高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构课后作业题

分子的空间结构与分子性质

(40分钟　70分)

一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)

1.偶极矩是电荷量与正、负电荷重心间的距离的乘积。用偶极矩可判断分子的极性:一般来说极性分子的偶极矩不为零;非极性分子的偶极矩是零。下列分子中偶极矩不为零的是              (　　)

A.BeCl2    B.BF3   C.PCl3    D.CH4

【解析】选C。由题意可知,非极性分子的偶极矩为零,极性分子的偶极矩不为零。在题给四种分子中,只有PCl3 (结构与NH3相似)是极性分子。

2.(双选)下列叙述正确的是 (　　)

A.NH3、CO、CO2都是极性分子

B.CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子

C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱

D.CS2、H2O、C2H2都是直线形分子

【解析】选B、C。A项中CO2属于非极性分子;C项中HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱;D项中H2O是角形结构。

3.手性碳原子存在于许多有机化合物中特别是和生命现象有关的有机化合物中。例如:葡萄糖、果糖、乳酸等。下列有机化合物分子中含有两个手性碳原子的是              (　　)

A.

B.

C.

D.

【解析】选B。根据手性碳原子的概念判断,A项中有一个手性碳原子,B项中有两个手性碳原子,C项中有三个手性碳原子,D项中没有手性碳原子。

4.意大利科学家制造出了由4个氧原子构成的氧分子,并用质谱仪探测到了它的存在。若该氧分子具有空间对称结构,下列关于该氧分子的说法正确的是              (　　)

A.是一种新的氧化物    B.不可能含有极性键

C.是极性分子     D.是臭氧的同分异构体

【解析】选B。由题目信息可知,该氧分子为O4,是氧元素的一种新的单质,A、D项错误;O4分子具有空间对称结构,则其为非极性分子,C项错误。

5.(2021·日照高二检测)最新发现C3O2是金星大气的成分之一,化学性质与CO相似。C3O2分子中结构如下:

OCCCO,下列说法中错误的是 (　　)

A.元素的电负性和第一电离能O>C

B.CO分子中σ键和π键的个数比为1∶2

C.C3O2分子中C原子的杂化方式为sp

D.C3O2分子是一个具有极性共价键和非极性共价键的极性分子

【解析】选D。同周期,从左向右,原子半径越来越小,电负性越来越大,第一电离能呈增大趋势,O原子序数为8,C原子序数为6,故电负性和第一电离能均为O>C,故A正确;CO分子与N2分子互为等电子体,结构相似,在N≡N键中,σ键数目为1,π键数目为2,σ键和π键的个数比为1∶2,故CO分子中σ键和π键的个数比也为1∶2,故B正确;C3O2分子的结构式为OCCCO,3个C原子的σ键数均为2,C原子的孤电子对数为0,故C原子均为sp杂化,故C正确;C3O2分子中既有极性键(OC),也有非极性键(CC),另该分子高度对称,属于非极性分子,故D错误。

6.三氟化氮在半导体加工、太阳能电池制造和液晶显示器制造中得到广泛应用。NF3分子中的中心原子采取sp3杂化,下列有关叙述正确的是              (　　)

A.NF3分子的空间构型为三角锥形

B.NF3易溶于有机溶剂

C.NF3分子的N—F键的夹角与CH4分子中的C—H键的夹角相等

D.NF3分子是非极性分子

【解析】选A。N原子以sp3杂化形成四个杂化轨道,其中一个轨道已填入孤电子对,另外三个则与F原子的p轨道电子形成共价键,所以NF3为三角锥形,由于孤电子对对成键电子的排斥作用导致N—F键的键角小于CH4分子中的C—H键的键角,它是极性分子,不易溶于有机溶剂。

7.(2021·北京朝阳区高二检测)现有部分短周期元素的性质或原子结构如表。下列说法正确的是              (　　)

A.Z离子的结构示意图为

B.TX-的中心原子采取sp2杂化

C.元素T在周期表中表示为

D.XZ3为极性分子,TY2为非极性分子

【解析】选D。由信息可知,均为短周期元素,T的最外层电子数是次外层电子数的2倍,有2个电子层符合电子排布规律,最外层电子数为4,T为C;X的L层有3个未成对电子,可知2p上只有3个电子,X为N;Y的L层p电子数比L层s电子数多2个,2p上有4个电子,Y为O;Z的最高正价为+7,可知Z为Cl,以此来解答。Z离子的结构示意图为,故A错误;CN-的中心原子为C,其结构中含C≡N键,为直线形结构,则中心原子为sp杂化,故B错误;T为C,质子数为6,相对原子质量为12.00,价电子排布为2s22p2,故C错误;NCl3为三角锥形结构,结构不对称,属于极性分子,CO2为直线形结构,结构对称,属于非极性分子,故D正确。

8.(双选)下列说法正确的是 (　　)

A.CO2、BF3、CCl4等是极性键形成的非极性分子

B.含非极性键的分子一定是非极性分子

C.极性分子一定含有极性键,非极性分子一定含有非极性键

D.以极性键结合的双原子分子,一定是极性分子

【解析】选A、D。由极性键构成的分子若空间构型对称,则分子是非极性分子,A项说法正确;含非极性键的分子也可能含有极性键,也可能是极性分子,如CH3CH2OH等,B项说法错误;CO2是由极性键形成的非极性分子,C项说法错误;以极性键结合的双原子分子都是极性分子,D项说法正确。

二、非选择题(本题包括3小题,共30分)

9.(10分)(2020·日照高二检测)双氧水(H2O2)是一种医用消毒杀菌剂,已知H2O2分子的结构如图所示:H2O2分子不是直线形的,两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上,书面角为93°52',而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52'。试回答:

(1)H2O2分子的电子式为_________________, 结构式为_________________。 

(2)H2O2分子中存在________键和________键,为________(填“极性”或“非极性”)分子。 

(3)H2O2难溶于CS2,其原因是___________________________。 

(4)H2O2分子中氧元素的化合价为________________________________, 

原因是_______________________________________________。 

【解析】(1)(2)H2O2分子的立体构型为不对称结构,应为极性分子,含有O—O非极性键和O—H极性键。(3)根据“相似相溶”原理可知,H2O2难溶于非极性溶剂CS2。(4)共用电子对的偏移决定了元素在化合物中的化合价

答案:(1) 　H—O—O—H

(2)极性　非极性　极性

(3)因为H2O2为极性分子,CS2为非极性分子,根据“相似相溶”原理可知H2O2难溶于CS2

(4)-1　因为O—O键为非极性键,O—H键为极性键,1个共用电子对偏向于氧,故氧元素显-1价

10.(10分)(2020·台州高二检测)下列物质结构图中,代表原子序数从1到10的元素的原子实(原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分),小黑点代表除形成共价键外的其他最外层电子,短线代表共价键,如F2:。

(1)试写出四种图示所代表的分子式:

A________,B________,C________,D________。 

(2)将上述四种物质的液体呈细流流下,用带静电的玻璃棒靠近细流,细流发生偏转的是__________________(填分子式)。 

(3)写出B分子中极性共价键的类型和个数: ________________________。 

(4)A、C分子中,中心原子以何种类型杂化轨道成键?其分子空间构型是什么形状?______________________________________________。 

【解析】根据题给条件,很容易判断出A、B、C、D四种物质分别为NH3、HCN、BF3、CO(NH2)2;其中,NH3、HCN、CO(NH2)2为极性分子,易被静电吸引或排斥而偏移,BF3为非极性分子;H—C≡N中,含1个C—H σ键,1个C—N σ键,2个π键。

答案:(1)NH3　HCN　BF3　CO(NH2)2　(2)NH3、HCN、CO(NH2)2　(3)2个σ键、2个π键　(4)NH3分子中N原子以sp3杂化轨道成键,呈三角锥形;BF3分子中,B原子以sp2杂化轨道成键,呈平面正三角形

11.(10分)(2020·青岛高二检测)A、B、C、D、E为五种由短周期元素构成的微粒,它们都有10个电子,其结构特点如下:

其中:B是由极性键构成的4原子分子,A和D可以形成B和E。

(1)A、C、E的化学式是A________,C________,E________。 

(2)B分子是________分子(填“极性”或“非极性”),室温下,等物质的量的B与盐酸反应后,溶液pH______7(填“<”“>”或“=”)。 

(3)B、E两种分子的空间构型分别为B______ ____,E__________。 

【解析】常见的10电子微粒有分子:CH4、NH3、H2O、HF、Ne;离子:Na+、Mg2+、Al3+、F-、O2-、N3-、OH-、N、H3O+等。据题给信息可知A为OH-、C为Mg2+、B为NH3、D为N、E为H2O。

答案:(1)OH-　Mg2+　H2O　(2)极性　<　(3)三角锥形　角形

(20分钟　30分)

一、选择题(本题包括1小题,共5分)

12.(2021·龙岩高二检测)下列叙述中正确的是 (　　)

A.PCl3、N2、BF3分子中所有原子的最外层电子都满足8e-稳定结构

B.第一电离能:Al<Si<S<P

C.NH3、CO、CO2都是极性分子

D.NH2—CH2—COOH含有手性碳原子

【解析】选B。依据原子结构可知,B原子最外层3个电子,和氟原子形成三个共价键,是6电子结构,故A错误;同一周期元素,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于相邻元素,所以第三周期就有Al<Si<S<P,故B正确;CO2结构对称,正负电荷重心重合,所以二氧化碳为非极性分子,故C错误;NH2—CH2—COOH中一个碳原子为不饱和碳原子,另一个碳原子所连接的四个基团有2个是一样的,没有手性碳原子,不属于手性分子,故D错误。

二、非选择题(本题包括2小题,共25分)

13.(10分)(2020·铜陵高二检测)在极性分子中,正电荷重心与负电荷重心间的距离称为偶极长,通常用d表示。极性分子的极性强弱与偶极长和电荷量(q)有关,一般用偶极矩(μ)来衡量。分子的偶极矩是偶极长和电荷量的乘积,即μ=dq。在非极性分子中,其正、负电荷重心重合,故μ为0。试回答下列问题:

(1)HCl、CS2、H2S、SO2四种分子中μ=0的有___________________。 

(2)实验测得:μ(PF3)=1.03、μ(BCl3)=0。

①由此可知,PF3分子的空间构型为________________; 

②BCl3分子的空间构型为________________, 

中心原子的杂化方式为________________。 

(3)治癌药物Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构,Pt处在四边形中心, NH3和Cl分别处在四边形的4个顶点。已知该化合物有两种同分异构体,棕黄色化合物的μ>0,淡黄色化合物的μ=0。试写出两种同分异构体的结构简式:________________、 

______________________________, 在水中溶解度较大的是_______________(填结构简式)。 

【解析】(1)HCl是由极性键形成的双原子极性分子;根据价电子对互斥理论可知,CS2是直线形分子,正、负电荷重心重合,为非极性分子,其偶极矩为0;H2S、SO2都是角形结构,是极性分子,其μ>0。(2)①μ(PF3)=1.03说明PF3是极性分子,则PF3是三角锥形结构。②μ(BCl3)=0说明BCl3是非极性分子,其正、负电荷重心重合,应该是平面正三角形结构;中心原子B与3个Cl原子形成3个共价键(没有孤电子对),即B的杂化方式是sp2杂化。(3)根据题意,Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构,若μ=0,则为非极性分子,NH3和Cl分别对称分布在四边形的4个顶点上,即正、负电荷重心重合,故淡黄色化合物是;若μ>0,则为极性分子,NH3和Cl在四边形的4个顶点上的分布是不对称的,即正、负电荷重心不重合,故棕黄色化合物是。根据“相似相溶”规律,水是极性分子,因此属于极性分子的溶质易溶解在水中,即在水中溶解度较大的是棕黄色化合物,其结构简式为。

答案:(1)CS2　(2)①三角锥形　②平面正三角形　sp2杂化

(3)　　

14.(15分)(2020·济宁高二检测)W、X、Y、Z四种短周期元素的原子序数依次增大。其中X原子的价电子排布式为2s22p2,Y原子的L电子层中有三个未成对电子,且无空轨道;W、Z的原子序数相差10,且Z原子的第一电离能在同周期中最低。

回答下列问题:

(1)写出Y元素基态原子的最外层电子轨道表示式: ________________________; 

(2)WXY分子中的三个原子除W原子外均为8电子结构,写出该分子的结构式:__ ___________, 根据电子云重叠方式的不同,该分子里共价键的主要类型有___________________________________; 

(3)YW3分子是一种常见气体,分子中Y原子的杂化方式是____________________,为________性分子,空间构型为________形; 

(4)液态的YW3也是一种重要的溶剂,其性质与H2O相似,Z的单质与液态YW3反应的化学方程式为______________________________________________。 

【解析】(1)X原子的核外电子排布式为1s22s22p2,则X为碳元素。Y原子的核外电子排布式为1s22s22p3,则Y为氮元素。W、Z原子序数相差10,且Z原子的第一电离能在同周期中最低,则在短周期中只能为第1、3周期,则W为氢元素,Z为钠元素。

(2)WXY为HCN,结构式为H—C≡N,三键中有一个σ键和两个π键。

(3)YW3为NH3,N的杂化方式为sp3杂化,NH3分子的空间构型为三角锥形。

(4)Na与液态NH3反应置换出其中的氢。

答案:(1)

(2)H—C≡N　σ键、π键　(3)sp3杂化　极　三角锥

(4)2Na+2NH3(l)2NaNH2+H2↑