分子结构与性质典型例题

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[例1]下列说法正确的是()A．含有非极性键的分子一定是非极性分子B．非极性分子中一定含有非极性键C．由极性键形成的双原子分子一定是极性分子D．分子的极性只与键的极性有关[解析]含有非极性键的分子不一定是非极性分子，如H2O2，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2中均是非极性分子，却都有极性键，分子的极性除与键的极性有关外，还与分子空间构型有关。[答案]C 变式训练1．下列说法中正确的是()A．分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定B．元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间可能形成共价键C．水分子可表示为HO—H，分子中键角为180°D．H—O键键能为463kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×463kJ[答案]B [解析]本题主要考查共价键的三个键参数，要理解它们的概念及相互关系，掌握它们对键强弱的影响。D项中H—O键键能为463kJ·mol－1，指的是气态基态氢原子和氧原子形成1molH—O键时释放的最低能量，则拆开1molH—O键形成气态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为463kJ,18gH2O即1molH2O中含2molH—O键，断开时需吸收2×463kJ的能量形成气态氢原子和氧原子，再进一步形成H2和O2时，还需释放出一部分能量，故D项错误；Li的电负性为1.0，I的电负性为2.5，其差值为1.5<1.7，所以LiI以共价键成分为主，B项正确。 2．在HCl、Cl2、H2O、NH3、CH4这一组分子中，对共价键形成方式分析正确的是()A．都是σ键，没有π键B．都是π键，没有σ键C．既有σ键，又有π键D．除CH4外，都是σ键[答案]A 3．下列说法中正确的是()A．双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定B．双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定C．双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定D．在双键中，σ键的键能要小于π键的键能[答案]A [例2]已知周期表中，元素Q、R、W、Y与元素X相邻。Y的最高化合价氧化物的水化物是强酸。回答下列问题：(1)W与Q可以形成一种高温结构陶瓷材料。W的氯化物分子呈正四面体结构，W的氧化物的晶体类型是_______；(2)Q的具有相同化合价且可以相互转变的氧化物是____；(3)R和Y形成的二元化合物中，R呈现最高化合价的化合物的化学式是__________________________； (4)这5个元素的氢化物分子中，①立体结构类型相同的氢化物的沸点从高到低排列次序是(填化学式)_____________________，其原因是_____________；②电子总数相同的氢化物的化学式和立体结构分别是____________________________________。 [解析]本题题干所提供信息较少，往往不能直接推出各元素。但每小问中信息丰富，所以要结合每小问作答。(1)W的氯化物为正四面体形，则应为SiCl4或CCl4，又W与Q可形成高温结构陶瓷材料，故可推断W为Si。SiO2为原子晶体。(2)高温陶瓷可联想到Si3N4，Q为N，则有NO2与N2O4之间的相互转化关系。(3)Y的最高价氧化物的水化物为强酸，Y为S，X为P元素。R(As)和Y形成的二元化合物中，R呈现最高化合价的化合物应为As2S5。(4)①氢化物沸点顺序为NH3>AsH3>PH3，因为NH3中含有氢键，AsH3相对分子质量大于PH3。②SiH4、PH3和H2S的电子数均为18。结构分别为正四面体形、三角锥形和V形。 [答案](1)原子晶体(2)NO2和N2O4(3)As2S5(4)①NH3AsH3PH3NH3分子间存在氢键，所以沸点最高。相对分子质量AsH3大于PH3，分子间作用力AsH3大于PH3，故AsH3沸点高于PH3②SiH4、正四面体，PH3、三角锥，H2S、V形 变式训练4．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是()A．直线形；三角锥形B．V形；三角锥形C．直线形；平面三角形D．V形；平面三角形[答案]D [解析]价层电子对互斥理论的基本要点是：分子中的价电子对由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离。关键是不可忽视孤对电子对成键电子的影响。在H2S中，价电子对数为4，若无孤电子对存在，则其应为正四面体构形。但中心原子S上有两对孤电子对，而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间，它们相互排斥，因此H2S为V形结构。在BF3中，价电子对数为3，其中心原子B上无孤电子对，因此BF3应为平面三角形。 5．若ABn的中心原子A上没有孤对原子，运用价层电子对互斥理论，下列说法正确的是()A．若n＝2，则分子的立体结构为V形B．若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形C．若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形D．以上说法都不正确[答案]C 6．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()A．CO2和SO2B．CH4与NH3C．BeCl2与BF3D．C2H4与C2H2[答案]B [例3]氧族元素的氢化物的沸点如下表：下列关于氧族元素氢化物的沸点高低的分析和推断中，正确的是()A．氧族元素氢化物沸点高低与范德华力的大小无关B．范德华力一定随相对分子质量的增大而减小C．水分子间存在氢键这一特殊的分子间作用力D．水分子间存在共价键，加热时较难断裂H2OH2SH2SeH2Te100℃－60.75℃－41.5℃－1.8℃ [解析]范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力，它们都比化学键弱。范德华力的存在较为普遍。氢键是由电负性比较强的O、N、F等与H之间形成的一种介于范德华力与化学键之间的一种作用力，一些物质(如H2O、HF、NH3)，由于分子间存在氢键使得它们的熔、沸点高于同系列的氢化物。[答案]C 变式训练7．(双选)下列叙述正确的是()A．分子晶体中普遍存在范德华力B．所有分子晶体中都存在共价键C．范德华力通常比较弱，约比化学键能小1～2个数量级D．范德华力和化学键一样，主要影响物质的化学性质[答案]AC [解析]分子晶体中普遍存在范德华力，范德华力比化学键能小1～2个数量级，主要影响物质的物理性质；化学键主要影响物质的化学性质；稀有气体中不存在共价键，但其晶体中却存在范德华力。 8．下列化合物的沸点比较，前者低于后者的是()A．乙醇与氯乙烷 [答案]B [解析]氢键分为两类：存在于分子之间时，称为分子间氢键；存在于分子内部时，称为分子内氢键。同类物质相比，分子内形成氢键的物质的熔、沸点要低于分子间形成氢键的物质的熔、沸点。如邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲醛等容易形成分子内氢键，沸点较低；而对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛则容易形成分子间氢键，沸点较高。所以B选项正确。对A选项，由于乙醇存在分子间氢键，而氯乙烷不存在氢键，所以乙醇的沸点(78.5℃)高于氯乙烷的沸点(12.3℃)；同样道理，D选项中，H2O的沸点(100℃)高于H2Te的沸点。 堂课反馈 1．下列分子中，中心原子是sp杂化的是()A．BeCl2B．H2OC．CH4D．BF3[答案]A[解析]BeCl2直线型，Be原子发生sp杂化，BF3中B原子发生sp2杂化，平面三角形。H2O中的O和CH4中的C都发生sp3杂化。 2．下列分子中不存在π键的是()A．C2H2B．C2H4C．CH4D．C6H6[答案]C[解析]C2H2中一个σ键和2个π键；C2H4中是一个σ键和一个π键；C6H6中大π键。 3．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，2个π键[答案]C[解析]从原子轨道重叠程度看，π键轨道重叠程度比σ键重叠程度小，故π键稳定性低于σ键。在单质分子中存在σ键(如Cl2、H2)、π键(N2中存在σ键和π键)，稀有气体为单原子分子，不存在化学键。 4．下列分子中，既含有σ键又含有π键的是()A．CH4B．HClC．CH2===CH2D．F2[答案]C[解析]乙烯分子中碳原子发生sp2杂化，其中碳碳原子和碳原子与氢原子之间分别以“头碰头”重叠形成σ键，由于每个碳原子上均有一个垂直于杂化平面的p轨道，两个p轨道间通过“肩并肩”重叠方式形成π键。 5．通常情况下，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．分子中N—Cl键键长与CCl4分子中C—Cl键键长相等B．分子中的所有原子均达到8个电子稳定结构C．NCl3分子是非极性分子D．NBr3比NCl3易挥发[答案]B[解析]键长与原子半径有关。NCl3为三角锥形，极性分子。 [答案]D 7．范德华力为akJ·mol－1，化学键为bkJ·mol－1，氢键为ckJ·mol－1，则a、b、c的大小关系是()A．a>b>cB．b>a>cC．c>b>aD．b>c>a[答案]D[解析]氢键键能比范德华力强，比化学键弱得多。 8．氨气溶于水时，大部分NH3与H2O以氢键(用“…”表示)结合形成NH3·H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为() [答案]B 9．元素X和Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。(1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置_____________。 (2)在X和Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式________；该分子中中心原子以________杂化，是________分子，分子构型为________。写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________；该分子中中心原子以________杂化，是________分子，分子构型________。 [答案](1)X：第二周期第ⅥA族；Y：第三周期第ⅥA族(2)SO2sp2极性V形SO3sp2非极性　平面三角形[解析]根据氢化物的化学式H2X且通常状况下为液体，X的质量分数为88.9%可推知，X的相对原子质量为16，则X为O，进而推出Y为S，其形成的两种化合物分别为SO2、SO3，根据杂化轨道理论易确定其分子构型、极性。 10．四种常见元素的性质或结构信息如下表，试根据信息回答有关问题：元素性质结构信息A原子核外有两个电子层，最外层有3个未成对的电子B原子的M层有1对成对的p电子C原子核外电子排布为[Ar]3d104sx，有＋1、＋2两种常见化合价D有两种常见氧化物，其中有一种是冶金工业常用的还原剂 (1)写出B原子的电子排布式_______________________。(2)A元素的氢化物的沸点比同族相邻元素氢化物沸点________(填“高”或“低”)，其原因是________________。(3)D元素最高价氧化物的熔点比同主族相邻元素最高价氧化物的熔点________(填“高”或“低”)，其原因是_____。(4)往C元素的硫酸盐溶液中逐滴加入过量A元素的氢化物水溶液，可生成的配合物的化学式为________。简要描述该配合物中化学键的成键情况______________________________。 (5)“●”表示上述相关元素的原子中除去最外层电子的剩余部分，“○”表示氢原子，小黑点“·”表示没有形成共价键的最外层电子，短线表示共价键。则在以上分子中，中心原子采用sp3杂化形成化学键的是________(填写序号)；在②的分子中有________个σ键和________个π键。 [答案](1)1s22s22p63s23p4(2)高　因为A的氢化物分子间存在氢键(3)低　晶体类型不同(4)[Cu(NH3)4]SO4中心原子与配位体之间以配位键相结合，内界与外界之间以离子键相结合(5)①③④32 [解析](1)元素B原子的M层1对成对的p电子，则M层的p轨道有4个电子，其电子排布式为：1s22s22p63s23p4。(2)A元素由其性质或结构信息可知是N元素，其氢化物的分子间存在氢键，故沸点比同主族相邻元素氢化物的高。(3)元素有两种常见氧化物，其中一种常用作冶金工业还原剂，则D是C元素，CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，故CO2熔点低。(4)C元素是Cu，CuSO4与过量氨水可生成配合物：[Cu(NH3)4]SO4，中心原子与配位体之间是配位键，内界与外界之间是离子键。(5)①是NH3，②是CH≡CH，③是CH4，④是H2S或H2O，中心原子采用sp3杂化的是①③④，在CH≡CH分子中有3个σ键和2个π键。 向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象说法正确的是A.反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2+的浓度不变。B.沉淀溶解后，将生成深蓝色的配离子[Cu（NH3）4]2+。C.向反应后的溶液加入乙醇，溶液没有发生变化，因为[Cu（NH3）4]2+不会与乙醇发生反应。D.在[Cu（NH3）4]2+离子中，Cu2+给出孤对电子，NH3提供空轨道。B 在硼酸[B(OH)3]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C 在基态多电子原子中，关于核外电子能量的叙述错误的是:A．最易失去的电子能量最高B．电离能最小的电子能量最高C．p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量D．在离核最近区域内运动的电子能量最低C 在以离子键为主的化学键中常含有共价键的成分。下列各对原子形成化学键中共价键成分最少的是:A．Li，FB．Na，FC．Na，C1D．Mg，OB 下列有关物质性质、结构的表述均正确，且存在因果关系的是:表述Ⅰ表述ⅡA在水中，NaCl的溶解度比I2的溶解度大NaCl晶体中C1—与Na+间的作用力大于碘晶体中分子间的作用力B通常条件下，CH4分子比PbH4分子稳定性高Pb的原子半径比C的大，Pb与H之间的键能比C与H间的小C在形成化合物时，同一主族元素的化合价相同同一主族元素原子的最外电子数相同DP4O10、C6H12O6溶于水后均不导电P4O10、C6H12O6均属于共价化合物B 下列说法中错误的是:A．SO2、SO3都是极性分子B．在NH4+和[Cu(NH3)4]2+中都存在配位键C．元素电负性越大的原子，吸引电子的能力越强D．原子晶体中原子以共价键结合，具有键能大、熔点高、硬度大的特性A 已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有三个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟X2Y2，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：（1）X元素原子基态时的电子排布式为，该元素的符号是.（2）Y元素原子的价层电子的轨道表示式为，该元素的名称。（3）X与Z可形成化合物XZ3，该化合物的空构型为.（4）已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3，产物H2O,该反应的化学方程式是（5）比较X的氢化物与同族第二、三周期元素所形成的氢化物稳定性说明理由 （1）1s22s22p63s23p63d104s24p3As(2)氧(3)三角锥（4）As2O3+6Zn+6H2SO4=2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O(5)稳定性：NH3＞PH3＞AsH3因为键长越短，键能越大，化合物越稳定。沸点：NH3＞AsH3＞PH3NH3可形成分子间氢键，沸点最高，AsH3相对分子质量比PH3大，分子键作用力大，因而AsH3比PH3沸点高。 C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。（1）写出Si的基态原子核外电子排布式。从电负性角度分析，C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为。（2）SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为，微粒间存在的作用力是。（3）氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为（填元素符号）。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是。（4）C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2化学式相似，但结构和性质有很大不同。CO2中C与O原子间形成键和∏键，SiO2中Si与O原子间不形成上述健。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成，而Si、O原子间不能形成上述∏键。 （1）1s22s22p63s23p2O＞C＞Si（2）sp3共价键（3）MgMg2+半径比Ca2+小，MgO晶格能大（4）Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p-p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键 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分子的立体结构分别是和，相同条件下两者在水中的溶解度较大的是（写分子式），理由是；(3)Q的元素符号是，它属于第周期，它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。 （1）SC（2）V形直线形SO2因为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四1s22s22p63s23p63d54s1+6（4）F-H…FF-H…OO-H…FO-H…O 化合物YX2、ZX2中，X、Y、Z的核电荷数小于18；X原子最外能层的p能级中有一个轨道充填了2个电子，Y原子的最外层中p能级的电子数等于前一能层电子总数，且X和Y具有相同的电子层；Z与X在周期表中位于同一主族。回答下列问题：（1）X的电子排布式为，Y的轨道表示式为；（2）ZX2的分子式是，分子构型为。YX2的电子式是，分子构型为，中心原子发生了_______杂化。（3）Y与Z形成的化合物的分子式是_______，该化合物中化学键是______键（填“极性”或“非极性”），该分子属于_____分子（填“极性”或“非极性”）。（4）Y的氢化物中分子构型为正四面体的是_______（填名称），键角为_______，中心原子的杂化形式为_______。（5）X的氢化物的分子构型为______，键角为______，中心原子的杂化形式________。 .（1）1s22s22p4（2）SO2V形直线形SP（3）CS2极性键非极性（4）甲烷10928′sp3（5）V形105sp3 （2007海南·25）A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：（1）A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为；（2）B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为，C的元素符号为；（3）D元素的正三价离子的3d亚层为半充满，D的元素符号为，其基态原子的电子排布式为。（4）E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为，其基态原子的电子排布式为。 答案：（1）N（2）ClK（3）Fe1s22s22p63s23p63d64s2（4）Cu1s22s22p63s23p63d104s1考点：本题考查了常见元素种类推断以及原子结构。 （07年宁夏理综·31B）[化学—选修物质结构与性质]已知A、B、C、D和E5种分子所含原子数目依次为1、2、3、4和6，且都含有18个电子。又知B、C和D是由两种元素的原子组成。请回答：（1）组成A分子的原子的核外电子排布式是；（2）B和C的分子式分别是和；C分子的立体结构呈型，该分子属于分子（填“极性”或“非极性”）；（3）若向D的稀溶液中加入少量二氧化锰，有无色气体生成。则D的分子式是，该反应的化学方程式为；（4）若将1molE在氧气中完全燃烧，只生成1molCO2和2molH2O，则E的分子式是。 答案：（1）1s22s22p63s23p6（2）HClH2SV极性（3）H2O22H2O2MnO22H2O+O2↑（4）CH4O解析：（1）因A有18个电子且只有1个原子，所以A为18号元素Ar，按照核外电子排布规律可以写出其电子排布式为1s22s22p63s23p6。（2）B、C两分子均有2种元素组成的，是分别含有2和3个原子的18电子的分子，所以B为HCl，C为H2S，H2S的结构与水分子的结构相似均为“V”型的极性分子。（3）因为D分子中含有4个原子、2种元素、18个电子，且在溶液中加入MnO2后生成无色气体，所以D为H2O2。反应的化学方程式为2H2O2MnO22H2O+O2↑。（4）因为1molE在氧气中完全燃烧，只生成1molCO2和2molH2O，所以1个E分子中含有1个C原子和4个H原子。又因为E分子中含有6个原子且为18电子分子，因此E中含有的另一个原子为O原子。因此E的化学式为CH4O。 氮是地球上极为丰富的元素。(l)Li3N晶体中氮以N3－存在，基态N3－的电子排布式为。(2)N≡N的键能为942kJ·mol－1，N一N单键的键能为247kJ·mol－1，计算说明N2中的键比键稳定（填"σ"或"π"）。(3)(CH3)3NH＋和AlCl4－可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于100℃，其挥发性一般比有机溶剂（填“大”或“小”)，可用作（填代号）。a．助燃剂b．"绿色"溶剂c．复合材料d．绝热材料 (4)X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3＋形成的晶体结构如图所示。X的元素符号是，与同一个N3＋相连的X＋有个。(l)1s22s22p6(2）πσ(3）小b(4)Cu6