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分子结构与性质

基础题组

1.(1)比较下列锗的卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因:

。

熔点/℃

沸点/℃

GeCl4

-49.5 83.1 GeBr4

26 186

(2)硅烷(SinH2n+2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示,呈现这种变化关系的原因是

。 GeI4

146 约400

(3)ⅥA族元素O、S、Se的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题: ①H2Se的酸性比H2S

(填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为

,S为

。 ②H2SeO3的K1和K2分别为2.7×10-3和2.5×10-8,H2SeO4第一步几乎完全电离,K2为1.2×10-2,请根据结构与性质的关系解释H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因:

。 (4)试比较H2O和H2S的沸点高低:

,解释原因

。 2.[Zn(CN)4]2-在水溶液中与HCHO发生如下反应: 4HCHO+[Zn(CN)4]2-+4H++4H2O

[Zn(H2O)4]2++4HOCH2CN 的立体构型

1

HOCH2CN的结构简式

(1)Zn2+基态核外电子排布式为

。 (2)1 mol HCHO分子中含有σ键的数目为

mol。 (3)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是

。 (4)与H2O分子互为等电子体的阴离子为

。

(5)[Zn(CN)4]2-中Zn2+与CN-的C原子形成配位键。不考虑空间构型,[Zn(CN)4]2-的结构可用示意图表示为

。 3.下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶: 2Cr2+3CH3CH2OH+16H++13H2O

4[Cr(H2O)6]3++3CH3COOH (1)Cr3+基态核外电子排布式为

;配合物[Cr(H2O)6]3+中,与Cr3+形成配位键的原子是

(填元素符号)。 (2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为

;1 mol CH3COOH分子含有σ键的数目为

。 (3)与H2O互为等电子体的一种阳离子为

(填化学式);H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为

。 4.(2017广东茂名二模)铁是一种重要的过渡元素,能形成多种化合物,如可作染料的普鲁士蓝,其化学式为KFe[Fe(CN)6]。

(1)Fe2+基态核外电子排布式为

。 (2)在普鲁士蓝中,存在的化学键有离子键、

和

。 (3)一定条件下,CN-可被氧化为OCN-。OCN-中三种元素的电负性由大到小的顺序为

;碳原子采取sp杂化,1 mol 该物质中含有的π键数目为

。 (4)与CN-互为等电子体的一种分子为

(填化学式)。 5.短周期元素X和Y处于同一主族。负二价的元素X和氢元素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)在元素X和元素Y形成的化合物中,写出X质量分数为50%的化合物的化学式:

;该分子中中心原子采取sp2杂化,是

分子,分子空间构型为

。 2

(3)写出X和Y形成的X的质量分数为60%的化合物的化学式:

;该分子中中心原子采取sp2杂化,是

分子,分子空间构型为

。 (4)由H、X、Y三种元素形成的常见化合物有两种,它们的水溶液均呈酸性,试分别写出它们的分子式:

、

,并比较酸性强弱:

。

提升题组

6.铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。

(1)Fe3+基态核外电子排布式为

。 (2)丙酮(为

。 )分子中碳原子轨道的杂化类型是

,1 mol丙酮分子中含有σ键的数目(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为

。 (4)乙醇的沸点高于丙酮,这是因为

。 (5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为

。

图1

FexNy晶胞结构示意图

图2

转化过程的能量变化

7.(2017课标Ⅲ,35,15分)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2

CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题: (1)Co基态原子核外电子排布式为

。元素Mn与O中,第一电离能较大的是

,基态原子核外未成对电子数较多的是

。 3

(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为

和

。 (3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为

,原因 是

。 (4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在

。

(5)MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为

nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为

nm。 8.(2016课标Ⅱ,37,15分)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题: (1)镍元素基态原子的电子排布式为

,3d能级上的未成对电子数为

。 (2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。

①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是

。 ②在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为

,提供孤电子对的成键原子是

。 ③氨的沸点

(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是

;氨是

分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为

。 (3)单质铜及镍都是由

键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为:ICu=1 958 kJ·mol-1、INi=1 753 kJ·mol-1,ICu>INi的原因是

。 (4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。

①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为

。 ②若合金的密度为d g·cm-3,晶胞参数a=

nm。

4

答案精解精析

基础题组

1.答案

(1)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次升高。原因是分子组成和结构相似的物质,相对分子质量依次增大,则分子间相互作用力逐渐增强

(2)硅烷的相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高

(3)①强

平面三角形

三角锥形

②H2SeO3和H2SeO4可分别表示为(HO)2SeO和(HO)2SeO2,H2SeO3中的Se为+4价,而H2SeO4中的Se为+6价,正电性更高,导致Se—O—H中O的电子更向Se偏移,从而更易电离出H+

(4)H2O>H2S

H2O分子间存在氢键,H2S分子间只存在范德华力,强度:氢键>范德华力,故H2O的沸点比H2S的高

解析

(3)①SeO3中心原子的价电子对数为=3(σ键电子对数为3,孤电子对数为0),S对数为中心原子的价电子的立体构=4(σ键电子对数为3,孤电子对数为1),由价层电子对互斥理论可判断出SeO3、S型分别为平面三角形和三角锥形。

2.答案

(1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) (2)3 (3)sp3和sp (4)N

(5)或

解析

(1)基态Zn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2,Zn原子失去4s轨道上的2个电子形成Zn2+,由此可写出Zn2+基态核外电子排布式。

(2)HCHO的结构式为,则1 mol HCHO分子中含有3 mol σ键。

(3)HOCH2CN的结构式为化。

,中的C原子采取sp3杂化,—CN中的C原子采取sp杂(4)等电子体具有相同的原子数和相同的价电子数,与H2O分子互为等电子体的阴离子为N5

。

3.答案

(1)1s22s22p63s23p63d3{或[Ar]3d3}

O (2)sp3和sp2

7 mol(或7×6.02×1023) (3)H2F+

H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键

解析

(1)Cr为24号元素,铬原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,Cr3+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3);与Cr3+形成配位键的应为含孤对电子的氧原子。

(2)甲基(—CH3)中的碳原子轨道杂化类型为sp3,羧基(—COOH)中的碳原子轨道杂化类型为sp2;一个CH3COOH分子中有六个单键均为σ键,还含有一个碳氧双键,碳氧双键中含一个σ键、一个π键,共含7个σ键。

(3)等电子体必须满足原子个数和电子个数均相等;H2O与CH3CH2OH中均含羟基(—OH),可形成氢键。

4.答案

(1)1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6

(2)共价键

配位键

(3)O>N>C

2NA

(4)CO或N2

解析

(1)Fe原子的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,所以Fe2+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6。

(2)KFe[Fe(CN)6]属于离子化合物,是一种复盐,也是一种配合物,阳离子是K+、Fe3+,阴离子是配离子[Fe(CN)6]4-(其中Fe为+2价),其中K+、Fe3+和[Fe(CN)6]4-以离子键相结合,[Fe(CN)6]4-中Fe2+和CN-以配位键相结合,CN-内C和

N以共价键相结合。

(3)OCN-中的C原子采取sp杂化,则其空间构型为直线形,结合OCN-与CO2互为等电子体,可知OCN-的结构式是[OCN]-,则1 mol OCN-中含有的π键数目是2NA。

5.答案

(1)X在第二周期第ⅥA族;Y在第三周期第ⅥA族

(2)SO2

极性

V形

(3)SO3

非极性

平面三角形

(4)H2SO3

H2SO4

H2SO4>H2SO3

解析

根据氢化物化学式H2X,知×100%=88.9%,得M(X)=16,从而推知X为O,则Y为S,二者形成的化合物分别为SO2、SO3,根据杂化轨道理论可确定其分子空间构型和极性。(4)H、O、S三种元素组成的化合物为H2SO3、H2SO4,H2SO3可写成(HO)2SO、H2SO4可写成(HO)2SO2,由(HO)mROn中n值越大酸性越强,可知酸性:H2SO4>H2SO3。

提升题组

6

6.答案

(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5

(2)sp2和sp3

9 mol

(3)H

(4)乙醇分子间存在氢键

(5)Fe3CuN 解析

本题考查核外电子排布式的书写、杂化类型的判断、化学键、电负性的比较及晶胞的相关计算等知识。

(1)Fe3+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。

(2)丙酮分子中有两种碳原子,其中—CH3中碳原子为sp3杂化,中碳原子为sp2杂化;单键均是σ键,一个双键中有一个σ键和一个π键,故1 mol丙酮分子中含有9 mol σ键。

(3)依据同周期元素电负性变化规律可知,电负性:C

(4)乙醇分子间存在氢键,使得乙醇沸点较高。

(5)由图2可知更稳定的Cu替代型产物为Cu替代a位置Fe型,利用均摊法可得晶胞中各原子个数Cu:8×=1,Fe:6×=3,N:1,故化学式为Fe3CuN。

7.答案

(1)[Ar]3d74s2

O

Mn (2)sp

sp3

(3)H2O>CH3OH>CO2>H2

H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2分子量较大、范德华力较大

(4)离子键和π键((5)0.148

0.076 解析

本题考查基态原子核外电子排布式、第一电离能、中心原子杂化方式、物质沸点高低比较、晶体相关计算等。(1)Co的原子序数为27,其基态原子核外电子排布式为[Ar]3d74s2;根据第一电离能的变化规律可知,O元素第一电离能较大;Mn基态原子价电子排布式为3d54s2,O基态原子价电子排布式为2s22p4,Mn基态原子核外未成对电子数较多。(2)CO2分子中C原子采取sp杂化,CH3OH分子中C原子采取sp3杂化。(4)Mn(NO3)2属于离子化合物,含有离子键,N中既有σ键又有π键。(5)由晶胞结构可知键) r(O2-)=a =0.148 nm,r(Mn2+)==0.076 nm。

8.答案

(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2

2 (2)①正四面体

②配位键

N ③高于

NH3分子间可形成氢键

极性

sp3

7

(3)金属

铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子

(4)①3∶1 ②解析

(2)①S×107

中S原子的价层电子对数==4,采取sp3杂化,立体构型为正四面体;②Ni2+与NH3之间形成共价键时Ni提供空轨道,N提供孤电子对,形成配位键;③氨分子之间形成氢键,分子间作用力增大,故沸点高于膦(PH3);氨分子中N原子的价层电子对数==4,采取sp3杂化,四个杂化轨道中有三个轨道被共用电子对占据,一个轨道被孤电子对占据,是极性分子。

(3)金属单质形成的晶体均为金属晶体,金属晶体中只含有金属键。

(4)①晶胞中含Cu原子数为×6=3,含Ni原子数为×8=1,两者数量比为3∶1;②由题意可得:d=,解得a=

nm。

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