡萄糖均属于共价化合物
11.臭氧通常存在于距离地面25 km左右的高层大气中,它能有效阻挡紫外线,保护人类健康。但是在近地面,臭氧却是一种污染物。已知O3的空间结构为V形,分子中正电荷重心和负电荷重心不重合。下列说法不正确的是( )
A.O3和O2互为同素异形体
B.在水中的溶解度:O3>O2
C.O3是极性分子,O2是非极性分子
D.O3分子中的共价键是非极性键
12.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被LiAlH4还原生成AsH3。下列说法正确的是( )
A.As2O3分子中As原子的杂化方式为sp2
B.LiAlH4为共价化合物
C.AsCl3的空间结构为平面三角形
D.AsH3分子的空间结构为三角锥形
13.已知短周期主族元素X、Y、Z、W、R原子序数依次增大。X元素的原子是所有元素原子中半径最小的;Y、W同主族,Z、W同周期;X与Y可形成具有18个电子的化合物G,酸性条件下,在含W阴离子的溶液中加入G可得到W单质;Z是同周期中金属性最强的元素。下列说法不正确的是( )
A.原子半径:X
C.沸点:X2Y>X2W
D.W与R可形成共价化合物WR2,且WR2是极性分子
14.下表表示周期表的一部分,下列说法不正确的是( )
A.C、D气态氢化物稳定性强弱和沸点高低顺序均为D>C
B.A、B、C对应的简单氢化物的还原性C
D.ED4分子中各原子均达8电子稳定结构,与四氯化碳互为等电子体
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
15.(14分)碳及其化合物在我们日常生活中应用广泛,回答下列问题:
18-冠-6
冠醚(皇冠状分子)因具有分子识别能力,成为超分子化学中重要的一员。18-冠-6的结构如图。
(1)该分子 (填“是”或“不是”)手性分子。
(2)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)。
①图甲中,1号碳原子与相邻碳原子形成σ键的个数为 。
②图乙中,1号碳原子的杂化方式是 ,该碳原子与相邻碳原子形成的键角 (填“>”“<”或“=”)图甲中1号碳原子与相邻碳原子形成的键角。
(3)碳元素的单质有多种形式,如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:
①金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为 。
②金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为 、 。
16.(16分)生产生活中处处有化学,结合物质与结构的相关知识,回答下列问题:
(1)维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢,并有保护神经系统的作用,该物质的结构简式如图所示:
①维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间的作用力有 (填字母)。
a.离子键、共价键
b.离子键、氢键、共价键
c.氢键、范德华力
d.离子键、氢键、范德华力
②维生素B1燃烧可生成N2、NH3、CO2、SO2、H2O、HCl等物质,这些物质中属于非极性分子的化合物有 。
(2)液氨常被用作制冷剂,若不断升高温度,实现“液氨氨气氮气和氢气氮原子和氢原子”的变化,在变化的各阶段被破坏的粒子间的相互作用是① ;②极性键;③ 。
(3)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物,例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)+3F2(g)2ClF3(g) ΔH=-313 kJ·mol-1,F—F键的键能为159 kJ·mol-1,Cl—Cl键的键能为242 kJ·mol-1,则ClF3中Cl—F键的平均键能为 kJ·mol-1。ClF3的熔、沸点比BrF3的 (填“高”或“低”)。
(4)TiCl4稳定性比CCl4差,极易水解,试从结构分析其原因: 。
(5)氯丙烯分子(CH2ClCHCH2)中碳原子的杂化轨道类型为 。
(6)酞菁钴分子的结构简式如图所示,氮原子的杂化轨道类型为 。
(7)铁能与三氮唑(结构如图)形成多种化合物。
1 mol三氮唑中含有σ键 mol,三氮唑中碳原子杂化方式为 。
17.(14分)已知铜的配合物A(结构如图)。请回答下列问题:
(1)Cu2+基态核外电子排布式为 ;基态Cu原子中,核外电子占据最高能层的符号是 。
(2)A所含三种元素C、N、O的电负性大小顺序为 ,其中氮原子的杂化轨道类型为 。
(3)配体氨基乙酸根(H2NCH2COO-)受热分解可产生CO2和N2,CO2是 (填“极性”或“非极性”)分子。
(4)K与Cu属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cu低,原因是 。
(5)在Cu催化下,甲醇可被氧化为甲醛(HCHO),甲醛分子中H—CO的键角 (填“大于”“等于”或“小于”)120°,甲醛能与水形成氢键,其表示式为 。
18.(14分)X是合成碳酸二苯酯的一种有效的氧化还原催化助剂,可由EDTA与Fe3+反应得到。
(1)EDTA中碳原子的杂化轨道类型为 ;EDTA中四种元素的电负性由小到大的顺序为 。
(2)Fe3+的基态核外电子排布式为 ;1 mol EDTA中含有σ键和π键的数目比为 。
(3)EDTA与正二十一烷的相对分子质量非常接近,但EDTA的沸点比正二十一烷的沸点高,其原因是 。
(4)X中的配位原子是 原子,配位数为 。
答案：
1.C 解析 由分子的组成知各原子均形成单键,即σ键,A错误;S原子和C原子形成的杂化轨道构型均为立体结构,不可能所有的原子都共面,B错误;CF4与CH4都是正四面体结构,C正确;1个SF5—CF3分子所含电子数为94,则0.1 mol SF5—CF3分子中含9.4 mol电子,D错误。
2.B 解析 NF3分子中N原子是sp3杂化,分子呈三角锥形,故NF3的结构类似NH3,属于极性分子,A、D错误;CHClFCF3中存在一个手性碳原子,属于手性分子,B正确;C3F8的结构简式为CF3CF2CF3,C3F8在CCl4中的溶解度大于在水中的,C错误。
3.B 解析 CO2由分子构成,为分子晶体,故A正确;CO2电子式为,故B错误;CO2中碳原子无孤电子对,是直线形分子,故C正确;CO2是直线形分子,正负电荷重心重合,为非极性分子,故D正确。
4.C 解析 C60为分子晶体,熔点低,石墨是混合型晶体,熔点高,则C60的熔点比石墨的熔点低,A项正确;C60分子中每个碳原子均与周围相邻的其他3个碳原子相连,每个碳原子均形成3个σ键,还有一个p电子形成π键,因此碳原子的杂化方式为sp2,甲烷分子中只含有单键碳原子,碳原子的杂化方式为sp3,两者杂化方式不同,B项正确;由C60的结构可知,分子中既含σ键又含π键,C项错误;C60为分子晶体,影响足球烯的熔、沸点的是分子间作用力,D项正确。
5.C 解析 由M的球棍模型可知,X、Y、Z、W形成共价键的数目分别为1、2、6、1;X是原子半径最小的元素,则X为H元素;W的3p轨道有一个未成对电子,则W为Cl元素;Y、Z同主族且能形成ZY2的化合物,则Y为O元素、Z为S元素。
元素的非金属性越强,电负性越大,氯元素的非金属性强于硫元素,则电负性强于硫元素,故A错误;水分子能形成分子间氢键,硫化氢不能形成分子间氢键,所以水分子间的作用力大于硫化氢,沸点高于硫化氢,故B错误;过氧化氢的空间结构不对称,属于极性分子,故C正确;三氧化硫分子中硫原子的价电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面正三角形,故D错误。
6.C 解析 从[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-的组成可以看出,中心原子Cu2+分别与4个H2O、4个Cl-形成配位键,所以Cu2+的配位数均为4,A项正确;加一定量水时,溶液浓度减小,平衡逆向移动,所以溶液会变成蓝色,B项正确;氯化钠溶液中含有NaCl和水,若向原溶液中加入NaCl,平衡正向移动,若加入水,平衡逆向移动,由于氯化钠溶液的浓度、体积未知,所以无法确定平衡如何移动,也就不能确定平衡后溶液的颜色,C项错误;向含有两种配离子的CuCl2溶液中滴加少量NaOH溶液,Cu2+会与OH-反应生成Cu(OH)2蓝色沉淀,D项正确。
7.C 解析 碳铂分子中有1个饱和碳原子连接4个碳原子,则所有碳原子不可能共平面,A错误;碳铂分子中没有手性碳原子,不属于手性分子,B错误;碳铂中酯基碳原子的杂化方式为sp2,而其他4个饱和碳原子为sp3杂化,C正确;1个1,1-环丁二羧酸分子()中含有18个σ键,D错误。
8.D 解析 碳碳双键两端的C原子均采取sp2杂化,甲基中的C原子采取sp3杂化,该有机物分子中含有8个σ键和1个π键,A错误;氯化硼分子中键与键之间的夹角为120°,为极性共价键形成的非极性分子,B错误;COCl2的结构式为,由此可知,分子中所有原子的最外层均满足8电子稳定结构,C错误;根据Zn2+的4s轨道和4p轨道可以形成sp3杂化轨道,可判断[ZnCl4]2-的空间结构为正四面体形,D正确。
9.A 解析 R原子最外层有5个电子,形成5对共用电子对,RCl5中R原子达10电子稳定结构,A错误;从RCl5的分子结构图可知上下两个顶点原子与中心R原子形成的键角为180°,中间为平面三角形,构成三角形的键角为120°,顶点与平面形成的键角为90°,B正确;RCl5分解生成RCl3和Cl2,Cl2为直线形分子,RCl3中R原子的价电子对数为=4,因此RCl3为三角锥形,C正确;从题图中可以看出,分子中R—Cl键有两类键长,则其键能不完全相同,D正确。
10.C 解析 CuSO4与氨水反应首先生成Cu(OH)2沉淀,氨水过量后,Cu(OH)2溶解形成[Cu(NH3)4]2+,故反应后铜元素以[Cu(NH3)4]2+形式存在,表述2错误,A项错误;水分子能形成分子间氢键,而H2S不能,故H2O的沸点比H2S的高,两种表述不存在因果关系,B项错误;S中心原子S原子为sp3杂化,说明中心原子S原子价电子对数为4,含1对孤电子对,S的空间结构为三角锥形,两种表述正确且存在因果关系,C项正确;P4O10溶于水与水反应生成H3PO4,H3PO4电离产生自由移动的离子从而导电,表述1错误,葡萄糖为非电解质,溶于水不电离,故不能导电,而且与表述2没有直接的因果关系,有些共价化合物溶于水是可以导电的,D项错误。
11.D
12.D 解析 根据分子结构,As2O3中每个As原子形成3个σ键,且含有一对孤电子对,则As原子的杂化方式为sp3,故A错误;LiAlH4是由Li+和Al构成的,为离子化合物,故B错误;AsCl3中As原子价电子对数为=4,且含有一对孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断其空间结构为三角锥形,故C错误;AsH3中As原子价电子对数为=4,且含有一对孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断其空间结构为三角锥形,故D正确。
13.A 解析 已知短周期主族元素X、Y、Z、W、R原子序数依次增大,X元素的原子是所有元素原子中半径最小的,则X为H元素;Z是同周期中金属性最强的元素,则Z位于ⅠA族;Y、W同主族,W的原子序数大于Y,则W位于第3周期,又因Z、W同周期,则Z为Na元素;X与Y可形成具有18个电子的化合物G,酸性条件下,在含W阴离子的溶液中加入G可得到W单质,G为H2O2,则W为S元素、Y为O元素;R的原子序数大于W(S),则R为Cl元素。一般情况下,电子层数越多,原子半径越大,电子层数相同时,原子的核电荷数越大,原子半径越小,则五种元素的原子半径:X
14.A 解析 由题表知,A为N元素、B为O元素、C为F元素、D为Cl元素、E为Si元素。同主族从上到下元素非金属性减弱,非金属性越强,简单气态氢化物越稳定,则C、D气态氢化物稳定性D
(3)①同素异形体 ②sp3 sp2
解析 (1)18-冠-6分子中不含手性碳原子,不是手性分子。
(2)①石墨烯是层状结构,每一层上每个碳原子都是以σ键和相邻3个碳原子连接。
②题图乙中1号碳形成了4个共价键,故其杂化方式为sp3;题图甲中的键角为120°,而题图乙中1号碳原子与甲烷中的碳原子类似,其键角接近109°28'。
(3)①金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们的组成相同,结构不同、性质不同,互称为同素异形体。
②金刚石中碳原子与相邻的4个碳原子形成4个共价单键,则C原子采取sp3杂化,构成正四面体;石墨烯中的碳原子采用sp2杂化方式与相邻的3个碳原子以σ键结合,形成正六边形的平面层状结构。
16.答案 (1)①d ②CO2
(2)①氢键、范德华力 ③非极性键
(3)172 低
(4)Ti—Cl键比C—Cl键的键长长、键能低,易断裂
(5)sp2、sp3
(6)sp2、sp3
(7)8 sp2
解析 (1)①维生素B1晶体溶于水的过程会电离出Cl-和复杂的阳离子,故需要克服离子键,维生素B1分子间还存在氢键、范德华力,d正确。
②N2为单质,另外五种化合物中属于非极性分子的是CO2。
(2)液氨汽化破坏了分子间作用力,包括氢键和范德华力;氨气分解生成N2和H2,破坏了氮氢极性键;N2、H2转化成氮原子和氢原子,破坏了非极性键。
(3)设Cl—F键的平均键能为x,则242 kJ·mol-1+3×159 kJ·mol-1-6x=-313 kJ·mol-1,所以x=172 kJ·mol-1;ClF3和BrF3的熔、沸点与相对分子质量有关,相对分子质量越大,熔、沸点越高,所以ClF3的熔、沸点比BrF3低。
(4)Ti—Cl键比C—Cl键的键长长、键能低,易断裂。
(5)中的碳原子为sp2杂化,—CH2Cl中的碳原子为sp3杂化。
(6)分子中氮原子与碳原子形成CN,含一个σ键和一个π键,氮原子的杂化轨道类型为sp2杂化,1号和3号氮原子的杂化轨道类型为sp3杂化。
(7)1 mol三氮唑中含有σ键8 mol,三氮唑中碳原子杂化方式为sp2。
17.答案 (1)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9 N
(2)O>N>C sp3
(3)非极性
(4)K原子半径较大且价电子数较少,形成的金属键较弱
(5)大于
解析 (1)Cu是29号元素,因此Cu2+基态核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9,基态Cu原子中,核外电子占据最高能层的符号是N。
(2)同周期主族元素从左到右电负性逐渐增大,A所含三种元素C、N、O的电负性大小顺序为O>N>C,其中氮原子形成4个σ键,其杂化轨道类型为sp3。
(3)CO2是直线形分子,键角为180°,因此是非极性分子。
(4)K与Cu属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,根据题意分析出K原子半径较大且价电子数较少,形成的金属键较弱,因此金属K的熔点、沸点等都比金属Cu低。
(5)甲醛(HCHO)分子中碳原子采取sp2杂化,是平面三角形,O原子含有的孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,故甲醛分子中H—CO的键角大于120°;甲醛能与水形成氢键,其表示式为。
18.答案 (1)sp2、sp3 H
(3)EDTA分子间可形成氢键
(4)N、O 6
解析 (1)由EDTA的结构可知,—CH2—中的碳原子为sp3杂化,—COOH中的碳原子为sp2杂化;同一周期主族元素从左到右,元素的非金属性逐渐增强,C、N、O的非金属性依次增强,且H的非金属性弱于C,则元素的电负性由小到大的顺序为H
(3)EDTA分子间可以形成氢键,所以其沸点比正二十一烷的沸点高。
(4)X中的配位原子是N、O原子,因二者均含有孤电子对,可以作为Fe3+的配位原子,配位数为6。
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