统考版高考化学复习高频考点分层集训第十二单元物质结构与性质课练38分子结构与性质含答案

课练38　分子结构与性质

1.[2022·安徽安庆质检]氮元素及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

（1）基态氮原子的核外共有　　种不同运动状态的电子，N2O的空间构型为　　　　　　，NH4NO3中N的杂化方式为　　　　　。

（2）氮元素的第一电离能在同周期中从大到小排第　　　　位，写出与NO互为等电子体的一种非极性分子的化学式　　　　。

（3）已知NH3分子的键角约为107°，而PH3分子的键角约为94°，试用价层电子对互斥理论解释NH3的键角比PH3的键角大的原因_________________________________。

（4）乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）分子中氮原子轨道的杂化类型为　　　　　，乙二胺和三甲胺[N（CH3）3]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高很多，原因是

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（5）N元素可以形成两种含氧酸HNO2和HNO3，酸性是HNO3　　　　　HNO2（填“强于”或“弱于”），原因是_____________________________________________________

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2.[2022·江苏徐州月考]砷（As）元素及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

（1）基态As原子的核外电子排布式为　　　　，砷与硒的第一电离能较大的是　　　　。

（2）传统中药的砷剂俗称“砒霜”，其分子结构如图所示，该化合物中As、O原子的杂化方式分别为　　　　　　、　　　　　　。

（3）Na3AsO4可作杀虫剂。AsO的立体构型为　　　　　，与其互为等电子体的分子的化学式为　　　　　　　（任写一种）。

（4）H3AsO4和H3AsO3是砷的两种含氧酸，请根据物质结构与性质的关系，解释H3AsO4比H3AsO3酸性强的原因_______________________________________________________

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3.（1）①H2SeO3的中心原子杂化类型是　　　　　；SeO的立体构型是　　　　　。

与SeO互为等电子体的分子有（写一种物质的化学式即可）　　　　　。

②H2Se属于　　　　　（填“极性”或“非极性”）分子；单质硒的熔点为217 ℃，它属于　　　　　晶体。

（2）①根据价层电子对互斥理论判断下列分子或离子中空间构型是V形的是　　　　（填字母）。

A．H3O＋　　B．H2O

C．NO    D．NO

②分子（CN）2中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，分子中每个原子最外层均满足8电子稳定结构，其结构式为　　　　　　　　　，1个分子中含有　　　　　个π键；（CN）2称为“拟卤素”，具有类似Cl2的化学性质，则（CN）2与NaOH水溶液反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。

（3）铜是重要的金属，广泛应用于电气、机械制造、国防等领域，铜的化合物在科学研究和工农业生产中有许多用途。

①CuSO4晶体中S原子的杂化方式为　　　　　。

②向CuSO4溶液中加入过量氨水，可生成[Cu（NH3）4]SO4，下列说法正确的是　　。

a.氨气极易溶于水，是因为NH3分子和H2O分子之间形成3种不同的氢键

b．NH3分子和H2O分子的立体构型不同，氨分子的键角小于水分子的键角

c．[Cu（NH3）4]SO4所含有的化学键有离子键、极性共价键和配位键

d．[Cu（NH3）4]SO4的组成元素中电负性最大的是氮元素

4.请回答下列问题：

（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：

以下关于维生素B1的说法正确的是　　　　　。

a．只含σ键和π键

b．既有共价键又有离子键

c．该物质的熔点可能高于NaCl

d．既含有极性键又含有非极性键

（2）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　　　　　。

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

（3）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　　　　　。氨气极易溶于水，其原因是

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（4）液氨常被用作制冷剂，若不断地升高温度，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分别是①　　　　　　　　；②极性键；③　　　　　。

5.镧系是位于元素周期表中第ⅢB族、原子序数为57～71的元素。

（1）镝（Dy）的基态原子电子排布式为[Xe]4f106s2，画出镝（Dy）原子外围电子排布图（轨道表示式）：　　　　　　　　　　　　。

（2）高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3＋，基态时Cu3＋的电子排布式为　　　　　。

（3）观察下面四种镧系元素的电离能数据，判断最有可能显示＋3价的元素是　　　　　　（填元素名称）。几种镧系元素的电离能（单位：kJ·mol－1）

（4）元素铕（Eu）可以形成配合物[Eu（NH3）2（H2O）2]Cl2。

①配合物的中心原子的配位数为　　　　　，配体分子具有相同的　　　　　（从给出选项中用序号表示）。

a．分子的立体构型　b．VSEPR构型

c．键角　d．孤电子对数　e．中心原子的价层电子对数

②写出氮的最简单气态氢化物水溶液中存在的氢键：　　　　　　（任写一种）。

③元素Al也有类似成键情况，气态氯化铝分子可表示为（AlCl3）2，分子中Al原子杂化方式为　　　　　　　　，分子中所含化学键类型有　　　　（填字母）。

a．离子键    b．极性键    c．非极性键    d．配位键

（5）PrO2（二氧化镨）的晶体结构与CaF2相似，晶胞中镨原子位于面心和顶点，则PrO2的晶胞中有　　　　个氧原子；已知晶胞参数为a pm，密度为ρ g·cm－3，Mr（PrO2）＝173，则NA＝　　　　　　　　（用含a、ρ的代数式表示）。

6.碳、硫和钒的相关化合物在药物化学及催化化学等领域应用广泛。回答下列问题。

（1）基态钒原子的结构示意图为　　　　。

（2）VO的中心原子上的孤电子对数为　　　　，一个VO中含有　　　　个σ键。

（3）2­巯基烟酸氧钒配合物（图1中W）是副作用小且能有效调节血糖的新型药物。

①该药物中N原子的杂化方式是

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②X、Y、Z三种物质在水中的溶解性由大到小的顺序为　　　　，原因是

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已知：多原子分子中，若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成大π键。大π键可用表示，其中m、n分别代表参与形成大π键的原子个数和电子数，如苯分子中的大π键表示为。

③下列微粒中存在大π键的是　　　　（填字母）。

A．O3　B．SO　C．H2S　D．NO

④CS2分子中大π键可以表示为__________________________________________。

（4）偏钒酸铵加热分解生成五氧化二钒、氨、水。偏钒酸铵的阴离子呈如图2所示的无限链状结构，则偏钒酸铵的化学式为　　　　。

课练38　分子结构与性质

1．答案：（1）7　直线形　sp3、sp2　（2）3　SO3或BF3　（3）N原子半径比P原子半径小，NH3分子中成键电子对间的距离较近，斥力更大　（4）sp3杂化　乙二胺分子间可形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键　（5）强于　HNO3中含有更多的非羟基氧，N的正电性较高，导致N—O—H中的电子向N偏移，因而在水分子的作用下就越容易电离出H＋，即酸性越强

解析：（1）基态氮原子核外有7个电子，每个电子的能量各不相同；N2O与CO2互为等电子体，空间构型与CO2的空间构型相同，均为直线形；NH4NO3中的两个氮原子均无孤电子对，NH中N为sp3杂化，NO中N为sp2杂化。（2）第二周期元素，第一电离能从左到右逐渐增大，但Be由于2p轨道全空，故其第一电离能比B大，N由于2p轨道半满，其第一电离能比O大，即第二周期元素第一电离能大小顺序为Ne>F>N>O>C>Be>B>Li，故氮元素在第二周期元素中第一电离能排第3位；与NO互为等电子体的非极性分子为SO3或BF3。（3）N原子半径比P原子半径小，NH3分子中成键电子对间的距离较近，斥力更大，故NH3的键角比PH3的键角大。（4）乙二胺分子中氮原子有一个孤电子对，N的杂化轨道数为4，故杂化类型为sp3杂化。乙二胺中氮原子上有氢原子，分子间可以形成氢键，而三甲胺中氮原子上没有氢原子，分子间不能形成氢键，故乙二胺比三甲胺的沸点高很多。（5）HNO3中含有更多的非羟基氧，N的正电性较高，导致N—O—H中的电子向N偏移，因而在水分子的作用下就越容易电离出H＋，即酸性越强。

2．答案：（1）1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3　As（或砷）　（2）sp3杂化　sp3杂化

（3）正四面体形　CF4（或SiF4、CCl4、SiCl4，合理即可）　（4）H3AsO4和H3AsO3可分别表示为（HO）3AsO和（HO）3As，H3AsO3中As为＋3价，而H3AsO4中As为＋5价，正电性更高，导致As—O—H中O的电子向As偏移，更易电离出H＋

解析：（1）基态As原子的核外有33个电子，根据构造原理知电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。砷由于4p轨道为半充满状态，结构稳定，第一电离能比Se大。（2）该化合物中As有一个孤电子对，杂化类型为sp3杂化，O有两个孤电子对，杂化类型为sp3杂化。（3）AsO中As无孤电子对，立体构型为正四面体形，与AsO互为等电子体的分子有CF4、SiF4、CCl4、SiCl4等。（4）两种含氧酸H3AsO4和H3AsO3可分别表示为（HO）3AsO和（HO）3As，H3AsO3中As为＋3价，而H3AsO4中As为＋5价，正电性更高，导致As—O—H中O的电子向As偏移，更易电离出H＋，所以H3AsO4比H3AsO3酸性强。

3．答案：（1）①sp3或[Ne]3s23p3　三角锥形　PCl3　②极性　分子　（2）①BD

②N≡C—C≡N　4　（CN）2＋2NaOH===NaCN＋NaCNO＋H2O　（3）①sp3　②c

解析：（1）①H2SeO3的中心原子的价层电子对数为×（6＋2）＝4，所以Se杂化方式为sp3杂化，SeO的中心原子Se的价层电子对数为×（6＋2）＝4，离子中有一个孤电子对，所以SeO的立体构型是三角锥形，等电子体是指价电子数和原子数都相等的微粒，与SeO互为等电子体的分子有PCl3。②H2Se分子中有孤电子对，所以H2Se属于极性分子，单质硒的熔点为217 ℃，比较低，所以它属于分子晶体。（2）①H3O＋中心原子O的价层电子对数为＝4，孤电子对数为1，所以空间构型是三角锥形；H2O的中心原子O的价层电子对数为＝4，孤电子对数为2，所以空间构型是V形；NO的中心原子N的价层电子对数为＝2，孤电子对数为0，所以空间构型是直线形；NO的中心原子N的价层电子对数为＝3，孤电子对数为1，所以空间构型是V形。②分子（CN）2中碳原子采取sp杂化，碳碳之间是单键，碳氮之间是三键，其结构式为N≡C—C≡N，碳氮三键中有两个π键，所以1个分子中含有4个π键；（CN）2与NaOH水溶液反应的化学方程式为（CN）2＋2NaOH===NaCN＋NaCNO＋H2O。（3）①SO中S原子的价层电子对数＝＝4，孤电子对数为0，采取sp3杂化；②氨气极易溶于水，是由于氨分子与水分子之间形成氢键，a错误；NH3分子和H2O分子的中心原子都是采用sp3杂化，但NH3分子内有1个孤电子对，H2O分子内有2个孤电子对，孤电子对越多对成键电子对的排斥作用力越强，键角被挤压得越小，故氨气分子的键角大于水分子的键角，b错误；[Cu（NH3）4]SO4所含有的化学键有[Cu（NH3）4]2＋与SO之间的离子键、氨分子与Cu2＋间的配位键和SO、NH3中的极性共价键，c正确；[Cu（NH3）4]SO4的组成元素中电负性最大的是氧元素，d错误。

4．答案：（1）bd　（2）d　（3）CO2　氨气分子为极性分子，易溶于极性溶剂水中，氨气分子与水分子间易形成氢键，氨气可与水反应　（4）氢键、范德华力　非极性键

解析：（1）由结构简式知，维生素B1中含有Cl－及另一种有机离子，存在离子键，其他原子之间形成共价键，故a错误、b正确；与氯化钠晶体相比，维生素B1中的阳离子比Na＋半径大，晶格能小，熔点不可能高于NaCl，故c错误；维生素B1中碳碳键为非极性键，氮氢键、氧氢键、碳氢键等为极性键，故d正确。（2）晶体溶于水的过程会电离出Cl－等，故需要克服离子键，维生素B1分子间存在氢键、范德华力，故d正确。（3）N2为单质，另外五种化合物中属于非极性分子的是CO2。NH3极易溶于水，是因为NH3和水均为极性分子，NH3溶于水后，NH3与水之间可形成氢键，NH3可与水反应。（4）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生成氮原子和氢原子破坏了非极性键。

5．答案：（1）　（2）[Ar]3d8（或1s22s22p63s23p63d8）　（3）镧　（4）①4　be　②N—H…O（或N—H…N或O—H…N或O—H…O）　③sp3　bd　（5）8　（或） mol－1

解析：（1）根据镝（Dy）的基态原子电子排布式[Xe]4f106s2可知，镝（Dy）原子外围4f能级上有10个电子，6s能级上有2个电子，则其外围电子排布图（轨道表示式）为。（2）Cu是29号元素，基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1，高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3＋，说明Cu失去3个电子，则基态时Cu3＋的电子排布式为[Ar]3d8（或1s22s22p63s23p63d8）。（3）第三电离能与第四电离能相差越大，＋3价可能性越大，则最有可能显示＋3价的元素是镧。（4）①根据配合物[Eu（NH3）2（H2O）2]Cl2结构可知，Eu与2个NH3、2个H2O形成4个配位键，因此该配合物的中心原子的配位数为4；氨气分子中价层电子对个数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋（5－3×1）＝4，因此N采取sp3杂化，VSEPR构型为四面体形；水分子中价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝2＋（6－2×1）＝4，因此O采取sp3杂化，VSEPR构型为四面体形；选项be符合题意；②N和O元素的电负性强，则NH3的水溶液中存在的氢键有：N—H…O（或N—H…N或O—H…N或O—H…O）。③在气态氯化铝（AlCl3）2中，每个Al原子与4个Cl原子形成4个σ键，则Al原子的杂化方式为sp3，在该分子中，与Al原子形成极性共价键的两个Cl原子中，有一个是配位键，氯原子提供电子，铝原子提供空轨道；气态氯化铝[（AlCl3）2]分子中所含化学键类型有极性键，配位键。（5）PrO2（二氧化镨）的晶体结构与CaF2相似，晶胞中镨原子位于面心和顶点，所以晶胞中镨原子的个数为：6×＋8×＝4，则氧原子个数为4×2＝8；根据上述分析可知，一个二氧化镨晶胞中含有4个PrO2，则ρ＝，则NA＝（或） mol－1。

6．答案：（1）　（2）0　4　（3）①sp2　②X>Z>Y　X中含有羧基，可以与水分子形成氢键，增强水溶性；Y中含有酯基和苯环，Z中含有酯基，都不利于其在水中的溶解　③AD　④　（4）NH4VO3

解析：（1）钒为23号元素，钒的原子结构示意图为：。（2）VO的中心原子为V，V上的孤电子对数为0，1个V原子与4个O原子结合形成化学键，所以一个VO中含有4个σ键。（3）①该药物中N原子形成2个σ键，1个π键，N原子的价层电子对数＝孤电子对数＋σ键个数＝1＋2＝3，所以N原子采取sp2杂化。②X中含有羧基，可以与水分子形成氢键，增强水溶性；Y中含有酯基和苯环，Z中含有酯基，都不利于其在水中的溶解，因此X、Y、Z三种物质在水中的溶解性由大到小的顺序为X>Z>Y。③从已知信息来看，形成大π键的条件是：原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道。根据价层电子对互斥理论，O3的空间构型为V形，SO的空间构型为正四面体，H2S的空间构型为V形，NO的空间构型为平面三角形。因此SO一定不存在大π键，H2S中H原子没有p轨道，也不存在大π键，O3和NO可以形成大π键。所以选AD。④CS2是直线形分子，又有p轨道，因此可以形成三原子四电子的大π键：。（4）由题图2可知每个V与3个O形成阴离子，结合题意可知V的化合价为＋5，则偏钒酸铵的化学式为NH4VO3。