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2023——2024 年解密高考化学大一轮复习精讲案
第五章 物质结构 元素周期律
专题二十 分子的性质、配合物与超分子
第一板块 明确目标
课标要求
核心素养
1. 理解分子的极性。
2. 掌握范德华力的含义及对物质性质的影响。
3. 理解氢键的含义, 能列举存在氢键的物质, 并能解释氢键对物质
性质的影响。
4. 理解配位键的含义。
5. 了解超分子的概念。
宏观辨识与微观探析
证据推理与模型认知
第二板块 夯实基础
1
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考点一 键的极性与分子极性
1.键的极性
(1)极性键与非极性键的比较
极性键
非极性键
成键原子
______种元素的原子间
______元素的原子间
电子对
______偏移(电荷分布不均匀)
________偏移(电荷分布均匀)
成键原子的
电性
H—Cl
呈电中性
思考 如何判断共价键极性的强弱?
______________________________________________________________________________
(2)键的极性对化学性质的影响
键的极性对羧酸酸性大小的影响实质是通过改变羧基中羟基的________而实现的,羧基中羟基的极性越
大,越____________,则羧酸的酸性越强。
①与羧基相邻的共价键的极性越大,羧基中________________,则羧酸的酸性越强。
②烷基是推电子基团,从而减小羟基的______,导致羧酸的酸性减小。一般地,烷基越长,推电子效应
________,羧酸的酸性________。
2.极性分子和非极性分子
(1)概念
极性分子:分子的正电中心和负电中心______,键的极性的向量和________零。
2
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非极性分子:分子的正电中心和负电中心________,键的极性的向量和________零。
(2)极性分子和非极性分子的判断方法
A—A
①
型分子一定是非极性分子、A—B 型分子一定是极性分子。
②判断ABn型分子极性的两条经验规律
a.中心原子A 化合价的绝对值等于该元素原子最外层电子数,则为非极性分子,反之则为极性分子。
b.中心原子A 没有孤电子对,则为非极性分子,反之则为极性分子。
考点二 分子间作用力
1.分子间作用力
(1)范德华力、氢键的对比
范德华力
氢键
作用微粒
分子或原子(稀有气体分子)
H 与N、O、F 等电负性很大
的原子
分类
分子内氢键和分子间氢键
特征
____方向性和饱和性
____饱和性和方向性
强度
共价键>______>_______
影响其强度的因素
①组成和结构相似的物质,
相对分子质量______,范德
华力越大;
②分子的极性______,范德
华力越大
X—H…Y 强弱与X 和Y 的电
负性有关
对物质性质的影响
主要影响物理性质(如熔、沸点)
(2)氢键的表示方法(以HF 分子间氢键为例)
应用举例
已知邻羟基苯甲醛(
)与对羟基苯甲醛(
)的沸点相差很大,其中沸点较高
的是____________,请画出上述两种物质形成氢键的情况:______________
______________________________________________________________________________。
2.分子的溶解性
(1)“相似相溶”规律
①非极性溶质一般能溶于________溶剂,极性溶质一般能溶于________溶剂。
②分子结构相似的物质易互溶。
(2)氢键对分子溶解性的影响
3
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若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度________。
3.分子的手性
(1)手性异构:具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如同左手和右手一样互为______,在三维空间
里____________的现象。
(2)手性分子:具有____________的分子。
(3)手性碳原子:在有机物分子中,连有____________________的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分
子,如
。
考点三 配合物、超分子
1.配位键
(1)形成:由一个原子单方面提供____________而另一个原子接受孤电子对形成的共价键,即“电子对给予
—接受”键被称为________。
(2) 表示方法:常用“ ____” 来表示配位键,箭头指向接受孤电子对的原子,如NH 可表示为
______________,在NH 中,虽然有一个N—H 形成过程与其他3 个N—H 形成过程不同,但是一旦形成之
后,4 个共价键就完全________。
2.配位化合物
(1)概念:金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些____________(称为配体或配位体)以________结合
形成的化合物。
(2)形成条件
中心离子或原子:有空轨道,一般是带正电的金属离子,特别是过渡金属离子,如Fe3+、
Cu2+、Zn2+、Ag+等,但也有电中性的原子等。
配位体:其中的配位原子(配位体中直接同中心离子或原子配合的原子)有孤电子对。配位体可以是分子,
如CO、NH3、H2O 等,也可以是离子,如F-、Cl-、Br-、I-、CN-、SCN-、OH-等。
(3)组成:如[Cu(NH3)4]SO4
3.配合物的制备
实验操作
实验现象及有关的离子方程式
滴加氨水后,试管中首先出现____________:____________
_________________,氨水过量后沉淀逐渐______,得到深
蓝色的透明溶液:
_____________________________________
4
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_______________________________________________,滴
加乙醇后析出深蓝色晶体:[Cu(NH3)4]2++SO+
H2O=====[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
溶液变为____色:____________________________________
____________________________________________________
滴加AgNO3溶液后,试管中出现
______________________:
_______________________________________,再滴加氨水
后沉淀__________,溶液呈____色:
______________________
4.超分子
(1)概念
超分子是由__________________的分子通过________________形成的分子聚集体。
(2)超分子内分子间的作用力
多数人认为,超分子内部分子之间通过非共价键相结合,包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与
金属离子形成的弱配位键等。
(3)超分子的两个重要特征是分子识别和自组装。
(4)超分子的应用
在分子水平上进行分子设计,有序组装甚至复制出一些新型的分子材料。
【答案】
考点一 键的极性与分子极性
1.(1)不同 同种 发生 不发生
思考 成键元素电负性值差异越大,共价键的极性越强。
(2)极性 容易电离出H+ ①羟基的极性越大 ②极性 越大 越弱
2.(1)不重合 不等于 重合 等于
考点二 分子间作用力
1.(1)无 有 氢键 范德华力 越大 越大
应用举例
对羟基苯甲醛 邻羟基苯甲醛形成分子内氢键:
;对羟基苯甲醛形成分子间氢键:
5
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2.(1)①非极性 极性 (2)增大
3.(1)镜像 不能叠合 (2)手性异构体 (3)四个不同基团或原子
考点三 配合物、超分子
1.(1)孤电子对 配位键 (2)→
相同
2.(1)分子或离子 配位键 (3)配位原子 配位体 配位数
3.蓝色沉淀 Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH
溶解 Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH- 红
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3 白色沉淀 Ag++Cl-===AgCl↓ 溶解 无 AgCl+2NH3===[Ag(NH3)2]++
Cl-
4.(1)两种或两种以上 分子间相互作用
考点一 键的极性与分子极性
1.下列有关分子结构与性质的说法中,正确的是( )
A. 分子的稳定性既与键能、键长和键角有关,也与分子间作用力大小有关
B. 分子中的中心原子若通过sp3杂化轨道成键,则该分子一定为正四面体结构
C. 判断A2B 或AB2型分子是否是极性分子的依据是看分子中是否含有极性键
D. 由于
能形成分子内氢键,故
比
难电离
【答案】D
【解析】A.分子的稳定性与分子内的化学键强弱有关,分子间作用力是确定物质聚集状态,所以分子的
稳定性与分子间作用力的大小无关,A 项错误;
B.分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体结构,可能是三角锥形或V 形,如
6
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NH3是三角锥形,B 项错误;
C.对于A2B 或AB2型分子是由极性键构成的分子,由该分子的分子空间结构决定分子极性,如果分子的
立体构型为直线形、键角等于180°,致使正电中心与负电中心重合,这样的分子就是非极性分子如CO2,
若分子的立体构型为V 形、键角小于180°,正电中心与负电中心不重合,则为极性分子如H2O,C 项错误;
D.
相对于
,苯环上多了一个-COO-,羟基上与氧结合的氢原子能与羧基
上氧原子形成氢键,使-OH 其更难电离出H+,D 项正确;
答案选D。
2.数据是科学推理中的重要证据,出下表中的数据,所得推论正确的是( )
羧酸
丙酸
4.88
乙酸
4.76
甲酸
3.75
氯乙酸
2.86
二氯乙酸
1.29
三氯乙酸
0.65
三氟乙酸
0.23
A. 相同浓度下,乙酸的酸性一定强于氯乙酸
B. 烃基是吸电子基团,烃基越长,吸电子效应越大,使羧基中的羟基的极性越小,羧酸的酸性越弱
C. 卤素原子是推电子基团,卤素原子使得羧基中羟基的极性变小,导致二氯乙酸的酸性强于一氯乙酸
D. 氟原子的电负性大于氯原子,使
—的极性大于
—的极性,使三氟乙酸羧基中羟基的极性增大,
导致三氟乙酸容易电离出氢离子
【答案】D
7
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【解析】A.由表可知电离平衡常数Ka
=10-4.76,Ka
=10-2.86,电离平衡常数越大
电离程度越大,则相同浓度下,氯乙酸的酸性强于乙酸,A 错误;
B.烃基为推电子基团,碳原子数越多,推电子能力越强,则酸性越弱,故酸性有:甲酸>乙酸>丙酸,B
错误;
C.卤素原子为吸电子基团,卤素元素电负性越大,吸电子能力越强,故酸性:二氯乙酸>一氯乙酸,C
错误;
D.电负性越大吸引电子能力越强,F 的电负性大于Cl,则F-C 极性大于Cl-C 的极性,F 元素吸引电子能
力较大导致F3C-C 极性大于Cl3C-C 的极性,则三氟乙酸的羧基中的羟基的极性更大,更易电离出氢离子,
所以三氟乙酸的酸性较强,D 正确;故选:D。
3.下列叙述中正确的是( )
A. 以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子
B. 以极性键结合起来的分子一定是极性分子
C. 非极性分子只能是双原子单质分子
D. 金属银晶体为面心立方最密堆积,其配位数为8
【答案】A
【解析】A.全由非极性键结合的分子为非极性分子,如氧气、氮气、氯气等,故A 正确;B.以极性键
结合起来的分子可能为非极性分子,如甲烷、二氧化碳等,故B 错误;C.非极性分子可能为多原子分子,
如甲烷、二氧化碳等,故C 错误;D.金属银晶体为面心立方最密堆积,其配位数为12,故D 错误;故答
案为A。
4.科学家们合成了具有半导体特性的环状C18分子,其合成方法的示意图如图:
下列说法不正确的是( )
A. 键长:C≡C<C—C
B. 键能:C—O > C—C
C. C22O4为非极性分子
8
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D. C18晶体为分子晶体
【答案】C
【解析】A.碳碳双键的键长比碳碳单键的键长小,但比碳碳单键键长的
大,故A 正确;
B.氧元素的电负性大于碳元素,所以碳氧键的键能大于碳碳键,故B 正确;
C.由结构简式可知,C22O4为结构不对称的极性分子,故C 错误;
D.由结构简式可知,C18晶体为由分子形成的分子晶体,故D 正确;
故选C。
5.我国力争于2060 年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。下列关于CH4和CO2
说法正确的是( )
A. 固态CO2属于共价晶体
B. CH4键角大于CO2键角
C. CH4分子中含有极性共价键,是极性分子
D. 干冰中每个CO2分子周围紧邻12 个CO2分子
【答案】D
【解析】A. 从图中看出晶体由二氧化碳分子构成,固态CO2属于分子晶体,故A 错误;
B. 甲烷是正四面体构型,键角为109.5°,二氧化碳为直线形分子,键角为180°,CH4键角小于CO2键角,
故B 错误;
C. CH4分子中含有极性共价键,但分子为正四面体,结构对称,是非极性分子,故C 错误;
D. 干冰为面心立方堆积,干冰中每个CO2分子周围紧邻12 个CO2分子,故D 正确;
故选D。
考点二 分子间作用力
1.图为冰晶体的结构模型,大球代表O,小球代表H。下列有关说法正确的是( )
9
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A. 冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构
B. 冰晶体具有空间网状结构,是共价晶体
C. 水分子间通过
键形成冰晶体
D. 冰融化后,水分子之间的空隙增大
【答案】A
【解析】A.如图所示,每个水分子可以与另外四个水分子之间形成氢键,从而形成四面体结构,A 正确;
B.冰晶体属于分子晶体,B 错误;
C.冰晶体中的水分子主要是靠氢键结合在一起,氢键不是化学键,而是一种分子间作用力,C 错误;
D.冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性,故水分子间由氢键连接后,分子间空隙变大,而冰融化成
水后,体积减小,水分子之间空隙减小,D 错误;
故选A。
2.下列说法正确的是( )
A. 沸点:正戊烷>异戊烷>异丁烷、对羟基苯甲酸(
)>邻羟基苯甲酸(
)、氯化氢
>氟化氢
B. 已知:B 元素和Cl 元素的电负性差值大于N 元素和Cl 元素的电负性差值,故:BCl3分子的极性大于
NCl3
C. 键角大小比较:NH3>H2O、NH3>PH3、[Cu(NH3)4]2+的配体NH3>NH3分子
10
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D. 医学上研究发现
具有抗癌作用,而
没有抗癌作用,说明这两种分子与
和
一样,均互为同分异构体,分别是以Pt 原子、C 原子为中心的平面结构
【答案】C
【解析】
A.碳原子个数越多,沸点越高,支链越多,沸点越低,故沸点:正戊烷>异戊烷>异丁烷,对羟基苯甲
酸(
)形成分子间氢键,而邻羟基苯甲酸(
)形成分子内氢键,形成分子内氢键使得
物质沸点降低,故沸点:对羟基苯甲酸(
)>邻羟基苯甲酸(
),氟化氢(HF)分子间可
形成氢键,因此沸点:HF>HCl,A 错误;
B.元素电负性越大,原子对键合电子吸引力越大,所成键的极性也越大,但分子极性与电负性无关,
BCl3为非极性分子,分子的极性小于NCl3,B 错误;
C.NH3中N 周围有1 对孤电子对,H2O 中O 周围有2 对孤电子对,由于孤电子对对孤电子对的排斥作用
大于孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用,导致键角:NH3>H2O;NH3、
PH3的中心原子都是sp3杂化,均形成3 对共用电子对和一对孤电子对,中心原子的电负性越小,成键电子
对之间的斥力越小,键角越小,且原子半径:P>N, 键长:P-H>N-H,则成键电子对之间的排斥力由强
到弱的顺序为NH3>PH3,所以这三种物质的键角由大到小的顺序为NH3>PH3,同理,[Cu(NH3)4]2+的配体
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NH3不含有孤电子对,故键角:[Cu(NH3)4]2+的配体NH3>>NH3分子,C 正确;
D.
和
属于同一种物质,D 错误;答案选C
3.2010 年诺贝尔物理学奖所指向的是碳的又一张奇妙脸孔:人类已知的最薄材料——石墨烯。
下列说法中,正确的是( )
A. 固态时,碳的各种单质的晶体类型相同
B. 石墨烯具有导电性
C. 从石墨剥离得石墨烯需要破坏化学键
D. 石墨烯含有极性键
【答案】B
【解析】
A.碳各种单质的晶体类型不相同,如金刚石属于原子晶体,足球烯属于分子晶体,故A 错误;
B.石墨烯中含有自由移动的电子,所以具有导电性,故B 正确;
C.石墨中层与层间存在分子间作用力,所以从石墨剥离得到石墨烯需要破坏分子间作用力,故C 错误;
D.石墨烯中碳原子间含有非极性键,故D 错误;
故选:B。
4.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)CO2和CH3OH 分子中C 原子的杂化形式分别为_______和_______。
(2)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4 种物质中,沸点:H2O_______CO2:(填“大于”“小于”或“等
于”)。
(3)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_______。
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(4)丙酮(
)分子中甲基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
目为______。(设NA为阿伏加德罗常数的值)
(5)C、H、O 三种元素的电负性由小到大的顺序为_______。
(6)乙醇的沸点高于丙酮,这是因为_______。
【答案】(1) sp sp3
(2)大于
(3)离子键和π 键
(4) sp3 9NA
(5)H<C<O
(6)乙醇分子间可以形成氢键
【解析】
(1)CO2的结构式是O=C=O,碳原子的价层电子对数为
,故杂化方式为sp 杂化;CH3OH
中,碳原子连有4 个共价单键,价层电子对数为4,故杂化方式为sp3杂化;
(2)四种物质固态时均为分子晶体,分子晶体的沸点主要取决于分子间作用力的大小,包括范德华力与
氢键,范德华力主要考虑分子的极性和相对分子质量的大小,水与甲醇是极性分子,且分子间都存在氢键,
水分子中氢键比甲醇多,二氧化碳与氢气均为非极性分子,二氧化碳的相对分子质量大,范德华力大,故
沸点由高到低:H2O>CH3OH>CO2>H2,故答案为:大于;
(3)硝酸锰是离子化合物,故存在离子键,在
中,N 原子的价层电子对数为
,N 为
sp2杂化,离子的空间构型为平面三角形,N 的5 个价电子除去形成σ 键的三个电子,还有未成键的2 个电
子,它与3 个O 的未成键电子,加上得到的一个电子,形成4 中心6 电子
键;
(4)单键都是σ 键,双键中有一个σ 键,一个π 键,所以甲基中碳原子形成4 个σ 键,羰基中碳原子形成
3 个σ 键,均没有孤对电子,甲基中碳原子的价层电子对数为4,碳原子采用sp3杂化,羰基中碳原子的价
层电子对数为3,采用sp2杂化;丙酮分子中含有6 个碳氢键,2 个碳碳单键,1 个碳氧双键,双键中含有
一个σ 键,所以分子中含有9 个σ 键,所以1mol 丙酮分子中含有σ 键的数目为9NA;
(5)同周期从左到右,电负性逐渐增大,所以氧元素的电负性大于碳元素的电负性,而碳和氧在氢化物
均表现负化合价,所以碳元素和氧元素的电负性均比氢元素的电负性大,故电负性由小到大顺序:H<C<
O;
(6)乙醇分子间存在氢键,而丙酮分子间不存在氢键,故乙醇的沸点高于丙酮。
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5.绿芦笋中含有天门冬氨酸(结构如图)和微量元素硒、铬、锰等,具有提高身体免疫力的功效。回答下列
问题:
(1)天门冬氨酸中C、N、O 三种元素的第一电离能由大到小的顺序是____,电负性最大的元素的价层电子
轨道表示式____。铬元素位于周期表第____周期____族,其基态原子的电子排布式为____。
(2)天门冬氨酸中的共价键类型为____(填“σ 键”、“π 键”),其中N 原子的杂化轨道类型为____,图中O
—C—C 的键角__C—C—N 的键角(填“大于”或“小于”)。
(3)H2S 和H2Se 热稳定性较好的是____,从分子结构角度解释其原因:____。
(4)分子结构修饰在药物设计与合成中有广泛的应用。若将天门冬氨酸中的—NH2,换成—NO2,得到的新
物质的酸性会增强,原因是____。
(5)四个主族元素部分简单氢化物沸点随周期序数的变化如图所示。其中表示第VIA 族元素简单氢化物沸点
变化的是曲线____(填字母),用分子间作用力解释该曲线:____。O—H…O 的键能小于F—H…F,但水的
沸点高于HF 的原因可能是____。
某些氢键的键能和键长
氢键X—H…Y
键能/(kJ·mol-1)
键长/pm
代表性例子
F—H…F
28.1
255
(HF)n
O—H…O
18.8
276
冰
O—H…O
25.9
266
甲醇,乙醇
N—H…F
20.9
268
NH4F
N—H…O
20.9
286
CH3CONH2
N—H…N
5.4
338
NH3
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【答案】
(1) N、O、C
四 VIB 1s22s22p63s23p63d54s1
(2) σ 键、π 键 sp3 大于
(3) H2S S 的原子半径小于Se,S—H 键长较短,键能较大,分子的热稳定性更强
(4)O 的电负性比H 大,所以—NO2的极性大于—NH2,导致羧基上羟基的极性更大,更易电离出氢离子
(5) d H2O 分子间形成氢键,所以水的沸点反常高;H2Te、H2Se、H2S 均为分子晶体,相对分子质量越大,
范德华力越大,则沸点越高 H2O 分子间形成氢键的数量大于HF
【解析】
(1)同周期元素从左到右,第一电离能有增大趋势,N 原子2p 能级半充满,结构稳定,第一电离能大于同
周期相邻元素,所以C、N、O 三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N>O>C;电负性最大的元素是
O,价层电子轨道表示式
。铬是24 号元素,位于周期表第四周期VIB 族;根据洪特规则,
其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
(2)单键为σ 键,双键中有1 个σ 键、1 个π 键,天门冬氨酸中的既有σ 键又有π 键, N 原子形成3 个σ 键,
有1 个孤电子对,杂化轨道类型为sp3,双键碳价电子数为3,价电子对空间构型为平面三角形,单键碳原
子有4 个价电子对,价电子对空间构型为四面体,图中O—C—C 的键角大于C—C—N 的键角。
(3)同主族元素从上到下,气态氢化物稳定性减弱,H2S 和H2Se 热稳定性较好的是H2S;S 的原子半径小于
Se,S—H 键长较短,键能较大,所以分子的热稳定性更强。
(4)O 的电负性比H 大,所以—NO2的极性大于—NH2,导致羧基上羟基的极性更大,更易电离出氢离子,
所以若将天门冬氨酸中的—NH2,换成—NO2,得到的新物质的酸性会增强。
(5)水的沸点是100℃,表示第VIA 族元素简单氢化物沸点变化的是曲线d;H2O 分子间形成氢键,所以水
的沸点反常高;H2Te、H2Se、H2S 均为分子晶体,随相对分子质量增大,熔沸点升高;H2O 分子间形成氢
键的数量大于HF,所以水的沸点高于HF。
6.已知N、P 同属于元素周期表的第VA 族元素,N 在第2 周期,P 在第3 周期。NH3分子呈三角锥形,氮
原子位于锥顶,三个氢原子位于锥底,N—H 键间的夹角是107°。
(1)PH3分子与NH3分子的构型关系是________(填“相同”或“相似”或“不相似”),P—H______极
性(填“有”或“无”),PH3分子________极性(填“有”或“无”)。
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(2)NH3与PH3相比,热稳定性________更强(填化学式)。
(3)NH3、PH3在常温、常压下都是气体,但NH3比PH3易液化,其主要原因是________.
A.键的极性N—H 比P—H 强
B.分子的极性NH3比PH3强
C.相对分子质量PH3比NH3大
D.NH3分子之间存在特殊的分子间作用力
(4)笑气(N2O)是一种麻醉剂,有关理论认为N2O 与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)。已知
N2O 分子中氮原子只与氧原子相连,N2O 的电子式为____,其空间构型是____,由此可知它是____(填
“极性”或“非极性”)分子。
【答案】
相似 有 有 NH3 D
直线 极性
【解析】
(1)N、P 是同一主族的元素,形成的化合物结构相似,NH3分子是三角锥形,PH3分子也是三角锥形。P
—H 键是不同元素形成的共价键,是极性共价键;PH3分子是三角锥形分子,由于各个化学键的排列不对
称,因此该分子是极性分子。(2)(2)NH3与PH3相比,由于共价键N—H>P—H,共价键越强,断裂就
越难,物质的稳定性就越强。所以热稳定性NH3更强。(3)NH3、PH3在常温、常压下都是气体,但NH3
比PH3易液化,其主要原因是氨分子之间除了存在分子间作用力外,还存在氢键,增加了分子之间的吸引
力,使物质更容易由气态变为液态。故选项是D。(4)笑气(N2O)是一种麻醉剂,有关理论认为N2O 与
CO2分子具有相似的结构(包括电子式)。已知N2O 分子中氮原子只与氧原子相连,N2O 的电子式为
,等电子体结构相似,CO2是直线型分子,N2O 其空间构型也是直线型,由于分子中各个原
子的空间排列对称,所以它是非极性分子。
考点三 配合物、超分子
1.含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种
原子序数为48 的Cd2+配合物的结构如图所示,则下列说法正确的是( )
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A. 该螯合物中N 的杂化方式有2 种
B. 1mol 该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6mol
C. Cd 属于d 区元素
D. Cd 的价电子排布式为4d85s2
【答案】B
【解析】
A.该整合物中无论是硝基中的N 原子,还是
中的N 原子,还是六元环中的N 原子,N 均为
杂化,
即N 只有1 种杂化方式,A 错误;
B.该整合物中
与5 个N 原子、2 个O 原子形成化学键,其中与1 个O 原子形成的为共价键,另外的
均为配位键,故1mol 该配合物中通过整合作用形成6mol 配位键,B 正确;
C.原子序数为48 的Cd 属于ds 区元素,C 错误;
D.Cd 的价电子排布式为4d105s2,D 错误;
故选B。
2.配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]可用于离子检验,下列说法错误的是( )
A. 此配合物中存在离子键、配位键、极性键
B. 配离子为[Fe(CN)5(NO)]2-,中心离子为Fe3+,配位数为6
C. 1 mol 配合物中σ 键数目为10NA
D. 该配合物为离子化合物,1 mol 该配合物含有阴、阳离子的总数为3NA
【答案】C
【解析】
A.配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]是离子化合物,Na+与[Fe(CN)5(NO)]-以离子键结合;在络离子[Fe(CN)5(NO)]-
中配位体与中心Fe3+之间以配位键结合,在配位体CN-及NO 中存在极性键,故该化合物中存在离子键、配
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位键、极性键,A 正确;
B.配离子为[Fe(CN)5(NO)]2-,中心离子为Fe3+,配位体有5 个CN-和1 个NO,故其配位数为6,B 正确;
C.共价单键都是σ 键;共价三键中一个是σ 键,2 个是π 键;在该配位化合物中,配位体与中心Fe3+形成
6 个配位键;在配位体CN-中存在一个σ 键,在NO 中存在一个σ 键,故1 mol 配合物中σ 键物质的量是
(6+1×5+1)mol=12 mol,故含有的σ 键数目为12NA,C 错误;
D.化合物为离子化合物,易电离,完全电离成2 个Na+和1 个[Fe(CN)5(NO)]-,所以1mol 配合物完全电离
成2 mol Na+和1 mol [Fe(CN)5(NO)]-,电离共得到3NA的离子,D 正确;
故合理选项是C。
3.英国牛津大学的研究人员发现一种基于铝的配位化合物,它能将苯环转换成链状化合物,反应如下:
其中Dipp 为邻苯二甲酸异戊酯。下列说法正确的是( )
A. (CH3)2SnCl2有
和
两种结构
B. X、Y 均属于鳌合物,配位原子只有N、O
C. Y 中Al 的化合价为+2
D. Z 中处于同一平面的碳原子最多8 个
【答案】D
【解析】
A.(CH3)2SnCl2以Sn 为中心形成四面体结构,因此(CH3)2SnCl2没有同分异构体,A 错误
B.X 和Y 中的N 和O 与Al 形成鳌合环,但Y 中除N 和O 之外,Cl 也是配位原子,B 错误;
C.Y 中Al 的配位数为5,为+3 价的Al3+,C 错误;
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D.Z(
)中1-6 号C 在同一平面内,由于以Sn 为中心形成四面体,
因此7、8 和9、10 中只能各有一个可以在该平面内,因此最多8 个C 在一个平面内,D 正确;
故选D。
4.镍的合金及其配合物用途非常广泛。回答下列问题:
(1)基态Ni 原子的价电子排布式为___________ , 最高能级电子云轮廓图为___________形。
(2)Ni 与Ca 均位于第四周期,最外层电子数也相同,但Ni 的熔点和沸点均比Ca 的高,这是因为
___________。
(3)镍可形成Ni(NH3)4(NCS)2、Ni(NH3)4 (NO2)2、K2[NiF4]等多种配合物。
①配体NCS-中,三种元素的电负性最大的是___________。
②配体
的空间构型为___________形,中心原子的杂化方式是___________。
K
③
2[NiF4 ]可由反应NiF2 + 2KHF2=K2[NiF4]+2HF 制取,KHF2晶体中所含的化学键类型有___________(填
字母)。
A.离子键 B.σ 键 C.π 键 D.非极性键
(4)Ni2 MnGa 晶体的立方晶胞结构如图a 所示。
①已知Ni2MnGa 的晶胞参数为0.5822nm,设NA为阿伏加德罗常数的数值,则Ni2MnGa 晶体的密度为
___________(列出计算式)g· cm-3。
Ni
②
2MnGa 晶体的晶胞结构还可以用图b 表示,若●表示的是Mn,则
表示的是___________,⊕表示的
是___________。
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【答案】
(1) ①. 3d84s2
.
②球
(2)Ni 的原子半径比Ca 的小,价电子数比Ca 多,Ni 的金属键比Ca 的强
(3) ①. N
. V
. sp
②
③
2
. AB
④
(4) ①.
. Ni
. Ga
②
③
【解析】【小问1 详解】
镍元素的原子序数为28,基态原子的价电子排布式为3d84s2,最高能级是电子云轮廓图为球形的4s 能级,
故答案为:3d84s2;球;
【小问2 详解】
金属镍和金属钙都是金属晶体,镍原子的原子半径小于钙原子、价电子数多于钙原子,所以镍晶体中的金
属键强于钙晶体,熔点高于钙晶体,故答案为:Ni 的原子半径比Ca 的小,价电子数比Ca 多,Ni 的金属键
比Ca 的强;
【小问3 详解】
①元素的非金属性越强,电负性越大,三种元素的非金属性强弱顺序为N>S>C,则电负性最大的是氮元
素,故答案为:N;
②亚硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3,孤对电子对数为1,氮原子的杂化方式为杂化,离子的空间
构型为V 形,故答案为:V;sp2;
KHF
③
2晶体中含有氟化钾和氟化氢,则晶体中含有钾离子与氟离子形成的离子键,氢原子与氟原子形成的
σ 键,不含有π 键和非极性键,故选AB;
【小问4 详解】
①由晶胞结构可知,晶胞中位于体内的镍原子个数为8,位于顶点和面心的镓原子个数为8×
+6×
=4,
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位于棱上和体心的锰原子个数为12×
+1=4,设晶体的密度为dg/cm3,由晶胞的质量公式可得:
=( 0.5822×10—7)3d,解得d=,故答案为:
;
②由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点、面心、棱上和体心的
数目为8×
+6×
+12×
+1=8,位于体内的
●和⊕的个数都为4,若●表示的是锰原子,由晶体的化学式可知,
表示的是镍原子、⊕表示的是镓原
子,故答案为:Ni;Ga。
5.氮元素可以形成多种化合物。回答以下问题:
(1)基态氮原子的价电子排布式是_________________。
(2)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被-NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。
N
①
2H4的结构式为_____。
②肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应是:N2O4(l)+2N2H4(l)===3N2(g)+4H2O(g)
若该反应中有4mol N-H 键断裂,则形成的π 键有______mol。
③肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。N2H6SO4与硫酸铵晶体类型相同,则N2H6SO4的晶体内不存在____。
A.离子键 B.共价键 C.配位键 D.范德华力
(3)FeCl3溶液与KSCN 溶液混合,得到含多种配合物的红色溶液,其中配位数为5 的配合物的化学式是
__________。KSCN 中的阴离子与CO2互为等电子体,该阴离子的电子式是______________。
(4)美国科学家合成了结构呈“V”形对称的N5
+,已知该离子中各原子均达到8 电子稳定结构。则有关该
离子的下列说法中正确的是_______________________。
A.每个N5
+中含有35 个质子和36 个电子
B.该离子中有非极性键和配位键
C.该离子中含有2 个π 键
D.与PCl4
+互为等电子体
(5)图1 表示某种含氮有机化合物的结构,其分子内4 个氮原子分别位于正四面体的4 个顶点(见图
2),分子内存在空腔,能嵌入某离子或分子并形成4 个氢键予以识别。
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下列分子或离子中,能被该有机化合物识别的是_________(填标号)。
A.CF4 b.CH4 c.NH4+ d.H2O
(6)N 的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成:已知其阴离子构型为平面正三角形,则其阳离子
的构型为________形,阳离子中氮的杂化方式为_________。
【答案】 2s22p3
3 D K2[Fe (SCN)5]
B c 直线形 sp
【解析】
(1)N 是7 号元素,N 原子核外价电子排布式是2s22p3。(4)①N2H4分子中两个N 原子分别与2 个H 原
子形成两个N-H 共价键,两个N 原子之间形成一个N-N 共价键,所以N2H4的结构式为
;②
肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应是:N2O4(l)+2N2H4(l)===3N2(g)+4H2O(g);若该反应中有4mol N-
H 键断裂,即有1mol N2H4发生反应,根据方程式可知:每有2mol N2H4发生反应,产生3molN2,形成
6molπ 键。则1mol N2H4发生反应,形成的π 键有3mol。③肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。N2H6SO4与硫酸
铵晶体类型相同,是离子晶体,则N2H6SO4的晶体内存在离子键、共价键、配位键,不存在范德华力,故
选项是D。(3)FeCl3溶液与KSCN 溶液混合,得到含多种配合物的红色溶液,根据化合物中正负化合价
的代数和为0 的原则可知,其中配位数为5 的配合物的化学式是K2[Fe (SCN)5],KSCN 中的阴离子与
CO2互为等电子体,等电子体结构相似,则该阴离子的电子式是
;(4)A.每个N5
+中含有35
个质子和34 个电子,错误;B.该离子中有非极性键和配位键,正确;C.该离子中含有4 个π 键,错误;
D.N5
+与PCl4
+原子个数相等,电子数不等,不能互为等电子体,错误;(5)由于嵌入的微粒可以形成氢
键,根据形成氢键的元素是N、O、F、H,而且形成4 个氢键,则可能微粒是NH4+,故选项是c;(6)N
的最高价氧化物N2O5为无色晶体,它由两种离子构成:已知其阴离子构型为平面正三角形,则该离子是
NO3
-,其阳离子是NO2
+,其中心原子价电子对数是:(5-1)÷2=2,所以N 原子杂化类型是sp 杂化,离子
的构型为直线形。
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第三板块 真题演练
1.(2022·浙江)关于化合物
,下列说法正确的是( )
A. 分子中至少有7个碳原子共直线
B. 分子中含有1个手性碳原子
C. 与酸或碱溶液反应都可生成盐
D. 不能使酸性KMnO4稀溶液褪色
【答案】C
【解析】
A.
图中所示的C原子为饱和碳原子,与甲烷的C相同,具有四面体结构,
故右侧所连的环可以不与其在同一直线上,分子中至少有5个碳原子共直线,A 错误;
B.
,分子中含有2个手性碳原子,B 错误;
C.该物质含有酯基,与碱溶液反应生成盐,有亚氨基,与酸反应生成盐,C 正确;
D.含有碳碳三键,能使酸性KMnO 4稀溶液褪色,D 错误。
2. (2021·湖北)下列有关N、P及其化合物的说法错误的是( )
A. N的电负性比P的大,可推断NC l3分子的极性比PC l3的大
B. N与N的π键比P与P的强,可推断N ≡N的稳定性比P≡P的高
C. N H 3的成键电子对间排斥力较大,可推断N H 3的键角比P H 3的大
D. HN O3的分子间作用力较小,可推断HN O3的熔点比H 3 PO4的低
【答案】A
【解析】
A . N的电负性比P的大,所以P和Cl的电负性差值比N和Cl的电负性差值大,因此PC l3分子的极性比
NC l3的大,故A 错误;
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B.N与N的π键比P与P的强,N ≡N更牢固,其稳定性比P≡P的高,故B 正确;
C.N H 3中的成键电子对距离近,成对电子对间的排斥力大,因此N H 3的键角比P H 3的大,故C 正确;
D.HN O3的相对分子质量小于H 3 PO4,HN O3分子间的作用力小,所以HN O3的熔点比H 3 PO4的低,
故D 正确;
故选:A。
3. (2021·辽宁)某多孔储氢材料前驱体结构如图,M、W 、X、Y 、Z五种元素原子序数依次增大,基态Z
原子的电子填充了3个能级,其中有2个未成对电子。下列说法正确的是 ( )
A. 氢化物沸点:X >Y
B. 原子半径:M < X <Y <Z
C. 第一电离能:W < X <Y <Z
D. 阴、阳离子中均有配位键
【答案】D
【解析】
某多孔储氢材料前驱体结构如图,M、W 、X、Y 、Z五种元素原子序数依次增大,由图可知,M形成1个
共价键,且原子序数最小,应为H元素,X能形成4个共价键,应为C元素,W 、Y 能分别形成4个共价键,
且分别形成阳离子、阴离子,则W 为B元素,Y 为N元素,Z形成2个共价键,基态Z原子的电子填充了3个
能级,其中有2个未成对电子,应为O元素,以此解答该题。
由以上分析可知M、W 、X、Y 、Z分别为H、B、C、N、O元素,
A.如为简单氢化物,由于N元素非金属性较强,则对应的氢化物氨气分子间存在氢键,沸点较高,故A 错
误;
B.C、N、O位于同一周期,从左到右,原子半径减小,故B 错误;
C.N原子最外层2 p能级为半充满结构,难以失去电子,第一电离能较大,应为W < X <Z <Y ,故C 错误;
D.阳离子中存在N −H配位键,阴离子中存在B−O配位键,故D 正确。
4.(2023·华侨、港澳联考)通常条件下,下列各组物质的性质排列顺序错误的是( )
A. 熔点:SiO2> P2O5>SO3
B. 水中溶解度:C H 4> N H 3> HF
C. 沸点:异丙醇>乙醇>甲醇
D. 酸性:HN O3> H 2C O3> H 3 BO3
【答案】B
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【解析】
A .SiO2是共价晶体,熔点最高,P2O5和SO3是分子晶体,P2O5的相对分子质量大于SO3的相对分子质
量,故熔点,P2O5>SO3,所以熔点:SiO2> P2O5>SO3,故A 正确;
B.N H 3和HF能和水形成分子间氢键,故易溶于水,因为F的电负性是大于N的,所以相应地,HF与水
形成的氢键,相对于N H 3与水形成的氢键也就更强,所以,HF在水中的溶解度大于N H 3,所以水中溶
解度:C H 4> HF > N H 3,故B 错误;
C.一元醇的熔沸点随着碳原子个数的增大而升高,沸点:异丙醇>乙醇>甲醇,故C 正确;
D. 元素的非金属性越强,其最高价氧化物水化物的酸性越强,非金属性N >C >B,故酸性
HN O3> H 2C O3> H 3 BO3,故D 正确;
故选:B。
5. (2023·浙江)共价化合物A l2C l6中所有原子均满足8电子稳定结构,一定条件下可发生反应:
A l2C l6+2 N H 3=2 Al( N H 3)C l3,下列说法不正确的是( )
A. A l2C l6的结构式为
B. A l2C l6为非极性分子
C. 该反应中N H 3的配位能力大于氯
D. A l2Br6比A l2C l6更难与N H 3发生反应
【答案】D
【解析】
A.Al原子的最外层电子数为3,共价化合物A l2C l6中所有原子均满足8电子稳定结构,则分子中Al、Cl原
子间存在配位键,导致每个Al与4个Cl原子形成4个共价键,所以A l2C l6的结构式为
,故A 正确;
B.A l2C l6的结构式为
,则A l2C l6分子是对称性分子,为非极性分子,故B 正确;
C.A l2C l6分子中Al、Cl原子间存在配位键,Al( N H 3)C l3分子中N H 3是配体,并且能发生反应
A l2C l6+2 N H 3=2 Al( N H 3)C l3,则N H 3的配位能力大于Cl原子,故C 正确;
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D.Br的原子半径大于Cl,则键能:Al−Br键< Al−Cl键,导致Al−Br键更易断裂,且N H 3能与Al原子
形成配位键,则A l2Br6比A l2C l6更易与N H 3发生反应,故D 错误;
故选D。
6.(2022·湖北)磷酰三叠氮是一种高能分子,结构简式为O = P( N 3)3。下列关于该分子的说法正确的是
A. 为非极性分子
B. 立体构型为正四面体形
C. 加热条件下会分解并放出N 2
D. 分解产物NPO的电子式为
【答案】C
【解析】
A.磷酰三叠氮分子不是对称结构,分子中的正负电荷重心是不重合的,是极性分子,故A 错误;
B.磷酰三叠氮分子含有三个P−N键及一个P =O双键,则立体构型为四面体构型,故B 错误;
C.磷酰三叠氮是一种高能分子,加热条件下会分解并放出N 2,故C 正确;
D.NPO为共价化合物,则电子式为
,故D 错误。
7. (2023·华侨、港澳联考)下列属于非极性分子的是( )
A. 对二甲苯
B. 苯甲酸
C. 对硝基甲苯
D. 苯甲醚
【答案】A
【解析】
A .对二甲苯为对称结构,正负电荷重心重合,为非极性分子,故A 正确;
B.苯甲酸含有极性键,分子不是对称结构,正负电荷的中心不重合,为极性分子,故B 错误;
C.对硝基甲苯分子正负电荷中心不重合,是极性分子,故C 错误;
D.苯甲醚中含有极性键,分子结构不对称,正负电荷的中心不重合,为极性分子,故D 错误;
故选:A。
8.(2023· 新课标)“ 肼合成酶” 以其中的F e
2+配合物为催化中心,可将N H 2OH与N H 3转化为肼
( N H 2 N H 2),其反应历程如图所示。
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下列说法错误的是( )
A. N H 2OH、N H 3和H 2O均为极性分子
B. 反应涉及N −H、N −O键断裂和N −N键生成
C. 催化中心的F e
2+被氧化为F e
3+,后又被还原为F e
2+
D. 将N H 2OH替换为N D2OD,反应可得N D2 N D2
【答案】D
【解析】
A.N H 2OH,N H 3,H 2O的电荷分布都不均匀,不对称,为极性分子,故A 正确;
B.由反应历程可知,有N −H,N −O键断裂,还有N −N键的生成,故B 正确;
C.由反应历程可知,反应过程中,F e
2+先失去电子发生氧化反应生成F e
3+,后面又得到电子生成F e
2+,
故C 正确;
D.由反应历程可知,反应过程中,生成的N H 2 N H 2有两个氢来源于N H 3,所以将N H 2OH替换为
N D2OD,不可能得到N D2 N D2,得到N D2 N H 2和HDO,故D 错误;
故选:D。
9. (2023·湖南)下列有关物质结构和性质的说法错误的是
A. 含有手性碳原子的分子叫做手性分子
B. 邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点
C. 酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应
D. 冠醚(18−冠−6)的空穴与K
+尺寸适配,两者能通过弱相互作用形成超分子
【答案】A
【解析】
A.有手性异构体的分子被称为手性分子,当分子中存在两个或两个以上的手性碳原子时候,会出现消旋体
的分子不是手性分子,A 错误;
B.邻羟基苯甲醛中存在分子内氢键,对羟基苯甲醛存在分子间氢键,因此邻羟基苯甲醛的熔沸点低于对羟
基苯甲醛的熔沸点,B 正确;
C.酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应,C 正确;
D.冠醚与离子之间以配位键的形式结合,属弱相互作用,D 错误。
10. (2021·辽宁)我国科技工作者发现某“小分子胶水”(结构如图)能助力自噬细胞“吞没”致病蛋白。下
列说法正确的是( )
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A. 该分子中所有碳原子一定共平面
B. 该分子能与蛋白质分子形成氢键
C. 1mol该物质最多能与3mol NaOH反应
D. 该物质能发生取代、加成和消去反应
【答案】B
【解析】
A.单键可以旋转,则该分子中所有碳原子不一定共平面,故A 错误;
B.该分子中含有羟基,能与蛋白质分子形成氢键,故B 正确;
C.该分子中的酚羟基、酯基能和NaOH反应,且酯基水解生成酚羟基,所以1mol该物质最多能消耗
4 molNaOH,故C 错误;
D.该物质不能发生消去反应,故D 错误。
11. (2021·山东)立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M (2 —甲基— 2 —丁醇)存在如图转化关系,
下列说法错误的是
A. N分子可能存在顺反异构
B. L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子
C. M的同分异构体中,能被氧化为酮的醇有4种
D. L的同分异构体中,含两种化学环境氢的只有1种
【答案】AC
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【解析】
M (
)在浓硫酸作催化剂并加热条件下发生消去反应生成N为
或
,N与HCl发生加成反应生成L,L能发生水解反应生成M,则L的结构简式
为
;
通过以上分析知,N为
或
,L的结构简式为
;
A. 连接碳碳双键的碳原子连接两个相同的原子或原子团时,该分子没有顺反异构,则
、
都不存在顺反异构,故A 错误;
B.手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子,L的同分异构体结构及手性碳原子(用∗标记)
29
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为
、
、
、
、
、
、
、
,任一同分异构体中最多含有1个手性碳原子,故B 正确;
C.当与羟基相连的碳原子上只有1个氢原子时,醇发生催化氧化反应生成酮,满足条件的结构有:
、
、
,共3种,故C 错误;
D.连接在同一碳原子上的氢原子等效,连接在同一碳原子上的甲基等效,L的同分异构体结构及手性碳原
子(用∗标记)为
、
、
、
、
、
、
、
,含有2种化学环境的氢原子的结构为
,故D 正
确。
12. (2021·华侨、港澳联考) Ni为元素周期表中第四周期Ⅷ族的元素之一。回答下列问题:
(1)写出元素Ni的核外电子排布式_______。
(2)制取高纯Ni的一种方法为:230℃温度下加热分解¿(CO)4生成金属Ni,¿(CO)4的熔点为−19.3℃,
沸点为42.5℃。在¿(CO)4中,CO中的C提供电子对给Ni,形成_______键;¿(CO)4的晶体类型为
_______。
(3)常温下,金属Ni为面心立方最密堆积,微粒间的作用力是_______,Ni原子的配位数为_______。
(4)NiO晶体为NaCl型结构。NiO晶胞中¿ — O核间距为apm,晶体中N i
2+离子间最短的距离为_____pm,
NiO晶体密度为_____(写出计算式)。
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【答案】(1)[ Ar ]3d
84 s
2
(2)配位共价键;分子晶体
(3)金属键;12
(4)√2a;
4×(16+59)
(2a×10
−10)
3⋅N A
g·c m
−3
【解析】
(1)元素Ni为28号元素,核外电子排布式为[ Ar ]3d
84 s
2。
(2)在¿(CO)4中,CO中的C提供电子对给Ni,形成配位键;¿(CO)4的熔沸点低,为分子晶体。
(3)常温下,金属Ni为金属晶体,微粒间的作用力是金属键,金属Ni为面心立方最密堆积,Ni原子的配位
数为12。
(4)NiO晶体为NaCl型结构。NiO晶胞中¿ — O核间距为apm,则晶胞边长为2a pm,晶体中N i
2+离子间
最短的距离为晶胞面对角线的一半,即√2apm,NiO晶胞中含有4个N i
2+、4个O
2−,则晶体密度为
4×(16+59)
N A
g÷(2a×10
−10cm)
3=
4×(16+59)
(2a×10
−10)
3⋅N A
g·c m
−3。
13. (2021·全国乙卷)过渡金属元素铬(Cr )是不锈钢的重要成分,在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。
回答下列问题:
(1)对于基态Cr原子,下列叙述正确的是 ______ (填标号)。
A.轨道处于半充满时体系总能量低,核外电子排布应为[ Ar ]3d
54 s
1
B.4 s电子能量较高,总是在比3 s电子离核更远的地方运动
C.电负性比钾高,原子对键合电子的吸引力比钾大
(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr( N H 3)3( H 2O)2Cl ]
2+中提供电子对形成配位键的原子是
______ ,中心离子的配位数为 ______ 。
(3)[Cr( N H 3)3( H 2O)2Cl ]
2+中配体分子N H 3、H 2O以及分子P H 3的空间结构和相应的键角如图所示。
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P H 3中P的杂化类型是 ______ 。N H 3的沸点比P H 3的 ______ ,原因是 ______ 。H 2O的键角小于
N H 3的,分析原因 ______ 。
(4)在金属材料中添加AlC r2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlC r2具有体心四方结
构,如图所示。处于顶角位置的是 ______ 原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和r Al,则金属原子空间占
有率为 ______ %(列出计算表达式)。
【答案】(1) AC
(2)N、O、Cl; 6
(3)s p
3; 高; N H 3的分子间形成了氢键;H 2O、N H 3的VSEPR模型为四面体,H 2O有2对孤电子
对、N H 3有1对孤电子对,由于孤电子对间排斥力>孤电子对和成对电子对间的排斥力>成对电子对间的排
斥力,故H❑2O的键角小于N H 3
(4) Al;
4
3 π(4×rCr
3 +2×r Al
3 )
a
2c
×100
【解析】
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(1) A .24号Cr元素原子的电子排布式为:1s
22s
22 p
63 s
23 p
63d
54 s
1,故A 正确;
B.4 s电子能量较高,电子在离核更远的区域出现的概率大,并不是总是在比3 s电子离核更远的地方运动
故B 错误;
C.钾原子对键合电子的吸引力小,易失电子,而Cr原子对电子的键合能力较强,不易失电子,电负性比钾
大,故C 正确,
故答案为:AC;
(2)C r
3+提供空轨道,C r
3+与3个N H 3、2个H 2O、1个C l
−形成配位键,则提供电子对形成配位键的原
子是N、O、Cl,配位数为6,
故答案为:N、O、Cl;6;
(3)P H 3中P原子形成3个σ键,有1对孤电子对,则P的杂化类型是s p
3;N H 3的分子间形成了氢键,而
P H 3中没有氢键的存在,则N H 3的沸点比P H 3的高;H 2O中O原子形成2个σ键,有2对孤电子对,
N H 3中N原子形成3个σ键,有1对孤电子对,VSEPR模型都为四面体,由于孤电子对间排斥力>孤电子对
和成对电子对间的排斥力>成对电子对间的排斥力,所以H 2O的键角小于N H 3的键角,
故答案为:s p
3;高;N H 3的分子间形成了氢键;H 2O和N H 3的VSEPR模型都为四面体构型,H 2O有2
对孤电子对、N H 3有1对孤电子对,由于孤电子对间排斥力>孤电子对和成对电子对间的排斥力>成对电子
对间的排斥力,H 2O的键角小于N H 3;
(4)根据均摊法,晶胞中黑球位于晶胞的体心和顶点,个数为8× 1
8 +1=2,白球位于棱上和晶胞体内,个
数为8× 1
4 +2= 4,根据化学式AlC r2,Al原子与Cr原子的数目比为1:2,则处于顶角位置的黑球为Al,
金属原子的空间占有率= 金属原子的总体积
晶胞的体积
×100 % =
4
3 π(4×rCr
3 +2×r Al
3 )
a
2c
×100 %,
故答案为:Al;
4
3 π(4×rCr
3 +2×r Al
3 )
a
2c
×100。
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第四板块 模拟提升
1. 下列说法正确的是( )
A. 金刚石与石墨烯中的C −C −C夹角都为120°
B. Si H 4、SiC l4都是由极性键构成的非极性分子
C. 锗原子(❑32Ge)基态核外电子排布式为4 s
24 p
2
D. ⅣA族元素单质的晶体类型相同
【答案】B
【解析】
A .金刚石中的碳原子为正四面体结构,C −C −C夹角为 109
∘28′ ,故A 错误;
B. Si H 4 的化学键为Si−H,为极性键,为正四面体,正负电荷中心重合,为非极性分子; SiC l4 的化学
键为Si−Cl,为极性键,为正四面体,正负电荷中心重合,为非极性分子,故B 正确;
C.锗原子( ❑32Ge )基态核外电子排布式为 [ Ar ]3d
104 s
24 p
2 ,故C 错误;
D.ⅣA族元素中的碳元素形成的石墨为混合晶体,而硅形成的晶体硅为原子晶体,故D 错误;
故选B。
2. 化合物Z是合成抗多发性骨髓瘤药物帕比司他的重要中间体,可由下列反应制得。
下列有关X、Y 、Z的说法正确的是
A. 1mol X中含有2mol碳氧π键
B. Y 与足量HBr反应生成的有机化合物中不含手性碳原子
C. Z在水中的溶解度比Y 在水中的溶解度大
D. X、Y 、Z分别与足量酸性KMnO4溶液反应所得芳香族化合物相同
【答案】D
【解析】
A.X中醛基上含π键,则1molX中含有1mol碳氧π键,故A 错误;
B.Y 中碳碳双键与HBr发生加成反应,连接4个不同基团的碳为手性碳,则加成后与溴原子相连的碳为手
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性碳原子,故B 错误;
C.Y 中含有的羟基、羧基都是亲水基团,Z中只有羟基是亲水基团,且Z的疏水基团比较大,Y 在水中的溶
解度比Z在水中的溶解度大,故C 错误;
D.羟基、醛基、碳碳双键均可被酸性高锰酸钾氧化,则X、Y 、Z分别与足量酸性KMnO4溶液反应所得芳
香族化合物均为对苯二甲酸,故D 正确;
3. 周期表中VA族元素及其化合物作用广泛。氨是重要的化工原料,广泛用于生产铵盐、硝酸、纯碱、医
药等;肼(N 2 H 4)的燃烧热为624 kJ ⋅mol
−1,是常用的火箭燃料;氮和磷都是植物生长的营养元素,单质
磷可由磷酸钙、石英砂和碳粉在电弧炉中熔烧制得;砷化镓是典型的二代半导体材料,在700~900℃条
件下,As H 3与Ga(C H 3)3通过化学气相沉积可制得砷化镓晶体;铅锑合金一般用作铅蓄电池的负极材料。
下列说法正确的是
A. NH 4
+和N H 3中的H — N — H键角相等
B. As H 3和Ga(C H 3)3晶体类型均为共价晶体
C. N H 3和N 2 H 4都是由极性键构成的非极性分子
D. 基态砷原子(❑33 As)核外价电子排布式为4 s
24 p
3
【答案】D
【解析】
A . N H 3 中的N原子有一个未成键的孤电子对, NH 4
+ 没有,孤电子有较大的斥力,所以 NH 4
+ 和 N H 3
中的H — N — H键角不相等,A 错误;
B. N H 3 是分子晶体, Ga(C H 3)3 含有金属−碳键,属于金属有机化合物,B 错误;
C. N H 3 的氮原子含有一个孤电子对,使分子的正电中心与负电中心不重合,故分子是极性分子, N 2 H 4
中氮原子之间以非极性键结合,C 错误;
D.基态砷原子 (❑33 As) 核外电子排布式为 1s
22s
2s p
63 s
23 p
63d
104 s
24 p
3 ,价电子排布式为 4 s
24 p
3 ,
D 正确;
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4. 部分含氯物质与相应氯元素的化合价关系如图所示。下列说法错误的是
A. a、b分子均属于非极性分子
B. c的化学式为ClO2,电负性O>Cl
C. 酸性d > H 3 PO4,非金属性Cl> P
D. e的钠盐中相关元素形成的简单离子半径大小:C l
−>O
2−> N a
+
【答案】A
【解析】
A .a为HCl,属于极性分子,b为C l2,为非极性分子,A 错误;
B.c为ClO2,非金属性O>Cl,故电负性:O>Cl,B 正确;
C.非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性:Cl> P,d为HClO4,故酸性
HClO4> H 3 PO4,C 正确;
D.e的钠盐为NaClO,电子层数越多,半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小,C l
−核外
有3个电子层,O
2−、N a
+的核外均有2个电子层,核电荷数Na>O,则半径: C l
−>O
2−> N a
+ ,D 正确;
5. 下列说法中正确的是
A. 氢键仅存在于分子间
B. SO2和SiO2晶体类型相同
C. N 2的沸点比CO低主要是由于范德华力不同
D. C O2溶于水和干冰升华都只有范德华力改变
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【答案】C
【解析】
A.有的物质(如邻羟基苯甲酸)分子内存在氢键,因此氢键不仅存在于分子间,有的也存在于分子内,故A
错误;
B. SO2 是由分子构成的晶体, SiO2 是由原子构成的空间网状结构的晶体,前者属于分子晶体,后者属于
共价晶体,二者晶体类型不同,故B 错误;
C. N 2 与CO都属于分子晶体,则 N 2 的沸点比CO低主要是由于范德华力不同,故C 正确;
D. C O2 溶于水可与水反应生成碳酸,除了范德华力改变,共价键也发生了改变,干冰升华仅有范德华力
改变,故D 错误;
答案选C。
6. 咔唑(
)是一种新型有机液体储氢介质。下列说法正确的是
A. 电负性: N > H >C
B. 同周期元素中第一电离能小于N的有4种
C. 咔唑的沸点比
的沸点高
D. 基态氮原子的外围电子轨道表示式不能写为
,因为违背了泡利不相容原理
【答案】C
【解析】
A .非金属性越强,电负性越大,则电负性:N >C > H,A 错误;
B.在第二周期元素中第一电离能小于N的有:Li、Be、B、C、O共5种,B 错误;
C .咔唑能形成分子间氢键,所以咔唑的沸点比
的沸点高,C 正确;
D .基态氮原子的外围电子轨道表示式不能写为
,因为违背了洪特规则,D 错误。
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7. N 2O5在HClO4中可生成硝酰正离子( N O2
+):N 2O5+3 HClO4=2 N O2
++3ClO4
−+ H 3O
+。已知
N 2O5的结构如图,下列说法错误的是( )
A. N 2O5是非极性分子
B. HClO4分子间存在氢键
C. N O2
+空间构型为直线形
D. H 3O
+中的O是s p
3杂化
【答案】A
【解析】
A .由图可知,N 2O5是折线形的结构,分子中正负电荷重心是不重合的,是极性分子,故A 错误;
B.HClO4分子中含有−OH,满足形成分子间氢键的条件,故B 正确;
C.N O2
+的价层电子对数=2+ 5−1−2×2
2
=2,无孤电子对,空间构型为直线型,故C 正确;
D.H 3O
+的价层电子对数=3+ 6−1−1×3
2
= 4,杂化方式为s p
3杂化,故D 正确;
故选:A。
8. 硫酸盐气溶胶为P M 2.5的主要组成成分,科学家最近发现了一种“水分子桥”催化促进硫酸盐形成的
化学机制,如图所示。下列说法不正确的是( )
A. “水分子桥”的形成与氢键有关
B. 该机制可以解决由N O2造成的空气污染问题
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C. HSO3
−与N O2的总反应为HSO3
−+ N O2+ H 2O = HN O2+ HSO4
−
D. 电子传递可以促进HSO3
−中O−H键的解离,进而形成中间体SO3
−
【答案】C
【解析】
A .由图可知,HSO3
−中H与H 2O中O之间存在氢键,N O2与H 2O之间也存在氢键,所以“水桥”的形成
与氢键有关,故A 正确;
B.依据图示可知该过程可以消耗二氧化氮,所以该机制可以解决二氧化氮形成的环境污染问题,故B 正确;
C.HSO3
−与N O2反应生成HN O2、HSO4
−,则HSO3
−与N O2间发生的总反应的离子方程式:
HSO3
−+2 N O2+ H 2O =2 HN O2+ HSO4
−,故C 错误;
D.由图可知,传递电子后HSO3
−中O−H键断裂,形成SO3
−,所以电子传递可以促进HSO3
−中O−H键的
解离,进而形成中间体SO3
−,故D 正确;
故选:C。
9. 竹简是汉字传承的载体之一。出土后竹简中的木质素(多元酚)与F e
3+发生配位反应,导致字迹颜色变
深难以辨认,使用维生素C修复可使竹简变回浅色。下列关于维生素C的说法不正确
的是( )
A. 化学式为C6 H 8O6
B. 分子中含有2种官能团
C. 具有还原性,能还原F e
3+使竹简变回浅色
D. O原子有孤电子对,推测能与F e
3+形成配位键
【答案】B
【解析】
A .根据维生素C的结构简式可知其分子式为:C6 H 8O6,故A 正确;
B.分子中含有羟基、酯基和碳碳双键,有三个官能团,故B 错误;
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C.维生素C具有还原性,还原F e
3+使竹简变回浅色,故C 正确;
D.F e
3+含有空轨道,O原子含有孤电子对,O与F e
3+可形成配位键,故D 正确;
故选:B。
10. X为含C u
2+的配合物。实验室制备X的一种方法如图。下列说法不正确的是( )
A. ①中发生反应:C u
2++2 N H 3⋅H 2O =Cu(OH )2↓+2 N H 4
+
B. 在①和②中,氨水参与反应的微粒相同
C. X中所含阴离子是SO4
2−
D. X的析出利用了其在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度
【答案】B
【解析】
向CuSO4溶液中加入氨水,发生①中反应,生成Cu(OH )2沉淀,离子方程式为:
C u
2++2 N H 3⋅H 2O =Cu(OH )2↓+2 N H 4
+,继续加入氨水,沉淀溶解,②中反应为:
Cu(OH )2+ 4 N H 3⋅H 2O =[Cu( N H 3)4]
2++2O H
−+ 4 H 2O,加入乙醇,析出X,X为C u
2+的配合物,
故X为深蓝色晶体[Cu( N H 3)4]SO4⋅H 2O,据此分析作答即可。
A.根据分析可知,①中发生反应:C u
2++2 N H 3⋅H 2O =Cu(OH )2↓+2 N H 4
+,故A 正确;
B.根据分析可知,在①和②中,氨水参与反应的微粒分别为C u
2+和Cu(OH )2,故B 错误;
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C.根据分析可知,X为深蓝色晶体[Cu( N H 3)4]SO4⋅H 2O,X中所含阴离子是SO4
2−,故C 正确;
D.由图可知,X的析出利用了其在乙醇中的溶解度小于在水中的溶解度,故D 正确;
故选:B。
11. 近日,某科学家开发了一种用二氧化碳淡化海水的技术,其循环图如图:
已知:R为烃基,RN H 2是一元弱碱,易溶于水。电离常数:K b( RN H 2)> K a( H 2C O3)。下列叙述错误
的是( )
A. RN H 2中N提供孤电子对能与质子形成配位键
B. RN H 3 HC O3溶液呈弱碱性
C. RN H 2可以循环利用
D. 在常压、高温条件下海水淡化速率最快
【答案】D
【解析】
A . RN H 2是一元弱碱,即RN H 2中N提供孤电子对与水中H
+结合形成配位键,从而促进水的电离,是溶
液显碱性,故A 正确;
B.因为电离平衡常数:K b( RN H 2)> K a( H 2C O3),则RN H 3 HC O3相当于强碱弱酸盐,溶液呈弱碱性,
故B 正确;
C.由图可知,RN H 2在C O2吸收过程中,被消耗掉,在离子交换后,又重新生成,可以循环利用,故C 正
确;
D.常压、高温不利于的C O2溶解,故在高压、常温条件下海水淡化速率最快,故D 错误;
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故选:D。
12. F e
3+可与H 2O、SC N
−、F
−等配体形成配位数为6的配离子,如[ Fe( H 2O)6]
3+(浅紫色)、
[ Fe(SCN )6]
3−(红色)、[ Fe F6]
3−(无色),但不能与N O3
−形成配离子。某同学完成如图实验:
下列有关叙述不正确的是( )
A. [ Fe( H 2O)6]
3+为浅紫色,但溶液I却呈黄色,是F e
3+水解的产物所致
B. 溶液II、III的颜色分别为红色和无色,说明其中不存在[ Fe( H 2O)6]
3+
C. 为了观察到溶液I中[ Fe( H 2O)6]
3+的浅紫色,可向溶液中加入硝酸
D. 已知F e
3+与SC N
−、F
−的反应在溶液中存在以下平衡:
F e
3++6 SC N
−⇌[ Fe(SCN )6]
3−K 1 F e
3++6 F
−⇌[ Fe F6]
3−K 2。溶液II →溶液III,颜色由红色变为无
色。若该反应是可逆反应,其平衡常数为
K 2
K 1
【答案】B
【解析】
A .[ Fe( H 2O)6]
3+为浅紫色,但溶液I却呈黄色,是F e
3+水解生成了Fe(OH )3分散在溶液中,故A 正确;
B.溶液II、III的颜色分别为红色和无色,说明存在[ Fe(SCN )6]
3−(红色)和[ Fe F6]
3−(无色),溶液中同时
也存在[ Fe( H 2O)6]
3+,含量极少,故B 错误;
42
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C.为了观察到溶液I中[ Fe( H 2O)6]
3+的浅紫色,可向溶液中加入硝酸,抑制铁离子水解,增大
[ Fe( H 2O)6]
3+的浓度,故C 正确;
D.F e
3+与SC N
−、F
−的反应在溶液中存在以下平衡:F e
3++6 SC N
−⇌[ Fe(SCN )6]
3−K 1,
F e
3++6 F
−⇌[ Fe F6]
3−K 2,溶液II →溶液III,颜色由红色变为无色,该反应方程式为
[ Fe(SCN )6]
3−+6 F
−⇌
−[ Fe F6]
3−+6 SC N
−,若该反应是可逆反应,其平衡常数
K = c([ Fe F6]
3−)c
6(SC N
−)
c([ Fe(SCN )6]
3−)c
6( F
−)
= K 2
K 1
,故D 正确;
故选:B。
13. 含镓(Ga)化合物在半导体材料、医药行业等领域发挥重要作用。回答下列问题:
(1)基态Ga原子价电子的轨道表示式为______。
(2)Ga与Zn的第一电离能大小关系为:Ga______Zn(填“>”“<”或“=”)。
(3)Ga X 3的熔沸点如下表所示。
镓的卤化
物
GaC lGaBrGa I 3
熔点/℃
77.75122.3211.5
沸点/℃
201.2 279 346
100
①
℃,GaC l3、GaBr3和Ga I 3呈液态的是 ______(填化学式)。
②Ga F3的熔点约1000℃,远高于GaC l3的熔点,原因是 ______。
(4)镓配合物具有高的反应活性和良好的选择性在药物领域得到广泛的关注。GaC l3与2−甲基−8−羟基
喹啉(
)在一定条件下反应可以得到喹啉类家配合物,2−甲基−8−羟基喹啉分子中碳原
子的杂化轨道类型为______。
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(5)作为第二代半导体,砷化家单晶因其价格昂贵而素有“半导体贵族”之称。砷化镓是由Ga(C H 3)3和
As H 3在一定条件下制备得到,同时得到另一物质,该物质分子是 ______(填“极性分子”或“非极性分
子”),As H 3分子的空间形状为 ______。
(6)锰与镓同周期,M n
2+催化H 2O2分解:2 H 2O2(l)=2 H 2O(l)+O2(g) Δ H 1,其反应机理如图:
已知反应Ⅱ为:MnO2+ H 2O2(l)+2 H
+(aq)= M n
2+(aq)+O2( g)+2 H 2O(l) Δ H 2,写出反应 Ⅰ的
热化学方程式(焓变用Δ H 1和Δ H 2表示):______。( )
(7)钙与镓同周期,Ca F2晶胞结构见图,则距C a
2+最近且等距的F
−有 ______个。
【答案】(1)
(2)<
(3)GaC l3 Ga F3属于离子晶体,GaC l3为分子晶体,离子晶体熔点高于分子晶体
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(4)s p
2、s p
3
(5) 非极性分子 三角锥形
(6)H 2O2(l)+ M n
2+(aq)= MnO2(s)+2 H
+(aq) ΔH = Δ H 1−Δ H 2
(7)8
【解析】
(1)Ga原子的价电子排布为:4 s
24 p
1,由泡利原理、洪特规则,价电子排布图为
;
(2)原子轨道中电子处于半满、全满、全空时较稳定,原子越稳定,其第一电离能越大;Zn是全充满,相
对Ga更稳定,故第一电离能更大,故答案为:<;
(3)①根据表格中熔沸点信息,可知呈液态的是GaC l3;GaC l3、GaBr3和Ga I 3均属于分子晶体,相对
分子质量依次增大,分子间作用力增强,熔沸点依次升高,故答案为:GaC l3;
②Ga F3属于离子晶体,GaC l3为分子晶体,离子晶体熔点高于分子晶体,故答案为:Ga F3属于离子晶
体,GaC l3为分子晶体,离子晶体熔点高于分子晶体;
(4)2−甲基−8−羟基喹啉分子中环上碳原子的杂化轨道类型为s p
2杂化,甲基中碳原子的杂化轨道类型为
s p
3杂化,故答案为:s p
2、s p
3;
(5)Ga(C H 3)3和As H 3在一定条件下制备得到GaAs,根据原子守恒推知另一种产物为C H 4,C H 4为非
极性分子;As H 3分子中As原子采取s p
3杂化,分子空间结构为三角锥形,故答案为:非极性分子;三角
锥形;
(6)转化关系可知,过氧化氢和锰离子反应得到二氧化锰和氢离子:
2 H 2O2(l)=2 H 2O(l)+O2(g) Δ H 1 ①
MnO2+ H 2O2(l)+2 H
+(aq)= M n
2+(aq)+O2(g)+2 H 2O(l) Δ H 2 ②( )
依据盖斯定律①−②得到H 2O2(l)+ M n
2+(aq)= MnO2(s)+2 H
+(aq) ΔH = Δ H 1−Δ H 2,故答案为:
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H 2O2(l)+ M n
2+(aq)= MnO2(s)+2 H
+(aq) ΔH = Δ H 1−Δ H 2;
(7)由面心的C a
2+可知距离最近且等距的F
−个数为8个,故答案为:8。
14. 氢键对生命活动具有重要意义。DNA中四种碱基间的配对方式如图。(~代表糖苷键)
(1)基态N的核外电子排布式为 ______。
(2)碱基中的−N H 2具有一定的碱性,可以结合H
+形成−N H 3
+,从结构角度解释可以结合的原因:
______。
(3)鸟嘌呤是一种常见的碱基。
①鸟嘌呤中2号N的杂化类型为 ______。
②鸟嘌呤中N −H键的平均键长 ______。(填“大于”“小于”或“等于”)0.29nm。
(4)氢键在DNA复制过程中起重要作用
①碱基中,O、N能与H形成氢键而C不能,原因是 ______。
②下列说法正确的是 ______(填序号)。
a.氢键的强度较小,在DNA解旋和复制时容易断裂和形成
b.鸟嘌呤与胞嘧啶之间的相互作用比鸟嘌呤与胸腺嘧啶之间的更强
c .碱基配对时,一个H可以同时与多个原子形成氢键
(5)一定条件下鸟嘌呤会发生异构化,其1号N上的H会转移到O上形成−OH。
①鸟嘌呤异构化后的结构简式为 ______。
②鸟嘌呤异构化后最有可能配对的嘧啶碱基是 ______。
【答案】
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1s
22s
22 p
3 碱基中−N H 2具有中N原子提供孤电子对,H
+提供空轨道,形成−N H 3
+ s p
2 小于 C原
子的电负性比较小 ab
胸腺嘧啶
【解析】
(1)N为7号元素,基态N原子的核外电子排布式为1s
22s
22 p
3,
故答案为:1s
22s
22 p
3;
(2)碱基中−N H 2具有中N原子提供孤电子对,H
+提供空轨道,形成−N H 3
+,
故答案为:碱基中−N H 2具有中N原子提供孤电子对,H
+提供空轨道,形成−N H 3
+;
(3)①鸟嘌呤中2号N原子形成2个σ键,1个孤电子对,1个π键,为s p
2杂化,
故答案为:s p
2;
②N −H ⋯O氢键的键长为0.29nm,N −H的键能比氢键的大,键长更短,故鸟嘌呤中N −H键的平均
键长小于0.29nm,
故答案为:小于;
(4)①C原子的电负性较小,不能形成氢键,
故答案为:C原子的电负性较小;
②a.氢键键能比较小,容易断裂,在DNA解旋和复制时容易断裂和形成,故a正确;
b.鸟嘌呤与胞嘧啶之间的形成的3个氢键,鸟嘌呤与胸腺嘧啶形成2个氢键,形成的氢键越多相互作用力越
强,故b正确;
c .氢键具有方向性和饱和性,1个H原子只能形成1个氢键,故c错误;
故答案为:ab;
(5)①一定条件下鸟嘌呤会发生异构化,其1号N上的H会转移到O上形成−OH,C =O发生断裂,生成
C = N,其结构简式为
,
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故答案为:
;
②鸟嘌呤异构化后1号N原子上没有H原子,而两侧存在O−H、N −H,而胸腺嘧啶中间存在N −H键,
而两侧有O原子,可以形成3个氢键,鸟嘌呤异构化后最有可能配对的嘧啶碱基是胸腺嘧啶,
故答案为:胸腺嘧啶。
15. 碳、氮、铜形成的单质及它们形成的化合物有重要研究和应用价值,回答下列问题:
(1)邻氨基吡啶的铜配合物在有机不对称合成中起催化诱导效应,其结构简式如图所示。
①基态Cu原子的价电子排布式为___________,在元素周期表中铜位于_____区(填“s”“p”“d”或
“ds”)。
②C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为___________。
③邻氨基吡啶的铜配合物中,C u
2+的配位数是_____________,N原子的杂化类型为____________。
(2)C60是富勒烯族分子中稳定性最高的一种,N 60是未来的火箭燃料,二者结构相似。
①有关C60和N 60的说法中正确的是___________。
A .C60和N 60均属于分子晶体 B. N 60的稳定性强于N 2
C .C60中碳原子是s p
3杂化 D .C60易溶于C S2、苯
②近年来,科学家合成了一种具有“二重结构”的球形分子,它是把足球形分子C60容纳在足球形分子
Si60中,则该分子中含有的化学键类型为_______________________(填“极性键”“非极性键”)。
(3)原子坐标参数和晶胞参数是晶胞的两个基本参数。
①图a中原子坐标参数分别为:A(0,0,0),B( 1
2 , 1
2 ,0),C( 1
2 ,0, 1
2 ),则D的原子坐标参数为
____________。
②图b为铜的晶胞,铜原子半径为R nm,N A是阿伏加德罗常数的值,则铜晶体的密度为__________
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g·c m
−3(用含R、N A的式子表示)。
【答案】
(1)
3
①d
104 s
1;ds;②N >O>C;
4
③,s p
2、s p
3;
(2)①AD ②极性键、非极性键(3)①(0,1/2,1/2)②8√2×10
21
N A· R
3
【解析】
(1)①Cu的原子序数为29,基态Cu原子的价电子排布式为3d
104 s
1,在元素周期表中铜位于ds区;
②同周期从左到右第一电离能有增大的趋势,N的价电子排布为2s
22 p
3,2 p能级为半充满结构,第一电
离能变大,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邻氨基吡啶的铜配合物中,C u
2+形成2个Cu−N键,2个Cu−O键,C u
2+的配位数是4;
−N H 2上的N形成3个σ键,一对孤电子对,s p
3杂化,杂环上的N形成3个σ键,一个π键,s p
2杂化;
(2)①A .C60和N 60均由分子构成,属于分子晶体,故A 正确;
B.N 2形成三键,键能大,N 60的稳定性弱于N 2,故B 错误;
C.C60中碳原子形成3个σ键,一个π键,碳是s p
2杂化,故C 错误;
D.C60非极性分子,易溶于C S2、苯,故D 正确;
故选AD。
②C60置于“足球型”的Si60内合成“二重构造”球形分子C60 Si60,该反应中反应物全部加合在一起,类
似有机反应中的加成反应,其中C −C键、Si−Si键为非极性键;C −Si键为极性键;
(3)D的原子坐标参数x为0,y、z为1/2,D的原子坐标参数为(0,1/2,1/2);
Cu晶体的粒子堆积方式为面心立方最密堆积,该晶胞中Cu原子个数=6×1/2+8×1/8= 4,其晶胞体积
V =(2√2 R×10
−7)
3c m
3,
其
密
度
ρ=m/V = 4 M /( N AV )g·c m
−3=
64×4
N A×(2√2 R×10
−7)
3 = 8√2×10
21
N A· R
3
g·c m
−3
。
49
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50