2018届一轮复习人教版分子结构与性质学案(5)
第二节 分子结构与性质
本节共设计1个学案
[高考导航]
1．了解共价键的形成，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
2．了解简单配合物的成键情况。
3．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。
4．了解化学键与分子间作用力的区别。
5．了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质。
1．本质
在原子之间形成共用电子对(电子云的重叠)。
2．特征
具有饱和性和方向性。
3．分类
[注意] 只有两原子的电负性相差不大时，才能形成共用电子对，形成共价键，当两原子的电负性相差很大(大于1.7)时，不会形成共用电子对，而形成离子键。
4．键参数
(1)概念
(2)键参数对分子性质的影响
(3)键参数与分子稳定性的关系
键能越大，键长越短，分子越稳定。
5．等电子原理
原子总数相同、价电子总数相同的分子(即等电子体)具有相似的化学键特征，它们的许多性质相似，如CO和 N2。
(1)常见的等电子体汇总
微粒
价电子总数
立体构型
CO2、CNS－、NO、N
16e－
直线形
CO、NO、SO3
24e－
平面三角形
SO2、O3、NO
18e－
V形
SO、PO
32e－
正四面体形
PO、SO、ClO
26e－
三角锥形
CO、N2
10e－
直线形
CH4、NH
8e－
正四面体形
(2)等电子体的应用：推测结构与性质
①(BN)x与(C2)x，N2O与CO2等也是等电子体。
②硅和锗是良好的半导体材料，等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好的半导体材料。
③SiCl4、SiO、SO的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，中心原子都是sp3杂化，都形成正四面体形立体构型。
[对点练习]
1．(2015·安徽高考)碳酸亚乙酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列有关该物质的说法正确的是( )
A．分子式为C3H2O3
B．分子中含6个σ键
C．分子中只有极性键
D．8.6 g该物质完全燃烧得到6.72 L CO2
解析：选A A项，观察图形根据碳形成四个键可知分子式正确；B项，根据图示可知分子中含8个σ键；C项，观察图形可知分子中含有碳碳双键属于非极性键；D项，没有指明条件，无法进行气体体积计算。
2．(2015·新课标全国卷Ⅰ节选)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是________________________________________________________________________。
CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子________。
解析：碳原子核外最外层有4个电子，在化学反应中很难失去4个电子形成阳离子，也很难得到4个电子形成阴离子。因此，碳在形成化合物时，主要通过共用电子对形成共价键。CS2分子中，存在σ键和π键。CS2分子中，C原子的价层电子对数为2，杂化轨道类型为sp。根据等电子理论，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子有CO2、COS和N2O，离子有NO、SCN－。
答案：
C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构 σ键和π键 sp CO2、SCN－(或COS等)
3．1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。
(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是______和______；______和______。
(2)此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有______、______。
解析：(1)仅由第二周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，如：N2与CO均为14个电子，N2O与CO2均为22个电子。(2)依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，即可互称为等电子体，NO为三原子，各原子最外层电子数之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6×3＝18。
答案：(1)N2 CO N2O CO2 (2)SO2 O3
二、分子的立体构型
1．用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型
(1)判断分子中中心原子上的价层电子对数
其中：a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数)；b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子等于8－该原子的价电子数；x是与中心原子结合的原子数。
(2)价层电子对互斥理论与分子构型
(3)用价层电子对互斥理论推测分子或离子的空间构型
用价层电子对互斥理论推测简单分子(ABx型)、离子(AB型)空间构型的方法：
①价层电子对数的确定
对ABx型分子或AB型离子，其价层电子对数的判断方法为n＝(中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×x±m)。
[注意] a．氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价电子，作为配位原子B时不提供价电子；b.若为分子，电荷数为0；c.若为阳离子，则减去电荷数，如NH，n＝＝4；d.若为阴离子，则加上电荷数，如SO，n＝＝4。
②中心原子上的孤电子对数的确定
中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)。例如，SO2的中心原子为S，S的价电子数为6(即S的最外层电子数为6)，则a＝6；与中心原子S结合的O的个数为2，则x＝2；与中心原子结合的O最多能接受的电子数为2，则b＝2，所以SO2中的中心原子S上的孤电子对数＝×(6－2×2)＝1。
2．用杂化轨道理论推测分子的立体构型
杂化类型
杂化轨道
数目
杂化轨道
间夹角
立体构型
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2
sp2
3
120°
平面正三角形
BF3
sp3
4
109°28′
正四面体
CH4
3．配位键和配合物
(1)孤电子对
分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。
(2)配位键
①配位键的形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成共价键。
②配位键的表示：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[HNHHH]＋，在NH中，虽然有一个N—H键形成过程与其他3个N—H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。
(3)配合物
如[Cu(NH3)4]SO4
配位体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。
中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。
[对点练习]
1．(2014·新课标全国卷Ⅱ节选，稍改动)H与N、O、S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________；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________________(填化学式，写出两种)。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________；酸根呈三角锥结构的酸是________。(填化学式)
解析：二元共价化合物中，分子呈三角锥形的是NH3，分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物有H2O2、N2H4等。HNO2中价电子对数＝
＝3
同理计算HNO3和H2SO3的价电子对数分别为3、4。注意氧原子作配体，不提供价电子。
答案：sp3 H2O2、N2H4 HNO2、HNO3 H2SO3
2．(2013·新课标全国卷Ⅱ节选)F－、K＋和Fe3＋三种离子组成的化合物K3FeF6，其中化学键的类型有________；该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为________，配位体是________。
解析：K3FeF6属于离子化合物，其中的化学键有离子键和配位键，复杂离子为[FeF6]3－，配位体是F－。
答案：离子键、配位键 [FeF6]3－ F－
3．(2016·江苏高考)[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
(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________。
解析：(1)Zn为30号元素，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外层的2个电子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。
(2)HCHO的结构式为CHHO，单键为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，1个HCHO分子中含有3个σ键，故1 mol HCHO中含有σ键3 mol。
(3)根据HOCH2CN的结构简式可知，“CH2”中的C原子形成4个σ键，该碳原子采取sp3杂化；“CN”中的C原子形成2个σ键、2个π键，该碳原子采取sp杂化。
(4)等电子体是指原子总数相同、价电子总数相同的微粒，H2O分子中有3个原子、8个价电子，根据质子—电子互换法可知，符合条件的阴离子为NH。
(5)Zn2＋提供空轨道，CN－中C原子提供孤电子对，两者形成配位键，结构可表示为2－或2－。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) (2)3 (3)sp3和sp (4)NH
(5)2－或2－
4．(2015·新课标全国卷Ⅱ节选)P和Cl反应可生成组成比为1∶3的化合物E, E的立体构型为________，中心原子的杂化轨道类型为____________；化合物Cl2
O的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________，Cl2与湿润的Na2CO3反应可制备Cl2O，其化学方程式为___________________________________________。
解析：E是PCl3，其中P含有一对孤对电子，其价层电子对数是4，所以E的立体构型为三角锥形，中心原子的杂化轨道类型为sp3。化合物Cl2O分子中氧元素含有2对孤对电子，价层电子对数是4，所以立体模型为V形。
答案：三角锥形 sp3 V形 4 2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl(或2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋CO2＋2NaCl)
[规律方法]
“四方法”判断分子中心原子的杂化类型
(1)根据杂化轨道的空间分布构型判断
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。
(2)根据杂化轨道之间的夹角判断
若杂化轨道之间的夹角为109.5°，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。
(3)根据等电子原理进行推断，如CO2是直线形分子，CNS－、N与CO2是等电子体，所以分子构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化。
(4)根据中心原子的价电子对数＝参与杂化的轨道数目判断，如中心原子的价电子对数为4，是sp3杂化，为3是sp2杂化，为2是sp杂化。
三、分子间作用力与分子性质
1．分子的极性
(1)分子构型与分子极性的关系
结构不对称
(2)键的极性、分子空间构型与分子极性的关系
2.范德华力和氢键
(1)范德华力
物质分子间普遍存在的一种相互作用力称为范德华力。范德华力比化学键的键能小约1～2个数量级。
(2)氢键：由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子(如水分子中的氢原子)与另一个电负性很强的原子(如水分子中的氧原子)之间的作用力。
3．分子的溶解性
(1)“相似相溶”的规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。
(2)随着溶质分子中憎水基的增多，溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。
4．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镜像，在三维空间里不能重叠的现象。
(2)手性分子：具有手性异构体的分子。
(3)手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团或原子的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子，
如CHCH3OHCO
5．无机含氧酸分子的酸性
无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使R—O—H中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H＋，酸性越强，如酸性：HClO
氢键>范德华力
影响强度的因素
①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大；②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大
对于A—H…B，A、B的电负性越大、B原子的半径越小，键能越大
成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
对物质性质的影响
影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质，如熔、沸点：F2H2S，HF>HCl，NH3>PH3。分子内氢键使物质的熔、沸点降低
①影响分子的稳定性；②共价键键能越大，分子稳定性越强
[对点练习]
1．下列现象不能用“相似相溶”原理解释的是( )
A．氯化氢易溶于水
B．氯气易溶于NaOH溶液
C．碘易溶于CCl4溶液
D．碘难溶于水
解析：选B 氯气溶于NaOH溶液是因为两者发生化学反应。
2．下列物质变化，只与范德华力有关的是________。
A．干冰熔化 B．乙酸汽化
C．乙醇与丙酮混溶 D．HCON(CH3)2溶于水
E．碘溶于四氯化碳 F．石英熔融
解析：范德华力存在于分子之间，不含氢键的分子晶体符合题目要求。乙酸、乙醇分子间存在氢键，HCON(CH3)2溶于水时与水分子间会形成氢键，石英为原子晶体，熔融时破坏的是共价键。
答案：AE
3．下列现象与氢键有关的是( )
①NH3的熔、沸点比第ⅤA族其他元素氢化物的高
②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶
③冰的密度比液态水的密度小
④尿素的熔、沸点比醋酸的高
⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低
⑥水分子高温下很稳定
A．①②④⑤⑥ B．①②③④⑤
C．①③④⑥ D．①②④⑤
解析：选B 水分子高温下很稳定是因为分子中O—H键的键能大。
4．[双选](2015·海南高考)下列物质的结构或性质与氢键无关的是( )
A．乙醚的沸点
B．乙醇在水中的溶解度
C．氢化镁的晶格能
D．DNA的双螺旋结构
解析：选AC 乙醚分子间不存在氢键，乙醚的沸点与氢键无关，故A符合题意；乙醇和水分子间能形成氢键，乙醇在水中的溶解度与氢键有关，故B不符合题意；氢化镁为离子化合物，氢化镁的晶格能与氢键无关，故C符合题意；DNA含有O—H、N—H键，双螺旋结构与氢键有关，故D不符合题意。
5．(2014·新课标全国卷Ⅰ节选)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化为乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1 mol乙醛分子中含有的σ 键的数目为________。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_________________________。
解析：CH3CHO中碳原子分别采取sp3和sp2杂化，单键为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，即1 mol CH3CHO中含6 mol σ键。CH3COOH分子间存在氢键，而CH3CHO分子间无氢键，即沸点CH3COOH>CH3CHO。
答案：sp3、sp2 6NA CH3COOH存在分子间氢键
6．在N2、HF、H2O、NH3、CS2、CH4、BF3分子中：
(1)以非极性键结合的非极性分子是________。
(2)以极性键结合的具有直线形结构的非极性分子是________。
(3)以极性键结合的具有正四面体形结构的非极性分子是________。
(4)以极性键结合的具有三角锥形结构的极性分子是________。
解析：N2是非极性分子，HF是极性分子，H2O是V形的极性分子，NH3是三角锥形的极性分子，CS2是直线形的非极性分子，CH4是正四面体形的非极性分子，BF3是平面正三角形的非极性分子。
答案：(1)N2 (2)CS2 (3)CH4 (4)NH3
[规律方法]
共价键的极性与分子极性的关系
[学案验收·块块过]
1．下列说法中正确的是( )
A．分子的键长越长，键能越高，分子越稳定
B．元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间不能形成共价键
C．水分子可表示为H—O—H，分子的键角为180°
D．H—O键键能为462.8 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×462.8 kJ
解析：选B 键长越长，键能越小，分子越不稳定，A错误；共价键一般形成于非金属元素之间，而第ⅠA族元素(H除外)均是活泼金属元素，第Ⅶ
A族元素均是活泼非金属元素，二者易形成离子键，B正确；水分子立体构型为V形，两个H—O键的键角为105°，C错误；断裂2 mol H—O键吸收 2×462.8 kJ能量，而不是H2O分解成H2和O2时消耗的能量，D错误。
2．下列粒子属于等电子体的是( )
A．CH4和NH B．NO和O2
C．NO2和O3 D．HCl和H2O
解析：选A 只要微粒的原子个数和最外层电子数相等即为等电子体。
3．(2017·钦州模拟)氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的几何构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是( )
A．三角锥形、sp3
B．V形、sp2
C．平面三角形、sp2
D．三角锥形、sp2
解析：选A 首先求出SOCl2分子中S原子的价层电子对数。孤电子对数＝×(6－2－2×1)＝1，配位原子为3，所以价层电子对数为4，S原子采取sp3杂化，由于孤电子对占据一个杂化轨道，分子构型为三角锥形。
4．下列描述中正确的是( )
①CS2为V形的极性分子
②ClO的空间构型为平面三角形
③SF6中有6对完全相同的成键电子对
④SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选C CS2的空间构型与CO2相同，是直线形，①错误；ClO的空间构型是三角锥形，②错误，SF6分子是正八面体构型，中心原子S原子具有6个杂化轨道，每个杂化轨道容纳2个电子(1对成键电子对)，形成6个S—F键，所以SF6分子有6对完全相同的成键电子对，③正确；SiF4和SO的中心原子都是sp3杂化(但是前者为正四面体，后者为三角锥形)，④正确。
5．下列物质的沸点，从高到低的顺序不正确的是( )
A．HI＞HBr＞HCl＞HF
B．CI4＞CBr4＞CCl4＞CF4
C．I2＞Br2＞Cl2＞F2
D．H2O＞H2S
解析：选A HI、HBr、HCl分子结构相似，相对分子质量依次减小，范德华力依次减弱，沸点依次变小，而因HF中存在氢键，故HF的沸点反常，为最大，则沸点大小顺序为HF＞HI＞HBr＞HCl，A错误；B、C中分子结构相似，相对分子质量依次减小，范德华力依次减弱，沸点依次变小，B、C正确；由于H2O分子间有范德华力、氢键，而H2S分子间只有范德华力，所以沸点H2O＞H2S，D正确。
6．(2017·贵阳模拟)下列各组分子中，都属于含极性键的非极性分子的是( )
A．CO2、H2S B．C2H4、CH4
C．Cl2、C2H2 D．NH3、HCl
解析：选B H2S、NH3和HCl都是含有极性键的极性分子；Cl2是含有非极性键的非极性分子；CO2、CH4是含有极性键的非极性分子；C2H4和C2H2是含有极性键和非极性键的非极性分子。
7．在下列物质中：①HCl、②N2、③NH3、④Na2O2、⑤H2O2、⑥NH4Cl、⑦NaOH、⑧Ar、⑨CO2、⑩C2H4。
(1)只存在非极性键的分子是________(填序号，下同)；既存在非极性键又存在极性键的分子是________；只存在极性键的分子是________。
(2)只存在单键的分子是________，存在三键的分子是________，只存在双键的分子是________，既存在单键又存在双键的分子是________。
(3)只存在σ键的分子是________，既存在σ键又存在π键的分子是________。
(4)不存在化学键的是________。
(5)既存在离子键又存在极性键的是________；既存在离子键又存在非极性键的是________。
答案：(1)② ⑤⑩ ①③⑨ (2)①③⑤ ② ⑨ ⑩
(3)①③⑤ ②⑨⑩ (4)⑧ (5)⑥⑦ ④
8．(1)氮元素的非金属性很强，而N2的化学性质却比较稳定，其原因是________________________________________________________________________。
(2)某些共价键的键长数据如表所示：
共价键
键长(nm)
共价键
键长(nm)
CC
0.154
C===O
0.122
C===C
0.134
NN
0.146
CC
0.120
N===N
0.120
CO
0.143
NN
0.110
根据表中有关数据，你能推断出影响共价键键长的因素主要有哪些？其影响的结果怎样？__________________________________________。
(3)结合事实判断CO和N2相对更活泼的是________，试用表中的键能数据解释其相对更活泼的原因：_________________________________________________。
CO
C—O
C===O
C≡O
键能(kJ·mol－1)
357.7
798.9
1 071.9
N2
N—N
N===N
N≡N
键能(kJ·mol－1)
154.8
418.4
941.7
解析：(3)由断开CO分子的第一个化学键所需要的能量[(1 071.9－798.9) kJ·mol－1＝273.0 kJ·mol－1]比断开N2分子的第一个化学键所需要的能量[(941.7－418.4) kJ·mol－1＝523.3 kJ·mol－1]小，可知CO相对更活泼。
答案：(1)N2的结构式为N≡N，两个N原子间存在三键，其键长短，键能大，所以分子稳定 (2)主要因素：原子半径、原子间形成共用电子对数目。影响结果：形成相同数目的共用电子对，原子半径越小，共价键的键长越短；原子半径相同，形成共用电子对数目越多，键长越短 (3)CO 断开CO分子的第一个化学键所需要的能量(273.0 kJ·mol－1)比断开N2分子的第一个化学键所需要的能量(523.3 kJ·mol－1)小
[课时小测试]
1．(2017·吉安模拟)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
解析：选C 由石墨的晶体结构知C原子为sp2杂化，故B原子也为sp2杂化，但由于B(OH)3中B原子与3个羟基相连，羟基间能形成氢键，故同层分子间的主要作用力为氢键。
2．(2017·武汉模拟)用价层电子对互斥理论(VSEPR)预测H2S和COCl2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
解析：选D H2S分子中的中心原子S原子上的孤对电子对数是×(6－1×
2)＝2，则说明H2S分子中中心原子有4对价电子对，其中2对是孤对电子因此空间结构是V形；而COCl2中中心原子的孤对电子对数是×(4－2×1－1×2)＝0，因此COCl2中的中心原子的价电子对数是3对，是平面三角形结构，故选项是D。
3．下列说法中正确的是( )
A．HCHO分子中既含σ键又含π键
B．CO2分子中的化学键为非极性键
C．NH3分子中N原子的杂化轨道类型是sp2
D．沸点：PH3＞NH3＞H2O
解析：选A HCHO分子中含有碳氧双键，既含σ键又含π键，A项正确；CO2分子中的化学键是极性键，B不正确；NH3分子中N原子的杂化轨道类型是sp3杂化，C项不正确；NH3分子之间存在氢键，因而NH3的沸点反常高，由于水分子之间的氢键强于NH3分子之间的氢键，因此水的沸点高于NH3的沸点，D项不正确。
4．(2017·通化模拟)下列叙述正确的是( )
A．NH3是极性分子，分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心
B．CCl4是非极性分子，分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形中心
C．H2O是极性分子，分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央
D．CO2是非极性分子，分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
解析：选C CCl4为正四面体结构，NH3为三角锥形结构，H2O为V形结构，CO2为直线结构，C位于2个O原子连线的中央，故C项正确。
5．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．在[Cu(NH3)4]2＋离子中，Cu2＋给出孤电子对，NH3提供空轨道
C．向反应后的溶液加入乙醇，溶液没有发生变化
D．沉淀溶解后，将生成深蓝色的配合离子[Cu(NH3)4]2＋
解析：选D 该反应的反应原理为CuSO4＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋(NH4)2SO4，Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4](OH)2。反应结束后无Cu(OH)2沉淀生成，但生成了[Cu(NH3)4]2＋，Cu2＋浓度减小；在[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供空轨道，NH3提供孤电子对；若加入极性较小的乙醇，溶液会析出蓝色沉淀。
6．(2016·全国乙卷节选)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。
(2)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是_____________________________________________。
解析：锗元素在周期表的第四周期、第ⅣA族，因此核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子。
答案：(1)3d104s24p2 2
(2)Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键
7．分析下列化学式，选出划线元素符合要求的物质：
A．C2H2 B．H2O C．BeCl2
D．CH4 E．C2H4
(1)既有σ键，又有π键的是________。
(2)分子构型为正四面体的是____________，为V形的是________，为直线形的是________。
(3)sp3杂化的是________；sp2杂化的是________；sp杂化的是________。
(4)分子间能形成氢键的物质是________，能作配体形成配位键的是________。
(5)含有极性键的非极性分子是________。
答案：(1)AE (2)D B AC (3)BD E AC
(4)B B (5)ACDE
8．(1)配位化学创始人维尔纳发现，取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1 mol，分别溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即产生氯化银沉淀的量分别为 3 mol、2 mol、1 mol和1 mol。
①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。
CoCl3·6NH3 ，
CoCl3·5NH3 ，
CoCl3·4NH3(绿色和紫色)： 。
②CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)的组成相同而颜色不同的原因是________________________________________________________________________。
③上述配合物中，中心离子的配位数都是________。
(2)向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成血红色。该反应在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN===Fe(SCN)3＋3KCl表示。经研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比配合，还可以其他个数比配合。请按要求填空：
①Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋提供________，SCN－提供________，二者通过配位键结合。
②所得Fe3＋与SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合所得离子显血红色。含该离子的配合物的化学式是 。
③若Fe3＋与SCN－以个数比1∶5配合，则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为________________________________________________________________。
解析：(1)由题意知，四种配合物中的自由Cl－分别为3、2、1、1，则它们的化学式分别为[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl。最后两种应互为同分异构体。(2)Fe3＋和SCN－形成配合物时，Fe3＋提供空轨道，SCN－提供孤电子对，Fe3＋和SCN－以1∶1和1∶5形成配离子时写化学式要用Cl－和K＋分别平衡配离子的电荷，使配合物呈电中性。
答案：(1)①[Co(NH3)6]Cl3 [Co(NH3)5Cl]Cl2
[Co(NH3)4Cl2]Cl ②它们互为同分异构体 ③6
(2)①空轨道 孤电子对 ②[Fe(SCN)]Cl2
③FeCl3＋5KSCN===K2[Fe(SCN)5]＋3KCl
9．高考组合题
(1)(2016·海南高考)化合物CuCl难溶于水但易溶于氨水，其原因是________。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为
________。
(2)(2016·上海高考)HCN是直线型分子，HCN是________分子(选填“极性”或“非极性”)。HClO的电子式为________。
(3)(2016·四川高考)S的氢化物的沸点低于与其组成相似的O的氢化物， 其原因是__________________________。S与O形成的SO3分子的空间构型是________。
(4)(2015·江苏高考)配合物[Cr(H2O)6]3＋中，与Cr3＋形成配位键的原子是________(填元素符号)；CH3COOH中C原子轨道杂化类型为______________。
(5)(2015·海南高考)V2O5常用作SO2转化为SO3的催化剂。SO2分子中S原子价层电子对数是________对，分子的立体构型为________；SO3
气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________；SO3的三聚体环状结构如图所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为________；该结构中S—O键长有两类，一类键长约140 pm，另一类键长约为160 pm，较短的键为________(填图中字母)，该分子中含有________个σ键。
解析：(4)在配合物[Cr(H2O)6]3＋中，中心原子提供空轨道，而配位原子提供孤对电子，H2O分子中含有孤对电子的是O原子。CH3COOH中，甲基中C原子与其他原子形成4个σ键，故C原子采取sp3杂化；而羧基中C原子形成3个σ键和1个π键，故C原子采取的是sp2杂化。(5)SO2分子中S原子形成2个σ键，孤电子对数为＝1，SO2分子中S原子价层电子对数是3，为V形结构，SO3气态为单分子，该分子中S原子形成3个σ键，没有孤对电子，则为sp2杂化，SO3的三聚体中S原子形成4个σ键，为sp3杂化；SO3的三聚体中存在S===O键和S—O键，S===O键长较短，即a较短，该分子中含有σ键数目为3×4＝12。
答案：(1)Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子) [Cu(NH3)4]2＋ (2)极性 H∶ ∶C ∶
(3)H2S分子间不存在氢键，H2O分子间存在氢键 平面三角形 (4)O sp3和sp2 (5)3 V(折线、角)形 sp2 sp3 a 12
10．(2017·石家庄模拟)a、b、c、d、e均为周期表前四周期元素，原子序数依次增大，相关信息如表所示。
a
原子核外电子分占3个不同能级，且每个能级上排布的电子数相同
b
基态原子的p轨道电子数比s轨道电子数少1
c
在周期表所列元素中电负性最大
d
位于周期表中第4纵行
e
基态原子M层全充满，N层只有一个电子
请回答：
(1)d属于________区的元素，其基态原子的价电子排布图为_______________________。
(2)b与其同周期相邻元素第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。
(3)c的氢化物水溶液中存在的氢键有________种，任意画出一种________。
(4)a与其相邻同主族短周期元素的最高价氧化物的熔点高低顺序为__________(用化学式表示)。若将a元素最高价氧化物水化物对应的正盐酸根离子表示为A，则A的空间构型为________；A的中心原子的轨道杂化类型为________；与A互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。
答案：(1)d
(2)N>O>C
(3)4 F—H…F(或F—H…O或O—H…F或O—H…O)
(4)SiO2>CO2 平面三角形 sp2 SO3(或BF3)(其他合理答案均可)
11．(2017·苏锡常镇四市模拟)Fe2＋、Fe3＋与O、CN－、F－、有机分子等形成的化合物具有广泛的应用。
(1)C、N、O原子的第一电离能由大到小的顺序是_________________________。
(2)Fe2＋基态核外电子排布式为_______________________________________________。
(3)乙酰基二茂铁是常用汽油抗震剂，其结构如图所示。此物质中碳原子的杂化方式是
__________________________。
(4)配合物K3Fe(CN)6可用于电子传感器的制作。与配体互为等电子体的一种分子的化学式为________。已知(CN)2是直线型分子，并具有对称性，则(CN)2中π键和σ键的个数比为________________________________________________________________________。
解析：(1)同周期第一电离能自左而右具有增大趋势，所以第一电离能O＞C。由于N原子2p能级有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于相邻元素，所以C、N、O三种元素的第一电离能数值由大到小的顺序为N>O>C。(2)Fe是26号元素，其原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2，Fe2＋为Fe原子失去4s上2个电子，则Fe2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6。(3)乙酰基二茂铁中甲基碳原子采用sp3杂化，羰基碳原子采用sp2杂化。(4)配合物K3Fe(CN)6的配体为CN－，C原子得到一个e－为N或N得到一个e－为O，所以CN－与N2或CO互为等电子体；(CN)2为直线型分子，具有对称性，其结构式为N≡C—C≡N，单键为σ键，C≡N中含有一个σ键，2个π键，因此(CN)2中π键和σ键的个数比为 4∶3。
答案：(1)N＞O＞C (2)1s22s22p63s23p63d6 (或[Ar] 3d6) (3)sp3、sp2 (4)CO(或N2) 4∶3
12．(2014·山东高考节选)石墨烯(如图甲所示)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(如图乙所示)。
图甲 石墨烯结构 图乙 氧化石墨烯结构
(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。
(2)图乙中，1号C的杂化方式是________，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)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________(填元素符号)。
解析：(1)由图甲可知，1号C与另外3个C原子形成3个σ键。(2)图乙中1号C与3个C原子、1个O原子共形成4个σ键，其价层电子对数为4，C的杂化方式为sp3；该C与相邻C的键角约为109°28′，图甲中1号C采取sp2杂化，C原子间夹角为120°。(3)氧化石墨烯中“—OH”的O可与H2O中的H形成氢键、氧化石墨烯中“—OH”的H可与H2O中的O形成氢键。
答案：(1)3 (2)sp3 < (3)O、H
