2022届高考化学（人教版）一轮总复习练习：第31讲　分子结构与性质 Word版含解析

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第31讲 分子结构与性质
A组 基础必做题(40分)
一、选择题(本题包括4小题，每题4分，共16分)
1．(2020·山东，7)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是( A )
A．其熔点主要取决于所含化学键的键能
B．形成大π键的电子全部由N提供
C．分子中B和N的杂化方式相同
D．分子中所有原子共平面
[解析] B3N3H6分子的熔点主要取决于分子间作用力的大小，所含化学键的键能影响其稳定性，A错误；B3N3H6中只有N含有孤对电子，故形成大π键的电子全部由N提供，B正确；B3N3H6的结构式为，B和N均采取sp2杂化，C正确；由无机苯的分子结构与苯类似，可知分子中所有原子共平面，D正确。
2．(2021·宁夏六盘山模拟)下列有关氢键的说法正确的是( D )
A．HF溶液中存在三种类型的氢键
B．的沸点比的低
C．H2O的性质稳定，是因为水分子间存在氢键
D．形成分子内氢键，故比难电离
[解析] HF溶液中HF与HF、H2O与H2O、HF与H2O之间均存在氢键，氢键类型有如下4种：F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O，A项错误；形成分子间氢键，而形成分子内氢键，分子间氢键使的沸点比的高，B项错误；H2O的稳定性高，是因为水分子中H—O键的键能大，而氢键影响物理性质，C项错误；相对于，苯环上多了一个—COO－，羟基上的氢原子能与羧酸根上的氧原子形成氢键，使其更难电离出H＋，因此C的电离常数比的电离常数小，D项正确。
3．(2021·山东日照一模，5)短周期元素X、Y、Z原子序数依次增大，X元素基态原子有2个未成对电子，Y元素基态原子的核外p电子比s电子少1个，Z的一种超原子Zeq \\al(－,13)，具有40个价电子，下列说法错误的是( B )
A．XOeq \\al(2－,3)的空间构型为平面三角形
B．简单离子半径：YC．YOeq \\al(－,3)中心原子的杂化方式为sp2杂化
D．化合物ZY的结构与X的某种单质的结构相似
[解析] X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素，Y元素基态原子的核外p电子比s电子少1个，Y为N元素；X元素基态原子有2个未成对电子，X为C元素；Z的一种超原子Zeq \\al(－,13)具有40个价电子，则Z的价电子数为eq \f(40－1,13)＝3，Z为Al元素。COeq \\al(2－,3)中中心原子价层电子对数为3＋eq \f(4＋2－3×2,2)＝3，不含孤电子对，采用sp2杂化，空间构型为平面三角形，A选项正确；N3－与Al3＋的核外电子排布相同，而N的核电荷数小于Al，则离子半径：N3－>Al3＋，B选项错误；NOeq \\al(－,3)中中心原子的价层电子对数为3＋eq \f(5＋1－3×2,2)＝3，不含孤电子对，采用sp2杂化，C选项正确；化合物ZY为AlN，是原子晶体，属于类金刚石结构的氮化物，与C的单质金刚石结构相似，D选项正确。
4．(2021·山东烟台高三检测)下列描述中正确的是( D )
A．σ键一定比π键强度大
B．AB3型的分子空间构型一定为平面三角形
C．不同元素组成的多原子分子内的化学键一定是极性键
D．利用手性催化剂合成可得到一种或主要得到一种手性分子
[解析] σ键不一定比π键强度大，如氮气中σ键的强度比π键强度小，故A错误；NH3分子的空间构型为三角锥形，故B错误；H2O2分子中含有非极性键，故C错误；手性催化剂只能催化或主要催化一种手性分子的合成，所以可得到一种或主要得到一种手性分子，故D正确。
二、非选择题(本题包括2小题，共24分)
5．(2021·江西南昌模拟)(1)下列说法正确的是 BC (填字母)。
A．HOCH2CH(OH)CH2OH与CH3CHClCH2CH3都是手性分子
B．NHeq \\al(＋,4)和CH4的空间构型相似
C．BF3与都是平面形分子
D．CO2和H2O都是直线形分子
(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C与相邻C形成σ键的个数为 3 。
②图乙中，1号C的杂化方式是 sp3杂化 ，该C与相邻C形成的键角 < (填“>”“<”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。
(3)碳元素的单质有多种形式，下图依次是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 同素异形体 。
②金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式分别为 sp3杂化 、 sp2杂化 。
[解析] (1)A项，HOCH2CH(OH)CH2OH分子中没有手性碳原子，不属于手性分子，错误；B项，两种微粒均为正四面体结构，正确；C项，BF3为平面正三角形结构，苯为平面正六边形结构，两者均属于平面形分子，正确；D项，CO2分子为直线形结构，H2O分子为V形结构，错误。
(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图乙中1号碳形成了4个共价键，故其杂化方式为sp3；图甲中的键角为120°，而图乙中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，它们的组成元素相同，结构不同，互称为同素异形体。②金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键(即C原子采取sp3杂化方式)，构成正四面体；石墨烯中的碳原子采用sp2杂化方式与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六边形的平面层状结构。
6．(2021·山东潍坊高三检测)富镍三元层状氧化物(NCM811)作为下一代锂离子电池的正极材料被广泛关注和深入研究，纳米级TiO2形成的表面包覆对提高该材料的性能效果明显。回答下列问题：
(1)制备NCM811的过程中，残余的Li2CO3会破坏材料的界面。
ⅰ.COeq \\al(2－,3)的中心原子的价层电子对数为 3 ，立体构型是 平面三角形 ，其中C原子的杂化方式为 sp2 。
ⅱ.Li2CO3属于 离子 晶体，该晶体中含有的化学键为 ①③⑤⑥ (填序号：①离子键 ②金属键 ③极性键 ④非极性键 ⑤σ键 ⑥π键 ⑦配位键)，Li2CO3的电子式为 。
(2)该电池初始充电过程中，会有C2H2等气体产生。C2H2分子中，σ键和π键数目之比为 3︰2 ，其中C原子的杂化方式为 sp 。试分析C2H2难溶于水的原因： C2H2为非极性分子，H2O为极性分子，据“相似相溶”原理可知C2H2难溶于水 ，比较沸点：C3H8 < N2H4(填“<”或“>”)，解释原因： N2H4分子间形成氢键 。
[解析] (1)ⅰ.COeq \\al(2－,3)中C原子的价层电子对数是3＋eq \f(4＋2－3×2,2)＝3，没有孤电子对，C原子的杂化方式为sp2，COeq \\al(2－,3)的立体构型是平面三角形。ⅱ.Li2CO3由Li＋和COeq \\al(2－,3)构成，属于离子晶体；其中Li＋和COeq \\al(2－,3)之间形成离子键，COeq \\al(2－,3)中C、O原子间形成极性键，1个COeq \\al(2－,3)中有3个σ键、1个π键。
(2)碳碳单键为σ键，每个碳碳叁键中有1个σ键、2个π键，C2H2的结构简式为CH≡CH,1个CH≡CH分子中有3个σ键和2个π键，σ键和π键数目之比为3︰2。
B组 能力提升题(60分)
一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)
1．(2021·海南检测)碳、硫、氧、氮是中学常见元素，下列说法不正确的是( A )
A．CO2、SO2、NH3都是直线形分子
B．CO2、NH3、H2S的键角依次减小
C．H2O2、N2H4分子的中心原子都是sp3杂化
D．C、N、F元素的电负性依次增大
[解析] CO2分子中C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，为直线形分子，SO2分子中S原子价层电子对个数是3且含有一对孤电子对，为V形分子，NH3分子中N原子价层电子对个数是4且含有一对孤电子对，所以为三角锥形，故A不正确；二氧化碳是直线形分子、氨气分子为三角锥形分子且含有一对孤电子对、硫化氢为V形分子且含有两对孤电子对，且孤电子对之间的排斥力大于孤电子对和成键电子对之间的排斥力，所以CO2、NH3、H2S的键角依次减小，故B正确；H2O2分子中O原子价层电子对个数是4，N2H4分子中N原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论知，O、N原子都采用sp3杂化，故C正确；同一周期元素，元素电负性随着原子序数增大而增大，所以C、N、F元素的电负性依次增大，故D正确。
2．(2021·山东潍坊模拟)下列推断正确的是( D )
A．BF3为三角锥形分子
B．NHeq \\al(＋,4)的电子式为，离子呈平面正方形结构
C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s－p σ键
D．甲醛分子为平面三角形，有一个π键垂直于三角形平面
[解析] BF3为平面三角形，A错误；NHeq \\al(＋,4)为正四面体构型，B错误；甲烷分子中碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成4个sp3杂化轨道，然后与氢的1s轨道重叠，形成4个s－sp3σ键，C错误；甲醛分子为平面三角形，为sp2杂化，还有一个未参与杂化的p轨道与O原子形成π键，该π键垂直于杂化轨道的平面，D正确。
3．(2021·四川威远中学月考)下列对分子性质的解释中，不正确的是( A )
A．SO2易溶于水只是因为相似相溶原理
B．乳酸()分子中含有一个手性碳原子
C．H3PO4分子中P原子采取sp3杂化
D．由图知酸性：H3PO4>HClO，因为H3PO4中非羟基氧原子数大于次氯酸中非羟基氧原子数
[解析] 本题考查相似相溶原理、手性碳原子、无机含氧酸的酸性比较。SO2易溶于水，一是由于相似相溶原理，SO2和H2O都是极性分子，二是因为二者会发生反应产生H2SO3，A项错误；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，所以乳酸中次甲基碳原子为手性碳原子，B项正确；H3PO4分子中中心P原子价层电子对数为4，无孤电子对，采取sp3杂化，C项正确；H3PO4的非羟基氧原子数为1，次氯酸的非羟基氧原子数为0，无机含氧酸分子中非羟基氧原子数越多，酸性越强，所以磷酸的酸性强于次氯酸，D项正确。
4．(2021·山东威海一模)下列叙述错误的是( D )
A．C2H4分子中有π键
B．CH4的中心原子是sp3杂化
C．HCl和HI中化学键的类型和分子的极性都相同
D．价电子排布式为3s23p4的粒子其基态原子轨道表示式为
[解析] 乙烯分子中两个C原子之间形成碳碳双键，1个碳碳双键由1个σ键和1个π键组成，故A正确；CH4的中心碳原子价层电子对数为4，为sp3杂化，故B正确；HCl和HI中的共价键均为极性共价键，HCl和HI均为极性分子，故C正确；根据洪特规则，电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同，所以价电子排布式为3s23p4的粒子的基态原子轨道表示式为，故D错误。
二、非选择题(本题包括2小题，共36分)
5．(2021·湖北武汉模拟)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 sp3 ；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 H2O2、N2H4(合理即可) (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 HNO2、HNO3 ；酸根呈三角锥结构的酸是 H2SO3 (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 SOeq \\al(2－,4) ，阳离子中存在的化学键类型有 共价键和配位键 ；该化合物加热时首先失去的组分是 H2O ，判断理由是 H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱 。
[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＋eq \f(1,2)×(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)、，H—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，SOeq \\al(2－,3)价层电子对数为3＋eq \f(1,2)×(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。
6．(2021·山东潍坊高三检测)X、Y、Z、W为原子序数递增的短周期主族元素，R为过渡元素。Y的最高价氧化物的水化物是强酸，Z元素基态原子中有2个未成对电子，基态W原子的价层电子排布式为nsn－1npn－1，X与W为同主族元素。基态的R原子M能层全充满，核外有且仅有1个未成对电子。请回答下列问题：
(1)基态R原子的核外价层电子排布式为 3d104s1 。
(2)X、Y、Z三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 N>O>C (填元素符号)。
(3)元素Y的简单气态氢化物的沸点 高于 (填“高于”或“低于”)元素X的简单气态氢化物的沸点，其主要原因是 NH3分子间形成氢键 ；元素Y的简单气态氢化物中Y原子的杂化类型为 sp3 ，元素X的简单气态氢化物分子的空间构型为 正四面体 。
(4)Y的气态氢化物在水中可形成氢键，其氢键最可能的形式为 B (填字母序号)。

(5)分子中的大π键可用符号πeq \\al(n,m)表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数，X的最高价氧化物分子中的大π键应表示为 πeq \\al(4,3) ，其中σ键与π键数目之比为 1︰1 。
[解析] (1)基态Cu原子的核外有29个电子，价层电子排布式为3d104s1。
(2)同周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势，但N原子2p轨道半充满，第一电离能大于O，所以C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
(3)NH3分子间有氢键，NH3的沸点高于CH4的沸点，NH3中N原子价电子对数是4，N原子的杂化类型为sp3，CH4分子的空间构型为正四面体。
(4)从NH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－可以得出，水中H原子与NH3中N原子形成氢键，故选B。
(5)分子中的大π键可用符号πeq \\al(n,m)表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数，CO2分子中的大π键应表示为πeq \\al(4,3)，二氧化碳的结构是O===C===O，一个双键中有1个σ键和1个π键，二氧化碳中σ键与π键数目之比为1︰1。
次氯酸
Cl—OH
磷酸