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课时微练(二十四)
化学键 价层电子对互斥模型、
杂化轨道理论及应用
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1.下列关于SO2、SO3、H2SO4和S的说法正确的是( )
A.SO2、SO3分子中S原子均为sp3杂化
B.SO2、SO3中键角前者大
C.SO3分子的空间结构为平面三角形
D.S的空间结构为平面正方形
基础训练
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二氧化硫和三氧化硫分子中硫原子的价层电子对数都为3,硫原子的杂化方式都为sp2杂化,A项错误;二氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤电子对数为1,分子的空间结构为V形,三氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,则三氧化硫分子的键角大于二氧化硫,B项错误,C项正确;硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,离子的空间结构为正四面体形,D项错误。
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2.北京大学和中国科学院的化学工作者已成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60,实验测知该物质属于离子化合物,具有良好的超导性。下列有关分析正确的是( )
A.K3C60中只有离子键
B.K3C60中不含共价键
C.该晶体在熔融状态下能导电
D.C60与12C互为同素异形体
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K3C60中K+和之间形成离子键,中C原子和C原子之间形成共价键,A、B两项错误;根据题给信息,该物质属于离子化合 物,则该晶体在熔融状态下能导电,C项正确;C60属于单质,12C属于原子,而同素异形体指的是同一元素组成的不同单质,D项错误。
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3.三硫化四磷用于制造火柴及火柴盒摩擦面,分子结构如图所示。下列有关三硫化四磷的说法正确的是( )
A.该物质中磷元素的化合价为+3价
B.22 g P4S3中含硫原子数目约为1.806×1023
C.该物质分子结构中S、P原子的最外层电子数均不为8
D.该物质分子中全是极性共价键
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该物质中硫元素的化合价为-2价,磷元素的平均化合价为+1.5 价,A项错误;22 g P4S3的物质的量为0.1 mol,其中含0.3 mol S原子,故含硫原子数目约为1.806×1023,B项正确;该物质分子结构中S、P原子最外层电子数均为8,C项错误;该物质分子中P—P键是非极性共价键,D项错误。
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(1)由金属元素与非金属元素形成的化学键不一定是离子键。如BeCl2、AlCl3等都含有共价键,它们是共价化合物。
(2)由阳离子和阴离子结合生成的化合物不一定是离子化合物。如H++OH-===H2O,2H++C===CO2↑+H2O。
(3)由两种共价化合物结合生成的化合物不一定是共价化合物。如NH3+HCl===NH4Cl。
易错提醒
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5.键角是重要的键参数之一。下列键角的大小比较正确的是( )
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选项 键角 键角的大小比较
A ∠H—N—H [Cu(NH3)4]2+>NH3
B ∠C—C—C 金刚石>石墨
C ∠O—S—O SO3<S
D ∠H—C—H C<C
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氨分子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,四氨合铜离子中中心离子为提供空轨道的铜离子,配体为提供孤电子对的氨分子,配离子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,则四 氨合铜离子的键角∠H—N—H大于氨分子的,A项正确;金刚石中碳原子的杂化方式为sp3杂化,石墨中碳原子的杂化方式为sp2杂化,则金刚石中键角∠C—C—C小于石墨的,B项错误;三氧化
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硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,亚硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,则三氧化硫分子中键角∠O—S—O大于亚硫酸根离子的,C项错误;C中碳原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,离子的空间结构为平面三角形,C中碳原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,则C中键角∠H—C—H大于C的,D项错误。
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6.有X、Y两种活性反应中间体微粒,均含有1个碳原子和3个氢原 子,其球棍模型如图所示:
下列说法错误的是( )
A.X的组成为C
B.Y的组成为C
C.X的价层电子对数为3
D.Y中键角大于120°
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X的空间结构为平面三角形,则碳原子为sp2杂化,因此价层电子对数为3,由于含3个H原子,则中心碳原子上无孤电子对,化学式为C;Y的空间结构为三角锥形,则碳原子为sp3杂化,价层电子对数为4,微粒中也含3个H原子,则中心碳原子上有1个孤电子对,因此化学式为C,据此分析。根据上述分析可知X的组成为C,A项正确;根据上述分析可知Y的组成为C,B项正确;X为平面三角形,价层电子对数为3,C项正确;Y的空间结构为三角锥形,由于电子对之间的斥力:孤电子对—成键电子对>成键电子对—成键电子对,故Y中键角小于109°28',D项错误。
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8.(2025·黄冈模拟)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是( )
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选项 性质差异 结构因素
A 沸点:乙醇(78.3 ℃)高于乙醛(20.8 ℃) 分子间氢键
B 熔点:KAl2Cl7熔点远高于Al2Cl6的熔点 分子间作用力
C 键角:PF3(94°)小于PCl3(109.5°) 电负性差异
D 分解温度:HBr(500 ℃)高于HI(300 ℃) 键能大小
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由于乙醇中存在和氧原子相连的氢原子,存在分子间氢键,而乙醛中不存在,导致乙醇(78.3 ℃)的沸点高于乙醛(20.8 ℃),与氢键作用有关,A项不符合题意;KAl2Cl7是离子晶体,Al2Cl6是分子晶体,作用力:离子键>范德华力,导致KAl2Cl7的熔点远高于Al2Cl6,则KAl2Cl7的熔点远高于Al2Cl6与晶体类型有关,B项符合题意;电负性F>Cl,故PF3中共用电子对离P原子更远,排斥力更
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小,键角更小,即键角与F、Cl的电负性差异有关,C项不符合题意;由于半径I>Br,导致H—Br键的键能比H—I键的键能大,所以热分解温度HBr大于HI,即稳定性HBr>HI,故HBr和HI的热稳定性和键能有关,D项不符合题意。
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9.理论化学模拟得到一种离子,结构如图。下列关于该离子的说法错误的是( )
A.所有原子均满足8电子结构
B.N原子的杂化方式有2种
C.空间结构为四面体形
D.常温下不稳定
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10.物质的组成与结构决定物质的性质与变化。回答下列问题:
(1)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,B的空间结构为___________;
NaBF4的电子式为 。
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能力训练
正四面体形
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(2)硒是一种非金属,可以用作光敏材料、电解锰行业的催化剂。
①根据价层电子对互斥模型,可以推知Se的空间结构为________________,其中Se原子采用的轨道杂化方式为 。
②已知CSe2与CO2结构相似,a.CSe2分子内的键角Se—C—Se;b.H2Se分子内的键角H—Se—H;c.SeO3分子内的键角O—Se—O,三种键角由大到小的顺序为 (填标号)。
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正四面体形
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a>c>b
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11.(1)水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)俗称绿矾,其中内界中心离子的
价层电子轨道表示式为 ;配离子为正八面体结构,则配合物外界水分子数为 。
(2)由于硅原子的价层有d轨道可以
利用,而碳原子没有,因此它们的
化合物结构和性质存在较大差异。
化合物N(CH3)3(三角锥形)和N(SiH3)3(平面三角形)的结构如图1所示,则N(CH3)3和N(SiH3)3中N原子的杂化方式分别为 ,更易形成配合物的是 。
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sp3、sp2
N(CH3)3
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(3)卤族元素可与N原子或P原子形成多种稳定的卤化物,其中NCl3的空间结构为 ;P元素可形成稳定的PCl3和PCl5,而N元素只存在稳定的NCl3,理由是___________________________________
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三角锥形
PCl5中P原子的价层电子对数为5,磷原子的M层有d能级,可采取sp3d杂化,氮原子的L层只有s、p能级,最多形成4个杂化轨道,无法采取sp3d杂化,则不能形成NCl5
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(4)NH3分子中H—N—H键的键角为107°,其VSEPR模型为 。[Zn(NH3)6]2+的部分结构及H—N—H键角的值如图2所示。解释NH3形成[Zn(NH3)6]2+后H—N—H键角变大的原因:_______________________________
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四面体形
NH3分子中N原子的孤电子对进入
Zn2+的空轨道后形成配位键,原孤电子对与成键电子对间的斥力变为成键电子对间的斥力,斥力减弱,所以NH3形成[Zn(NH3)6]2+后H—N—H键角变大
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12.Co、Cu、Ni的单质及其化合物在科技、生产与生活中均发挥着重要作用。回答下列问题:
(1)已知中心原子的价电子数+配体提供的电子数=18时,配合物较稳定(18电子规则)。比[Co(NH3)6]3+还原性强的原因为 ______________________________________________________________________________________。
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[Co(NH3)6]3+满足18电子,较稳定;[Co(NH3)6]2+不满足18电子,相对易失电子,故还原性较强
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(2)[Cu(NH3)4]2+中的2个NH3被2个Cl-替代可以得到2种不同的结构,则Cu2+的杂化方式为 (填“sp3”“sp2”“dsp3”或“dsp2”)。已知NH3分子中的H—N—H键角为107.3°,则配离子中的H—N—H键角________
(填“大于”“小于”或“等于”)107.3°。
(3)在配合物[Co(NH3)5(H2O)](ClO4)3中,Cl的VSEPR模型为_______________。
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dsp2
大于
正四面体形
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(4)鉴定Ni2+的特征反应如图所示,已知生成物Ⅱ中N与Ni2+共平面:
①Ⅱ中碳原子的杂化方式有 种。
②Ⅱ中Ni2+的杂化方式正确的是 (填字母)。
A.sp3 B.dsp2 C.dsp3 D.d2sp3
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B
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(1)[Co(NH3)6]3+中Co3+的价电子数为6,每个NH3中N原子提供一对电子与Co3+形成配位键,使得[Co(NH3)6]3+满足18电子,较稳定;[Co(NH3)6]2+中Co2+的价电子数为7,同理可知其不满足18电子,相对易失电子,可表现出相对较强的还原性。(2)[Cu(NH3)4]2+中的4个配体NH3与中心Cu2+形成4个配位键,Cu2+参与杂化的轨道为4个,即Cu2+的杂化方式为sp3或dsp2;若Cu2+的杂化方式为sp3,则[Cu(NH3)4]2+的空间结构为正四面体形,2个NH3被2个Cl-替代只能
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(4)①Ⅱ中饱和碳原子采取sp3杂化,碳氮双键上的碳原子采取sp2杂化,则Ⅱ中碳原子的杂化方式有2种。②Ⅱ中Ni2+形成4个配位键,杂化轨道数是4,Ni2+的杂化方式为sp3或dsp2,生成物Ⅱ中N原子与Ni2+共平面,则Ⅱ中Ni2+的杂化方式应为dsp2。
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13.光刻胶是微电子技术中芯片微细图形加工的关键材料之一,其国产化势在必行。根据显影原理,光刻胶可分为正、负型胶,原理如图1所示。回答下列问题:
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(1)光刻胶常含C、N等元素,在基态C中,核外存在 对自旋方向相反的电子,N原子的3个2p轨道的取向为_______________________。
(2)光刻胶的发展趋势是应用含有多羟基的二苯甲酮类化合物,如
,其C原子的杂化方式为 。
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2px、2py、2pz,相互垂直
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(3)某光刻胶受紫外光照射后,发生的反应如图2所示,用稀碱水作为溶剂浸泡。根据茚羧酸结构分析该材料为 (填“正”或“负”)型光刻胶,理由是 。
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茚羧酸中羧基能与碱反应而使其溶解
正
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(1)基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2,同一轨道内两个电子自旋方向相反,故1s和2s轨道中的2对电子的自旋方向相反;基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3,2p能级有2px、2py、2pz3个等价相互垂直的原子轨道。(2)苯环和羰基上碳原子的价层电子对数均为3,杂化方式均为sp2。(3)由题图1可知,正型光刻胶曝光区域能溶于相应溶剂,而负型光刻胶不可以,由题图2可知曝光后的产物为茚羧酸,其中羧基能与碱反应而使其溶解,故材料为正型光刻胶。
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(3)查文献可知,可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲:
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反应过程中,每生成1 mol氯吡苯脲,断裂 个σ键、断裂 个π键。
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(4)膨大剂能在动物体内代谢,其产物较为复杂,其中有H2O、NH3、CO2等。
①请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因:
。
②H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是______________________,
中心原子的杂化类型分别是 。
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H—O键的键能大于H—N键的键能
V形、三角锥形、直线形
sp3、sp3、sp
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(1)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,属于sp3杂化;剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键,孤电子对数为1,是sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,为sp2杂化。(3)由于σ键比π键更稳定,根据反应方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N==C中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H。
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(4)①O、N属于同周期元素,O元素的非金属性强于N元素,H—O的键能大于H—N的键能,所以H2O分子比NH3分子稳定。②H2O分子中O原子的价层电子对数=2+×(6-2×1)=4,孤电子对数为2,所以为V形结构,O原子采用sp3杂化;NH3分子中N原子的价层电子对数=3+×(5-3×1)=4,孤电子对数为1,所以为三角锥形结构,N原子采用sp3杂化;CO2分子中C原子的价层电子对数=2+×(4-2×2)=2,不含孤电子对,所以是直线形结构,C原子采用sp杂化。
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15.(1)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 ,分子的空间结构为 ;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甲所 示,该结构中S原子的杂化轨道类型为 ;该结构中S—O键键长有两类,一类键长约140 pm,另一类键长约为160 pm,较短的键为____(填图甲中字母),该分子中含有 个σ键。
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V形
sp2
sp3
a
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(2)V2O5溶解在NaOH溶液中,可得到钒酸钠(Na3VO4),该盐阴离子的空间结构为 ;也可以得到偏钒酸钠,其阴离子呈如图乙所示的无限链状结构,则偏钒酸钠的化学式为 。
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正四面体
NaVO3
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4.下列化学用语表述错误的是( )
A.HClO的电子式:
B.中子数为10的氧原子:O
C.NH3分子的VSEPR模型:
D.基态N原子的价层电子排布图:
HClO中O元素呈负价,分别与H原子和Cl原子共用电子,因此HClO的电子式为,A项正确;中子数为10、质子数为8的O原子其质量数为10+8=18,其原子表示为OB项正确;根据VSEPR模型计算,N,3分子中有1个孤电子对,N原子还连接有3个H原子,因此NHH3的VSEPR模型为四面体形,C项错误;基态N原子的价层电子排布式为222ps3,价层电子排布图,D项正确。
7.下列化学用语或图示表达正确的是( )
A.NaCl的电子式为
B.NH3的VSEPR模型为
C.2pz电子云图为
D.基态24Cr原子的价层电子轨道表示式为
氯化钠是离子化合物,其电子式是,A项错误;氨分子的VSEPR模型是四面体形,B项错误;p能级电子云是哑铃形,C项正确;基态铬原子的价层电子轨道表示式是
,D项错误。
由的结构式可知,所有N原子均满足8电子稳定结构,A项正确;中心N原子为sp3杂化,与中心N原子直接相连的N原子为sp2杂化,与端位N原子直接相连的N原子为sp杂化,端位N原子为sp2杂化,则N原子的杂化方式有3种,B项错误;中心N原子为sp3杂化,则其空间结构为四面体形,C项正确;中含叠氮结构(),常温下不稳定,D项正确。
(1)B中,中心B原子的价层电子对数为4+×(4-4×1)=4,孤电子对数为0,故B的空间结构为正四面体形。NaBF4为离子化合物,B和Na+间存在离子键,B内存在共价键,故NaBF4的电子式为。(2)①Se中Se原子的孤电子对数为
×(6+2—4×2)=0,价层电子对数为4,则Se原子采用sp3杂化,Se的空间结构为正四面体形。②CSe2与CO2结构相似,为直线形结构,则键角Se—C—Se为180°;H2Se分子中Se原子有2个孤电子对,价层电子对数为4,导致键角H—Se—H小于109°28',SeO3分子中Se原子形成3个σ键,没有孤电子对,则SeO3为平面正三角形结构,键角为120°,故键角a>c>b。
(1)FeSO4·7H2O中Fe2+能提供空轨道,H2O中O原子能提供孤电子对,则中心离子为Fe2+,配体为H2O,Fe2+的价层电子排布式为3d6,即价层电子轨道表示式为;正八面体结构的配合物配位数为6,则配合物外界水分子数为1。(2)由化合物N(CH3)3的空间结构为三角锥形可知,氮原子的杂化方式为sp3,氮原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1;由N(SiH3)3的空间结
构为平面三角形可知,氮原子的杂化方式为sp2,化合物中氮原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,形成配合物的前提是空轨道和孤电子对,N(CH3)3中氮原子上有孤电子对,则N(CH3)3更易形成配合物。(3)NCl3的中心N原子的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,采取sp3杂化,孤电子对数为1,则NCl3的空间结构为三角锥形。(4)NH3的中心N原子的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,采取sp3杂化,孤电子对数为1,则NH3的VSEPR模型为四面体形。
得到1种结构,与题给信息不符,故Cu2+的杂化方式为dsp2。NH3分子的中心氮原子上有一对弧电子对,[Cu(NH3)4]2+中的氮原子上没有弧电子对,而孤电子对和成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力,故配离子中的H—N—H键角大于107.3°。(3)Cl中心Cl原子的价层电子对数为4+=4,孤电子对数为0,则其VSEPR模型为正四面体形。
14.氯吡苯脲是一种常用的膨大剂,其结构简式为,它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。
(2)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为 ,羰基碳原子的杂化轨道类型为 。
(1)根据价层电子对互斥模型可确定SO2中孤电子对数为×(6-2×2)=1,成键电子对数为2,即价层电子对数为3,SO2的空间结构为V形。气态SO3中没有孤电子对,只有3个成键电子对,即中心S原子采取sp2杂化。SO3的三聚体中S原子形成4个成键电子对,为sp3杂化。题图甲中a键为双键,b键为单键,即a键较短。三聚体中每个共价键都为σ键,则该分子中共有12个σ键。
(2)V中孤电子对数为×(5+3-2×4)=0,成键电子对数为4,价层电子对数为4,中心原子采取sp3杂化,其空间结构为正四面体形;由题图乙可知每个重复单元中有1个V原子,V原子位于三角形中心,它连接的1个O原子与其重合为一个点,O原子个数为2+2×=3,故阴离子为V,则偏钒酸钠的化学式为NaVO3。
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