内容正文:
主题三 物质结构与性质 元素周期律
微题型3 化学键与物质化学性质的关系
主题三 物质结构与性质 元素周期律
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目录
contents
Part 01 真题精做
Part 02 疑难精讲
Part 03 预测演练
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真 题 精 做
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疑 难 精 讲
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σ
头碰头
π
肩并肩
极性
发生
非极性
不发生
单
一个
双
两个
三
三个
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大
短
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砷原子半径较大,原子间形成的σ键较长,p-p轨道肩并肩重
叠程度较小或几乎不能重叠,难以形成π键
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碳原子半径小于硅原子,烷烃中碳碳键键长较短,键能较大
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NH3中的N具有孤电子对,BF3中的B核外具有空轨道
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预 测 演 练
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(一)选择题
1.(2025·河南卷)自旋交叉化合物在分子开关、信息存储等方面具有潜在的应用价值。某自旋交叉化合物的结构及在氦气气氛下的热重曲线分别如图1和图2所示。该化合物的相对分子质量Mr=870+32x(x为整数)。下列说法正确的是( )
A.x=1
B.第一电离能:C<N<O
C.该化合物中不存在离子键
D.该化合物中配位数与配体个数相等
答案 A
解析 该化合物在氦气的气氛中加热,先失去CH3OH,若x=1,CH3OH的质量分数为 eq \f(32,870+32) ×100%≈3.5%,结合图像可知,该化合物中x=1,故A正确;同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但N原子2p轨道为半充满稳定结构,第一电离能:N>O>C,故B错误;该化合物中,配离子与NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) 之间为离子键,故C错误;配位数为与中心原子或离子键合的原子总数,因此配位数为6,配体为与中心原子或离子形成配位键的分子或离子个数,因此配体个数为2,故D错误。
2.(2025·黑吉辽内蒙古卷)Cl2O可用于水的杀菌消毒,遇水发生反应:Cl2O+H2O===2HClO。下列说法正确的是( )
A.反应中各分子的σ键均为pp σ键
B.反应中各分子的VSEPR模型均为四面体形
C.Cl—O键长小于H—O键长
D.HClO分子中Cl的价电子层有2个孤电子对
答案 B
解析 反应中各分子的σ键不全是pp σ键。例如,H2O中的H—O键是ssp3 σ键,而非pp σ键,A错误;根据价层电子对互斥理论,Cl2O中O原子周围的孤电子对数为 eq \f(1,2) (6-2×1)=2,还含有2个成键电子对,因此其VSEPR模型为四面体形;H2O中O原子周围的孤电子对数为 eq \f(1,2) (6-2×1)=2,还含有2个成键电子对,因此其VSEPR模型为四面体形;HClO中O原子周围的孤电子对数为 eq \f(1,2) (6-2×1)=2,还含有2个成键电子对,因此其VSEPR模型为四面体形;反应中各分子的VSEPR模型均
为四面体形,B正确;Cl的原子半径大于H,Cl—O键长应大于H—O键长,C错误;HClO中Cl的最外层电子数为7,其1个价电子与O形成共价键,剩余6个价电子形成3个孤电子对,D错误。
3.(2024·安徽高考)地球上的生物氮循环涉及多种含氮物质,转化关系之一如下图所示(X、Y均为氮氧化物),羟胺(NH2OH)以中间产物的形式参与循环。常温常压下,羟胺易潮解,水溶液呈碱性,与盐酸反应的产物盐酸羟胺([NH3OH]Cl)广泛用子药品、香料等的合成。
已知25 ℃时,Ka(HNO2)=7.2×10-4,Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5,
Kb(NH2OH)=8.7×10-9。
下列有关物质结构或性质的比较中,正确的是( )
A.键角:NH3>NOeq \o\al(-,3)
B.熔点:NH2OH>[NH3OH]Cl
C.25 ℃同浓度水溶液的pH:[NH3OH]Cl>NH4Cl
D.羟胺分子间氢键的强弱:O-H…O>N-H…N
答案 D
解析 A.NH3中N原子的价层电子对数=3+eq \f(1,2)(5-3×1)=3+1=4,为sp3杂化,键角为107°,NOeq \o\al(-,3)中N的价层电子对数=3+eq \f(1,2)(5+1-3×2)=3+0=3,为sp2杂化,键角为120°,故键角:NH3<NOeq \o\al(-,3),A项错误;B.NH2OH为分子晶体,[NH3OH]Cl为离子晶体,故熔点:NH2OH<[NH3OH]Cl,B项错误;C.由题目信息可知,25 ℃下,Kb(NH3·H2O)>Kb(NH2OH),故NH2OH的碱性比NH3·H2O弱,故同浓度的水溶液中,[NH3OH]+的水解程度大于NHeq \o\al(+,4)的水解程度,同浓度水溶液的pH:[NH3OH]Cl<NH4Cl,C项错误;D.O的电负性大于N,O-H键的极性大于N-H键,故羟胺分子间氢键的强弱O-H…O>N-H…N,D项正确;故选D。
(二)简答题
4.[2024·浙江6月选考,17(3)]化合物HA、HB、HC和HD的结构如图。
①HA、HB和HC中羟基与水均可形成氢键(—O—H…OH2),按照氢键由强到弱对三种酸排序:______________________,请说明理由:______________________________。
②已知HC、HD钠盐的碱性:NaC>NaD,请从结构角度说明理由:____________________。
答案 ①HC>HB>HA O、S、Se的电负性逐渐减小,键的极性:C===O>C===S>C===Se,使得HA、HB、HC中羟基的极性逐渐增大,羟基与H2O形成的氢键逐渐增强 ②原子半径:S>O,键长:S—H>O—H,S—H键更易断键电离,因此HD酸性更强,酸根不易水解,碱性:NaC>NaD
5.(2023·全国甲卷节选)酞菁和钴酞菁的分子结构如图所示。
酞菁分子中所有原子共平面,其中p轨道能提供一对电子的N原子是____________(填图酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为_________,氮原子提供孤对电子与钴离子形成__________键。
答案 ③ +2 配位
解析 已知酞菁分子中所有原子共平面,则其分子中所有的C原子和所有的N原子均为sp2杂化,且分子中存在大π键,其中标号为①和②的N原子均有一对电子占据了一个sp2杂化轨道,其p轨道只能提供1个电子参与形成大π键,标号为③的N原子的 p轨道能提供一对电子参与形成大π键,因此标号为③的N原子形成的N—H易断裂从而电离出H+;钴酞菁分子中,失去了2个H+的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子,因此,钴离子的化合价为+2,氮原子提供孤电子对与钴离子形成配位键。
1.化学键的存在
2.共价键的分类
分类依据
类型
形成共价键的原子轨道重叠方式
_____键
电子云“______”重叠
_____键
电子云“______”重叠
形成共价键的电子对是否偏移
_______键
共用电子对____偏移
_________键
共用电子对______偏移
原子间共用电子对的数目
_____键
原子间有____共用电子对
_____键
原子间有____共用电子对
_____键
原子间有____共用电子对
3.有关配合物的重要名词
配位键
(1)配位键是一种特殊的共价键,也具有共价键的特征——方向性和饱和性
(2)形成条件:成键原子一方有孤电子对,另一方有空轨道
(3)表示方法:常用“A→B”表示配位键
配合物
通常把金属离子或原子与某些分子或离子以配位键结合形成的化合物称为配合物
多齿配体
一个配体中有两个或两个以上的配位原子
4.共价键对物质化学性质的影响
(1)共价键的强弱对物质稳定性的影响
键能越__,键长越__,分子越稳定。
(2)共价键的极性对羧酸酸性的影响
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极性而实现的,羧基中羟基的极性越大,越容易电离出H+,则羧酸的酸性越大。
注意 与羧基相连的基团会影响羧基中羟基的极性。
①烷基是推电子基团,烷基越长推电子效应越大,使羧基中的羟基的极性越小,羧酸的酸性越弱;
②与羧基相邻的共价键的极性越大,通过传导作用使羧基中羟基的极性越大,则羧酸的酸性越强。
5.分子稳定性差异原因解释答题模板
(1)能否形成双键、三键等原因分析
①规律:两成键原子的半径越大,则形成σ键的键长越长,越不利于形成π键。
②答题模板:×××原子的半径较大,原子间形成的σ键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度较小或几乎不能重叠,难以形成π键。
③应用举例:氮原子间能形成氮氮三键,而砷原子间不易形成三键的原因:______________________________________________________
________________________________________。
(2)解释形成共价键的强弱
①规律:成键原子的半径小,则键长短,键能大,形成的共价键越牢固,物质越稳定。
②答题模板:×××原子的半径小于×××原子,×××键长短,×××键能大。
③应用举例:硅烷种类没有烷烃多,从键能角度解释,其主要原因是__________________________________________________________。
(3)解释能否形成配位键
①形成配位键的条件:一个原子提供孤电子对,另一原子提供空轨道。
②答题模板:×××提供孤电子对,×××提供空轨道。
③应用举例:BF3和NH3的分子能够通过配位键相结合的原因:____________________________________________________。
(4)解释形成配位键的强弱或配合物的稳定性
①规律:配位键的强弱取决于配位体给电子的能力,配位体给出电子的能力越强,则配位体与中心离子或原子形成的配位键就越强,配合物也就越稳定。
②答题模板:×××元素的电负性比×××元素小,×××原子提供孤电子对的倾向更大,形成的配位键更强。
③应用举例:请预测HgCleq \o\al(2-,4)与HgIeq \o\al(2-,4)的稳定性强弱,并从元素电负性的角度加以解释。HgCleq \o\al(2-,4)比HgIeq \o\al(2-,4)更____________(填“稳定”或“不稳定”),因为__________________________________________________
______________________________________________________________________________________________。
答案 不稳定 Cl比I电负性强,给出电子能力较弱,形成配位键较弱,配合物较不稳定
(一)选择题
1.(2025·甘肃卷)我国化学家合成了一种带有空腔的杯状主体分子(结构式如图a),该分子和客体分子(CH3)4NCl可形成主客体包合物:(CH3)4N+被固定在空腔内部(结构示意图见图b)。下列说法错误的是( )
A.主体分子存在分子内氢键
B.主客体分子之间存在共价键
C.磺酸基中的S—O键能比S===O小
D.(CH3)4N+和(CH3)3N中N均采用sp3杂化
答案 B
解析 主体分子内羟基与磺酸基相邻较近,磺酸基中含有羟基的结构,可以形成分子内氢键,A正确;主体与客体间通过非共价键形成超分子,B错误;已知单键的键能小于双键,则S—O的键能比S===O键能小,C正确;N原子价电子数为5,(CH3)4N+中N有4条σ键,失去1个电子形成阳离子,无孤电子对,采用sp3杂化,(CH3)3N中N有3条σ键,1对孤电子对,价层电子对数为4,采用sp3杂化,D正确。
2.(2024·襄阳一模)氯乙酸(CH2ClCOOH)是重要的分析试剂和有机合成中间体。一种制备氯乙酸的方法为CH3COOH+Cl2eq \o(――→,\s\up17(I2))ClCH2COOH+HCl。下列说法正确的是( )
A.CH3COOH分子中σ键数∶π键数=6∶1
B.Cl-Cl键比I-I键的键长更短、键能更小
C.ClCH2COOH的酸性比CH3COOH更强
D.标准状况下,ClCH2COOH是一种液态物质
答案 C
解析 A.共价单键是σ键,共价双键中有1个σ键和1个π键,则CH3COOH分子中σ键数∶π键数=7∶1,A错误;B.原子半径:Cl<I,则Cl-Cl键比I-I键的键长更短、键能更大,B错误;C.因电负性:Cl>H,Cl-C的极性大于H-C的极性,使-CH2Cl的极性大于-CH3的极性,导致ClCH2COOH的羧基中的羟基的极性更大,更容易电离出氢离子,则酸性:ClCH2COOH>CH3COOH,C正确;D.标准状况下,ClCH2COOH是一种固态物质,D错误; 故选C。
3.(2024·扬州模拟)下列说法正确的是( )
A.键角:Cl2O>OF2
B.酸性:CH3COOH>CH2FCOOH
C.分子的极性:O2>O3
D.基态原子未成对电子数:Mn>Cr
答案 A
解析 A.氧的电负性大于氯,Cl2O中键合电子对偏向氧;氟电负性强于氧,OF2中键合电子对偏向氟,两对键合电子对排斥小,键角就小,所以键角Cl2O>OF2,故A正确;B.F原子电负性大,吸电子能力强,所以极性CH3COOH<CH2FCOOH,CH2FCOOH更能电离出氢离子,所以酸性:CH3COOH<CH2FCOOH,故B错误;C.O2是非极性分子,O3是极性分子,分子的极性:O2<O3,故C错误;D.基态原子Mn原子价电子排布式为3d84s2,未成对电子数为2;基态原子Cr原子价电子排布式为3d54s1,未成对电子数为6,基态原子未成对电子数Mn<Cr,故D错误。答案选A。
(二)简答题
4.CO2分子中,碳原子和氧原子间以碳氧双键结合,而硅原子和氧原子间却难以形成硅氧双键,其原因是____________________________
______________________________________________________________________________________________________________。
答案 硅原子半径比碳原子半径大,硅原子与氧原子间形成的σ键的键长较长,两个原子的p轨道重叠程度很小或难以重叠,难以形成π键
5.明代宋应星所著《天工开物》中已经记载了我国古代用炉甘石(主要成分为ZnCO3)和煤冶锌工艺,锌的主要用途是制造锌合金和作为其他金属的保护层。回答下列问题:
(1)Zn基态原子核外电子排布式为_____________________________
________。
(2)硫酸锌溶于氨水形成[Zn(NH3)4]SO4溶液。
①与SOeq \o\al(2-,4)互为等电子体的阴离子化学式为________(写出一种)。
②氨的热稳定性强于膦(PH3),原因是________________________
_______________。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2)
(2)①POeq \o\al(3-,4)(或ClOeq \o\al(-,4)) ②氮元素的非金属性强于磷元素
解析 (1)Zn是30号元素。位于元素周期表第4周期ⅡB族,故其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2)。(2)①SOeq \o\al(2-,4)为5原子32个价电子微粒,故与其互为等电子体的阴离子有POeq \o\al(3-,4)、ClOeq \o\al(-,4)等。②氮元素的非金属性强于磷元素,故氨的热稳定性比膦强。
6.H2O可以和Cu2+形成配位键,而CH4则不行,其原因是_________
_____________________________________________。
答案 H2O中的O原子存在孤电子对,而CH4中的C原子没有孤电子对
7.(2025·四川自贡二模)H2SO4的电离平衡常数Ka1(H2SO4)比H2CO3的电离平衡常数Ka1(H2CO3)大,除S的非金属性比C强外,在分子结构上还存在的原因是______________________________________________
____________________________________________________________________________________________。
答案 H2SO4中有两个非羟基氧而H2CO3只有一个,中心原子的非羟基氧越多,其酸性越强
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