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(新高考)高考化学一轮复习课时练习第5章第3讲化学键分子结构与性质(含解析)
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这是一份(新高考)高考化学一轮复习课时练习第5章第3讲化学键分子结构与性质(含解析)，共32页。试卷主要包含了化学键 电子式，共价键及其参数，分子间作用力和分子性质等内容，欢迎下载使用。
第3讲 化学键 分子结构与性质
课 程 标 准
知 识 建 构
1.能说出微粒间作用(离子键、共价键、配位键和分子间作用力等)的主要类型、特征和实质；能比较不同类型的微粒间作用的联系与区别；能说明典型物质的成键类型。
2．能利用电负性判断共价键的极性，能根据共价分子的结构特点说明简单分子的某些性质；能运用离子键、配位键、金属键等模型，解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质；能说明分子间作用力(含氢键)对物质熔、沸点等性质的影响，能列举含有氢键的物质及其性质特点。
3．能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能利用相关理论解释简单的共价分子的空间结构；能根据分子结构特点和键的极性来判断分子的极性，并据此对分子的一些典型性质及其应用做出解释。
一、化学键 电子式
1．化学键
(1)概念：相邻的原子之间强烈的相互作用。
(2)分类
2．离子键、共价键的比较
离子键
共价键
非极性键
极性键
概念
阴、阳离子通过静电作用形成的化学键
原子间通过共用电子对所形成的化学键
成键粒子
阴、阳离子
原子
成键实质
阴、阳离子的静电作用
共用电子对不偏向任何一方原子
共用电子对偏向一方原子
形成条件
活泼金属与活泼非金属经电子得失，形成离子键；或者铵根离子与酸根离子之间
同种元素原子之间成键
不同种元素原子之间成键
形成的
物质
离子化合物
非金属单质(稀有气体除外)；某些共价化合物或离子化合物
共价化合物或某些离子化合物
3.电子式
(1)概念：在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子的式子。
(2)电子式的书写
①书写方法
②写出下列微粒的电子式：
a．NH b．OH－
c．N2 d．H2O2
e．MgCl2
f．Na2O2
(3)用电子式表示化合物的形成过程
①离子化合物，如NaCl：。
②共价化合物，如HCl：。
4.化学键与物质类别的关系
(1)化学键与物质类别的关系
(2)离子化合物与共价化合物
化合物
类型
概念
与物质分
类的关系
举例
离子化
合物
含有离子键的化合物
①强碱②绝大多数盐③活泼金属的氧化物
NaCl、Na2O2、NH4Cl等
共价化
合物
只含有共价键的化合物
①酸②弱碱③极少数盐④气态氢化物⑤非金属氧化物⑥大多数有机物等
H2S、SO2、
CH3COOH、H2SO4、
NH3·H2O等
【诊断1】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)化学键是相邻离子或原子间的一种强作用力，既包括静电吸引力，又包括静电排斥力( )
(2)所有物质中都存在化学键( )
(3)非金属元素组成的化合物中只含共价键( )
(4)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，多个原子间可能形成离子键( )
(5)由活泼金属元素与活泼非金属元素形成的化学键都是离子键( )
(6)最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时，所形成的化学键一定是离子键( )
(7)离子化合物中可能含有共价键，共价化合物中一定不含离子键( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√
二、共价键及其参数
1．本质和特征
共价键的本质是在原子之间形成共用电子对(电子云重叠)，特征是具有饱和性和方向性。
2．分类
分类依据
类型
原子轨道的重叠方式
σ键
原子轨道“头碰头”重叠
π键
原子轨道“肩并肩”重叠
共用电子对是否偏移
极性键
共用电子对发生偏移
非极性键
共用电子对不发生偏移
原子间共用电子对的数目
单键
原子间有一对共用电子对
双键
原子间有两对共用电子对
三键
原子间有三对共用电子对
3.键参数
(1)概念
(2)键参数对分子性质的影响
①键能越大，键长越短，分子越稳定。
②
【特别提醒】
只有元素的电负性相差不大时，原子间才能形成共用电子对而形成共价键，当元素电负性相差较大(大于1.7)时，不能形成共用电子对，而形成离子键。
【诊断2】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)共价键是成键原子之间的强相互作用 ( )
(2)在任何情况下σ键都比π键强度大( )
(3)共价键的成键原子只能是非金属原子( )
(4)σ键和π键都能单独形成( )
(5)σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转( )
(6)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
三、价层电子对互斥理论和杂化轨道理论、配位键
1．价层电子对互斥理论
(1)理论要点
①价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。
②孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。
(2)分子中的中心原子上的价层电子对数的计算
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，x是与中心原子结合的原子数。
(3)示例分析
价层电
子对数
σ键电
子对数
孤电子
对数
VSEPR
模型名称
分子立
体构型
实例
2
2
0
直线形
直线形
CO2
3
3
0
三角形
平面三角形
BF3
2
1
V形
SO2
4
4
0
四面体形
正四面体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O
2.杂化轨道理论
(1)理论要点
①原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数目相等且能量相同的杂化轨道。
②杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。
(2)杂化轨道的类型
(3)杂化轨道与分子立体构型的关系
杂化
类型
杂化轨
道数目
杂化轨道
间夹角
分子立体构型
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2
sp2
3
120°
平面三角形
BF3
sp3
4
109°28′
四面体形
CH4
3.配位键
(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“A→B”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个共价键完全相同。
(3)配合物：如[Cu(NH3)4]SO4
(4)配位键的形成条件：
①配体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。
②中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。
【诊断3】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)价层电子对互斥理论中，π键的电子对数不计入中心原子的价层电子对数( )
(2)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( )
(3)NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化( )
(4)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化( )
(5)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形( )
(6)杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√
四、分子间作用力和分子性质
1．分子间作用力
(1)概念：物质分子之间普遍存在的相互作用力。
(2)分类：范德华力和氢键。
(3)强弱：范德华力＜氢键＜化学键。
(4)范德华力
①一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增大。
②范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。
(5)氢键
①形成：已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，称为氢键。
②表示方法：A—H…B。
③特征：具有一定的方向性和饱和性。
④分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。
⑤分子间氢键对物质性质的影响
主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。
2．分子的性质
(1)分子的极性
类型
非极性分子
极性分子
形成原因
正电中心和负电中心重合的分子
正电中心和负电中心不重合的分子
存在的
共价键
非极性键或极性键
非极性键或极性键
分子内
原子排列
对称
不对称
(2)物质的溶解性
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个数的增多，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。
3．分子的手性
具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体。具有手性异构体的分子叫手性分子。
4．无机含氧酸分子的酸性
对于同一种元素的无机含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。如果把含氧酸的通式写成(HO)mROn，R相同时，n值越大，酸性越强。如酸性：H2SO4＞H2SO3，HNO3＞HNO2，HClO4＞HClO3＞HClO2＞HClO。
【诊断4】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)范德华力是短程作用力，分子之间距离太远可忽略 ( )
(2)乙醇分子和水分子间只存在范德华力( )
(3)氢键具有方向性和饱和性，属于化学键的一种( )
(4)H2O2分子间存在氢键( )
(5)卤素单质、卤素氢化物的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大( )
(6)氢键的存在一定能使物质的熔、沸点升高( )
(7)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键( )
答案 (1) √ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
考点一 共价键类型的判断及应用
【典例1】 有下列十种物质：①CH4 ②CH3CH2OH
③N2 ④HCl ⑤CO2 ⑥CH3CH3 ⑦C2H4 ⑧C2H2
⑨H2O2 ⑩HCHO
请按要求回答下列问题(填写编号)：
(1)只有σ键的有________，既有σ键又有π键的有________。
(2)只含有极性键的化合物有________，既含有极性键，又含有非极性键的化合物有________。
(3)含有双键的有________，含有三键的有________。
答案 (1)①②④⑥⑨ ③⑤⑦⑧⑩
(2)①④⑤⑩ ②⑥⑦⑧⑨
(3)⑤⑦⑩ ③⑧
解析 十种物质的结构式分别为、
。根据以下两点判断化学键类型：①单键只有σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键；②同种元素原子之间形成的共价键是非极性键，不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。
【对点练1】 (共价键的类别及判断)下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A．含有π键的分子在进行化学反应时，分子中的π键比σ键活泼
B．在有些分子中，共价键可能只含有π键而没有σ键
C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键
D．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
答案 B
解析 一般情况下，同一分子中的π键不如σ键牢固，反应时比较容易断裂，A项正确；在共价单键中只含有σ键，而含有π键的分子中一定含有σ键，B项错误、D项正确；氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成σ键，C项正确。
【对点练2】 (键参数及应用)下列说法中正确的是( )
A．分子的键长越长，键能越低，分子越稳定
B．元素周期表中的第ⅠA族和第ⅦA族元素的原子间不能形成共价键
C．水分子可表示为，分子的键角为105°
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
答案 C
(1)σ键、π键的判断：单键只有一个σ键；双键是一个σ键一个π键；三键是一个σ键两个π键。
(2)成键原子半径越大，越难形成π键，如Si等难形成双键。
(3)σ键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同，一般σ键比π键稳定，但N2中π键较稳定。
(4)并不是所有的共价键都有方向性，如s－s σ键没有方向性。
(5)原子形成共价键时优先形成σ键。
(6)配位键也属于σ键。
考点二 分子(离子)立体结构的判断
【典例2】 (2020·湖北江夏模拟)下列分子中，各分子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是( )
A．NH3 平面三角形 sp3杂化
B．CCl4 正四面体 sp2杂化
C．H2O V形 sp3杂化
D．CO 三角锥形 sp3杂化
答案 C
解析 NH3分子中中心原子的价层电子对数＝3＋(5－3×1)＝4，N的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项A错误；B.CCl4分子中中心原子的价层电子对数＝4＋ (4－4×1)＝4，C的杂化方式为sp3，没有孤电子对，分子的立体构型为正四面体，选项B错误；H2O分子中中心原子的价层电子对数＝2＋ (6－2×1)＝4，O的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，选项C正确； CO离子中中心原子的价层电子对数＝3＋ (4＋2－3×2)＝3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，选项D错误。
杂化类型的判断方法
(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°28′，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)根据中心原子的价层电子对数判断
如中心原子的价层电子对数为4，是sp3杂化，为3是sp2杂化，为2是sp杂化。
(4)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断
如没有π键为sp3杂化，含一个π键为sp2杂化，含两个π键为sp杂化。
(5)根据等电子原理判断
如CO2是直形线分子，CNS－、N与CO2互为等电子体，所以立体构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化。
【对点练3】 (价层电子对互斥理论、杂化轨道理论的理解应用)根据价层电子对互斥理论填空：
(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为________，分子的立体构型为________。
(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为________，分子的立体构型为________。
(3)SO分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为________，分子的立体构型为________。
答案 (1)2 2 4 sp3 四面体形 V形
(2)3 0 3 sp2 平面三角形 平面三角形
(3)4 0 4 sp3 正四面体形 正四面体形
解析 (1)OF2分子中，中心原子O的价层电子对数为2＋×(6－2×1)＝2＋2＝4，中心原子的杂化方式为sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为V形。
(2)BF3分子中，中心原子B的价层电子对数为3＋×(3－3×1)＝3，中心原子的杂化方式为sp2杂化，VSEPR模型为平面三角形，分子的立体构型为平面三角形。
(3)SO离子中，中心原子为S原子，其价层电子对数为4＋×(6＋2－4×2)＝4，中心原子的杂化方式为sp3杂化，VSEPR模型为正四面体形，分子的立体构型为正四面体形。
【对点练4】 (键角大小的比较)
(1)比较下列分子或离子中的键角大小：
①BF3________NCl3，H2O________CS2。
②H2O________NH3________CH4，SO3________SO。
③H2O________H2S，NCl3________PCl3。
④NF3________NCl3，PCl3________PBr3。
(2)在分子中，键角∠HCO________(填“＞” “＜”或“＝”)∠HCH。理由是_________________________________。
答案 (1)①＞ ＜ ②＜ ＜ ＞ ③＞ ＞ ④＜ ＜ (2)＞ π键斥力大于σ键斥力
【对点练5】 (配位键理论的应用)关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物，下列说法中正确的是( )
A．配体是Cl－和H2O，配位数是9
B．中心离子是Ti4＋，配离子是[TiCl(H2O)5]2＋
C．内界和外界中Cl－的数目比是1∶2
D．向含1 mol该配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液，能生成3 mol AgCl沉淀
答案 C
解析 [TiCl(H2O)5]Cl2·H2O，配体是Cl－、H2O，提供孤电子对；中心离子是Ti3＋，配合物中配位离子Cl－不与Ag＋反应，外界中的Cl－与Ag＋反应，据此分析解答。
比较键角大小的三种思维模型
(1)杂化类型不同→sp>sp2>sp3。
(2)
(3)在同一分子中，π键电子斥力大，键角大。
考点三 分子间作用力与分子的性质
【典例3】 已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物，试根据有关信息完成下列问题：
(1)水是维持生命活动所必需的一种物质。
①1 mol冰中有________mol氢键。
②用球棍模型表示的水分子结构是________。
(2)已知H2O2分子的结构如图所示：H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上，两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。
试回答：
①H2O2分子的电子式是________________，结构式是________________________。
②H2O2分子是含有________键和________键的________(填“极性”或“非极性”)分子。
③H2O2难溶于CS2，简要说明理由：__________________________。
④H2O2中氧元素的化合价是________，简要说明原因
______________________________。
答案 (1)①2 ②B
(2)① H—O—O—H ②极性 非极性 极性 ③H2O2为极性分子，而CS2为非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2 ④－1价 因O—O键为非极性键，而O—H键为极性键，共用电子对偏向氧，故氧为－1价
解析 (1)在冰中，每个水分子与周围的4个水分子形成4个氢键，按“均摊法”计算，相当于每个水分子有2个氢键；水分子为V形结构。
(2)由H2O2的立体构型图可知，H2O2是极性分子，分子内既有极性键，又有非极性键，而CS2为非极性分子，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2。
【对点练6】 (分子的结构与性质)下列说法不正确的是( )
①N2H4分子中既含极性键又含非极性键 ②若R2－和M＋的电子层结构相同，则原子序数：R＞M ③F2、Cl2、Br2、I2熔点随相对分子质量增大而升高 ④NCl3、PCl3、CO2、CS2分子中各原子均达到8e－稳定结构 ⑤固体融化成液体的过程是物理变化，所以不会破坏化学键
⑥HF分子很稳定是由于HF分子之间能形成氢键
⑦Na2O2固体中的阴离子和阳离子个数比是1∶2
⑧由于非金属性Cl＞Br＞I，所以酸性HCl＞HBr＞HI
A．②⑤⑥⑧ B．①③④⑤
C．②④⑤⑦ D．③⑤⑦⑧
答案 A
解析 ①N2H4分子中N原子和N原子之间形成非极性键，N原子和H原子之间形成极性键，①正确；②R2－和M＋的电子层结构相同，则离子的核外电子数相等，且M处于R相邻的下一周期，所以原子序数：M＞R，②错误；③F2、Cl2、Br2、I2是组成和结构相似的分子，熔点随相对分子质量增大而升高，③正确；④NCl3、PCl3、CO2、CS2分子中各原子均达到8e－稳定结构，④正确；⑤固体融化成液体的过程是物理变化，也可能破坏化学键，例如氢氧化钠熔融时离子键被破坏，⑤错误；⑥HF分子很稳定，是因为H—F键键能大，稳定，跟氢键无关，⑥错误；⑦Na2O2固体中的阴离子和阳离子分别是O、Na＋，个数比是1∶2，⑦正确；⑧氢化物的酸性与元素的非金属性无关，酸性：HCl＜HBr＜HI，⑧错误。
【对点练7】 (分子极性的判断)下列叙述正确的是( )
A．NH3是极性分子，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，C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心
C．H2O是极性分子，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，C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
答案 C
解析 NH3是极性分子，N原子处在三角锥形的顶点，3个H原子处于锥底，A项错误；CCl4是非极性分子，四个Cl原子构成的是正四面体结构，C原子处在4个Cl原子所组成的四面体的中心，B项错误；H2O是极性分子，是V形分子，O原子不处在2个H原子所连成直线的中央，C项正确；CO2是非极性分子，三个原子在一条直线上，C原子处在2个O原子所连成的直线的中央，D项错误。
键的极性、分子空间结构与分子极性的关系
类型
实例
键的极性
空间构型
分子极性
X2
H2、N2
非极性键
直线形
非极性分子
XY
HCl、NO
极性键
直线形
极性分子
XY2
(X2Y)
CO2、CS2
极性键
直线形
非极性分子
SO2
极性键
V形
极性分子
H2O、H2S
极性键
V形
极性分子
XY3
BF3
极性键
平面三角形
非极性分子
NH3
极性键
三角锥形
极性分子
XY4
CH4、CCl4
极性键
正四面体形
非极性分子
微专题19 分子结构类简答题的规范解答
一、答题角度与化学键有关的简答
1．两种三角锥形气态氢化物PH3和NH3的键角分别为93.6°和107°，试分析PH3的键角小于NH3的原因_____________________________。
答案 N电负性强于P，且原子半径小于P，NH3中成键电子对离中心原子更近，成键电子对间距离更小，致使其成键电子对间斥力大，键角更大
2．TiCl4稳定性比CCl4差，极易水解，试从结构分析其原因：
________________________________________________________________________。
答案 Ti—Cl键比C—Cl键的键长大、键能小，易断裂
3．ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是________________________________________________________________________。
答案 ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小
二、答题角度与化学键、分子间作用力和氢键的区别有关的简答
4．沸点高低：乙酸钠>乙酸>乙醛，这是因为_________________________________________________________________________。
答案 乙酸钠是离子晶体，乙酸和乙醛是分子晶体，乙酸分子间存在氢键
三、答题角度与氢键的类别、数目有关的简答
5．邻羟基苯甲酸(又名水杨酸，)和对羟基苯甲酸()都是二元酸。二者沸点相差较大的理由是________________________________________________________________________。
答案 对羟基苯甲酸只在分子间形成氢键，邻羟基苯甲酸只在分子内形成氢键，所以前者沸点高于后者
6．氮的一种氢化物 N2H4 是一种良好的火箭发射燃料，其熔点、沸点分别为1.4 ℃、113.5 ℃，氨气的熔点、沸点分别为－77.7 ℃、－33.5 ℃。肼与氨气熔点、沸点差异最主要的原因是________________________________________________________________________。
答案 N2H4分子间氢键数目多于NH3分子间氢键数目
解析 N2H4、NH3都是分子晶体，在分子之间都存在分子间作用力，由于都含有N—H键，N元素的非金属性强、原子半径小，所以二者的分子之间还都存在氢键，增加了分子间作用力，但由于N2H4分子间氢键数目多于NH3分子间氢键数目，所以克服氢键和分子间作用力使物质熔化、汽化需要较高的能量，因此肼的熔点、沸点比氨气高。
1．(1)(2020·全国卷Ⅰ)磷酸根离子的空间构型为________，其中P的价层电子对数为________、杂化轨道类型为________。
(2)(2020·全国卷Ⅱ)有机碱CH3NH中，N原子的杂化轨道类型是________；CaTiO3的组成元素的电负性大小顺序是________________。
(3)(2020·全国卷Ⅲ)①NH3BH3分子中，N—B化学键称为________键，其电子对由________提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：
3NH3BH3＋6H2O===3NH＋B3O＋9H2↑
B3O的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由________变为________。
②NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(Hδ＋)，与B原子相连的H呈负电性(Hδ－)，电负性大小顺序是________。与NH3BH3原子总数相等的等电子体是________(写分子式)，其熔点比NH3BH3___________ (填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之间，存在_________________________，也称“双氢键”。
答案 (1)正四面体 4 sp3 (2)sp3 O>Ti>Ca
(3)①配位 N sp3 sp2 ②N>H>B CH3CH3 低 Hδ＋与Hδ－的静电引力
解析 (1)PO的中心原子P的价层电子对数为4，孤电子对数为0，中心原子P为sp3杂化，故PO的空间构型为正四面体。
(2)CH3NH中N原子与2个H原子、1个C原子形成三个共价键，与H＋形成一个配位键，故N原子的杂化轨道类型为sp3；O为非金属元素，其电负性在三种元素中最大，Ca和Ti同为第四周期元素，金属性Ca大于Ti，故电负性大小顺序为O>Ti>Ca。
(3)①NH3BH3中N有孤对电子，B有空轨道，N和B形成配位键，电子对由N提供。NH3BH3中B形成四个σ键，为sp3杂化，B3O中B形成3个σ键，为sp2杂化。②电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。与N原子相连的H呈正电性，与B原子相连的H呈负电性，故电负性N>H>B。原子数相同、价电子总数相同的微粒互称为等电子体，与NH3BH3互为等电子体的分子为CH3CH3。带相反电荷的微粒能形成静电引力，NH3BH3分子间存在Hδ＋与Hδ－的静电引力，也称为“双氢键”，“双氢键”能改变物质的熔沸点，而CH3CH3分子间不存在“双氢键”，熔沸点较低。
2．(2020·江苏化学，21)以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵[(NH4)3Fe(C6H5O7)2]。
(1)[Fe(H2O)6]2＋中与Fe2＋配位的原子是________(填元素符号)。
(2)NH3分子中氮原子的轨道杂化类型是________。
(3)柠檬酸的结构简式见图。1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为________ mol。
答案 (1)O (2)sp3 (3)7
解析 (1)[Fe(H2O)6]2＋中，H2O是配体，H2O分子中的O原子有孤对电子，是配位原子。(2)NH3分子中N原子有1对孤对电子，3个成键电子对，所以N原子以sp3方式杂化。(3)单键都是σ键，双键中有一个σ键，则1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成7 mol σ键。
3．(2020·山东学业水平等级考试)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：
(1)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为________________(填化学式，下同)，还原性由强到弱的顺序为________________，键角由大到小的顺序为________________。
(2)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Cd2＋配合物的结构如图所示，1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有________ mol，该螯合物中N的杂化方式有________种。
(3)(2020·天津高考)Fe、Co、Ni三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为______________________________。
答案 (1)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3 (2)6 1 (3)NiO>CoO>FeO
解析 (1)NH3中存在分子间氢键，导致其沸点比与N元素同主族的P、As元素的氢化物PH3、AsH3的沸点要高，而PH3、AsH3中均不存在分子间氢键，故影响PH3、AsH3沸点的因素为范德华力，相对分子质量越大，沸点越高，则沸点由高到低的顺序为NH3、AsH3、PH3。通常同主族元素随着原子序数的递增，气态氢化物的还原性逐渐增强，则还原性由强到弱的顺序是AsH3、PH3、NH3。同主族元素，随着原子序数的递增，电负性逐渐减弱，则其气态氢化物中的成键电子对逐渐远离中心原子，致使成键电子对的排斥力降低，键角逐渐减小，故键角由大到小的顺序是NH3、PH3、AsH3。(2)该螯合物中Cd2＋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1 mol该配合物中通过螯合作用形成6 mol配位键。该螯合物中无论是硝基中的N原子，还是NO中的N原子，还是六元环中的N原子，N均为sp2杂化，即N只有1种杂化方式。(3)因为Fe、Co、Ni的二价氧化物是离子化合物，Fe2＋、Co2＋、Ni2＋半径依次减小，晶体的晶格能依次增大，熔点依次升高，故熔点顺序是NiO>CoO>FeO。
4．(高考组合题)化学键的判断和分子的性质。
(1)(2018·全国卷Ⅰ)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中，存在________(填标号)。
A．离子键 B．σ键
C．π键 D．氢键
(2)[2018·全国卷Ⅱ，35(4)节选]气态三氧化硫以单分子形式存在，其中共价键的类型有________种。
(3)[2018·全国卷Ⅱ，35(3)改编]如图为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为____________________。
(4)(2019·全国卷Ⅲ)FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为________________，其中Fe的配位数为________。
(5)苯胺()的晶体类型是________。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是______________________________。
(6)NH4H2PO4中，电负性最高的元素是________；P的________杂化轨道与O的2p轨道形成________键。
(7)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：
这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为_____________________ (用n代表P原子数)。
答案 (1)AB (2)2 (3)S8相对分子质量大，分子间范德华力强
(4)
(5)分子晶体 苯胺分子之间存在氢键
(6)O sp3 σ (7)(PnO3n＋1)(n＋2)－
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．下列关于σ键和π键的说法不正确的是( )
A．σ键能单独形成，π键不能单独形成
B．σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转
C．双键中一定有一个σ键，一个π键，三键中一定有一个σ键，两个π键
D．CH3—CH3、CH2===CH2、CH≡CH中的σ键都是C—C键，所以键能都相同
答案 D
解析 单键都是σ键，双键中有1个σ键、1个π键，三键中有1个σ键、2个π键，所以σ键能单独形成、π键不能单独形成，故A、C正确；σ键通过头碰头形成，而π键通过肩并肩形成，σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，故B正确；CH3—CH3、CH2===CH2、CH≡CH中的C—H键、C—C键都是σ键，故D错误。
2．徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是( )
A．H2O2分子中O原子为sp2杂化
B．CO2分子中C原子为sp杂化
C．BF3分子中B原子为sp3杂化
D．CH3COOH分子中C原子均为sp2杂化
答案 B
解析 杂化轨道只能用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。H2O2的分子结构为H—O—O—H，每个O原子形成2个σ键，每个O原子含2对孤电子对，则O原子采取sp3杂化，A错误；CO2的结构式为O===C===O，C原子形成2个σ键和2个π键，则C原子采取sp杂化，B正确；BF3中B原子形成3个σ键，不含孤电子对，则B原子采取sp2杂化，C错误；CH3COOH分子中甲基中C原子采取sp3杂化，—COOH中C原子采取sp2杂化，D错误。
3．下列说法中错误的是( )
A．卤化氢中，HF的沸点最高，是由于HF分子间存在氢键
B．邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低
C．H2O的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键键能大
D．氨气极易溶于水与氨气分子和水分子间形成氢键有关
答案 C
解析 HF分子之间存在氢键，故熔、沸点相对较高，故A正确；能形成分子间氢键的物质熔、沸点较高，邻羟基苯甲醛容易形成分子内氢键，对羟基苯甲醛易形成分子间氢键，所以邻羟基苯甲醛的沸点比对羟基苯甲醛的沸点低，故B正确；H2O分子最多与周围H2O分子形成4个氢键，而HF分子最多与周围HF分子形成两个氢键，氢键越多，熔、沸点越高，所以H2O熔、沸点高，故C错误；氨气分子和水分子间形成氢键，导致氨气极易溶于水，故D正确。
4．毒奶粉主要是奶粉中含有有毒的三聚氰胺()。下列关于三聚氰胺分子的说法中正确的是( )
A．所有氮原子均采取sp3杂化
B．一个三聚氰胺分子中共含有15个σ键
C．属于极性分子
D．三聚氰胺分子中同时含有极性键和非极性键
答案 B
解析 C===N键中N原子采取sp2杂化，—NH2中N原子采取sp3杂化，A错误；1个三聚氰胺分子中含有6个N—H键、6个C—N键和3个C===N键，每个双键中含有1个σ键，故1个三聚氰胺分子中含有15个σ键，B正确；由三聚氰胺的结构简式可知，该分子结构对称，是非极性分子，C错误；三聚氰胺分子中只含有极性键，不含非极性键，D错误。
5．(2020·枣庄模拟)镍能形成多种配合物如正四面体形的Ni(CO)4和正方形的[Ni(CN)4]2－、正八面体形的[Ni(NH3)6]2＋等。Ni(CO)4常温下为液态，易溶于CCl4、苯等有机溶剂。下列说法正确的是( )
A．NH3的键角大于CCl4
B．固态Ni(CO)4属于离子晶体
C．Ni(CO)4和[Ni(CN)4]2－中，镍元素均是sp3杂化
D．Ni(CO)4分子内σ键和π键个数之比为1∶1
答案 D
解析 A．NH3是三角锥形，键角为107°，CCl4是正四面体，键角为109°28′，所以NH3的键角小于CCl4，故A错误；B.Ni(CO)4常温下为液态，易溶于有机溶剂，属于分子晶体，不是离子晶体，故B错误；C.[Ni(CN)4]2－为正方形，Ni(CO)4为正四面体形，故杂化方式不同，故C错误；D.配位键中有1个σ键，CO分子内含有1个σ键和2个π键，Ni(CO)4分子内σ键和π键个数之比为1∶1，故D正确。
6．(2020·平度模拟)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
答案 A
解析 根据价层电子对互斥理论确定微粒的空间构型，SOCl2中S原子成2个S－Cl键，1个S===O，价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋＝4，杂化轨道数是4，故S原子采取sp3杂化，含一对孤电子，分子形状为三角锥形。
7．(2020·威海二模)“冰面为什么滑？”，这与冰层表面的结构有关(如图)。下列有关说法错误的是( )
A．由于氢键的存在，水分子的稳定性好，高温下也很难分解
B．第一层固态冰中，水分子间通过氢键形成空间网状结构
C．第二层“准液体”中，水分子间形成氢键的机会比固态冰中少
D．当高于一定温度时，“准液体”中的水分子与下层冰连接的氢键断裂，产生“流动性的水分子”，使冰面变滑
答案 A
解析 A．水分子的稳定性好，是由水分子内氢氧共价键的键能决定的，与分子间形成的氢键无关，故A错误；B.固态冰中，1个水分子与周围的4个水分子通过氢键相连接，从而形成空间网状结构，故B正确；C.“准液体”中，水分子间的距离不完全相等，所以1个水分子与少于4个的水分子间距离适合形成氢键，形成氢键的机会比固态冰中少，故C正确；D.当温度达到一定数值时，“准液体”中的水分子与下层冰连接的氢键被破坏，使一部分水分子能够自由流动，从而产生“流动性的水分子”，造成冰面变滑，故D正确。
8．(2020·山东模考)缺电子化合物是指电子数不符合路易斯结构(一个原子通过共享电子使其价层电子数达到8，H原子达到2所形成稳定分子结构)要求的一类化合物。下列说法错误的是( )
A．NH3、BF3、BF中只有BF3是缺电子化合物
B．BF3、BF中心原子的杂化方式分别为sp2、sp3
C．BF3与NH3反应时有配位键生成
D．BF的键角小于NH3
答案 D
解析 NH3电子式为，符合路易斯结构，BF3电子式为，B原子价层电子数为6，不符合路易斯结构，BF电子式为[]－，只有BF3是缺电子化合物，故A正确；BF3中心B原子价层电子对数为3＋×(3－1×3)＝3，为sp2杂化；BF中心B原子价层电子对数为4＋×(3＋1－4×1)＝4，为sp3杂化，故B正确；BF3与NH3反应时，NH3中N原子有孤电子对，BF3中B原子有空轨道，可生成配位键，故C正确；BF和NH3的中心原子均为sp3杂化，BF中心原子无孤电子对，NH3有一对孤电子对，根据价层电子对互斥理论，孤电子对对成键电子的斥力增大，键角减小，则BF的键角大于NH3，故D错误。
9．(2020·济宁三模)《梦溪笔谈》有记：馆阁新书净本有误书处，以雌黄涂之。在中国古代，雌黄(As2S3)经常用来修改错字，其结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A．As、S原子的杂化方式均为sp3
B．AsH3的沸点比NH3的低
C．与As同周期且基态原子核外未成对电子数目相同的元素只有V
D．已知As2F2分子中各原子均满足8电子结构，分子中σ键和π键的个数比为3∶1
答案 C
解析 A．As2S3分子中，As形成3个单键，含有1对未成键电子对，杂化轨道数为4，杂化方式为sp3；S原子形成2个单键，含有2对未成键电子对，杂化轨道数为4，杂化方式也是sp3，故A正确；B.NH3分子间存在氢键，导致其沸点较高，即AsH3的沸点比NH3的低，故B正确；C.基态As原子未成对电子数是3，第四周期元素中，与基态As原子核外未成对电子数目相同的元素有V、Co，故C错误；D.As2F2分子中各原子均满足8电子结构，其结构式为F—As===As—F，1个单键是1个σ键，1个双键中含有1个σ键，1个π键，所以As2F2分子中σ键的数目为3，π键的数目为1，σ键和π键的个数比为3∶1，故D正确。
10．(2020·泰安一模)胆矾CuSO4·5H2O可写为[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其结构示意图如图：
下列有关胆矾的说法正确的是( )
A．Cu2＋的价层电子排布式为3d84s1
B．所有氧原子都采取sp3杂化
C．胆矾中含有的粒子间作用力有离子键、极性键、配位键和氢键
D．胆矾所含元素中，H、O、S 的半径及电负性依次增大
答案 C
解析 A．Cu2＋的价层电子排布式为3d9，A错误；B.硫酸根离子中，与S相连的氧原子没有杂化，B错误；C.铜离子和硫酸根离子间存在离子键，硫原子和氧原子间存在极性共价键，铜原子和氧原子间存在配位键，氧原子和氢原子间存在氢键，C正确；D.H、O、S分别为第1、2、3周期的元素原子半径依次增大，同主族元素从上到下电负性减弱，因此O的电负性大于S，D错误。
11.(2021·1月湖北学业水平选择考适应性测试，5)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。W是宇宙中最丰富的元素，W2X是维持生命过程的必需物质，WY可用于玻璃的刻蚀，ZX2是酸雨的主要形成原因之一，室温下化合物ZY4是气体。下列说法错误的是( )
A.Y的第一电离能在四种元素中最大
B.W2X和ZX2的中心原子分别为sp3和sp2杂化
C.W2X的沸点高于W2Z的沸点
D.ZY4分子中原子均为8电子结构
答案 D
解析 WY是HF，则W2X是H2O，ZX2是SO2，即W是H，X是O，Y是F，Z是S。A.在H、O、F、S中，F的第一电离能最大，正确；B.H2O中O的价层电子对数为4，O是sp3杂化，SO2中S的价层电子对数是3，S原子采用sp2杂化，正确；C.由于H2O可以形成氢键，所以H2O的沸点高于H2S的沸点，正确；D.SF4的结构式为，F达到8电子结构，S最外层有10个e－，错误。
12.(2021·1月湖北学业水平选择考适应性测试，12)在碱性溶液中，Cu2＋可以与缩二脲形成紫色配离子，其结构如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.该配离子与水分子形成氢键的原子只有N和O
B.该配离子中铜离子的配位数是4
C.基态Cu原子的价电子排布式是3d104s1
D.该配离子中非金属元素的电负性大小顺序为O>N>C>H
答案 A
解析 A.与N成键的H可与H2O的O形成氢键，错误；B.铜离子可与2个N和2个O形成配位键，正确；C.基态Cu原子价电子排布式为3d104s1，正确；D.H、C、N、O的电负性大小顺序为O＞N＞C＞H，正确。
二、非选择题(本题包括5小题)
13．砷(As)元素及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：
(1)基态As原子的核外电子排布式为_________________，
砷与硒的第一电离能较大的是________。
(2)传统中药的砷剂俗称“砒霜”，其分子结构如图所示，该化合物中As、O原子的杂化方式分别为________、________。
(3)Na3AsO4可作杀虫剂。AsO的立体构型为________，与其互为等电子体的分子的化学式为________(任写一种)。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3 As或砷 (2)sp3杂化 sp3杂化
(3)正四面体形 CF4(或SiF4、CCl4、SiCl4，合理即可)
解析 (1)砷由于4p轨道为半充满状态，结构稳定，第一电离能比Se大。(2)该化合物中As有一个孤电子对，杂化类型为sp3杂化，O有两个孤电子对，杂化类型为sp3杂化。(3)AsO中As无孤电子对，立体构型为正四面体形，与AsO互为等电子体的分子有CF4、SiF4、CCl4、SiCl4等。
14．芦笋中的冬天酰胺(结构如下图)和微量元素硒、铬、锰等，具有提高身体免疫力的功效。
(1)天冬酰胺所含元素中，________(填元素名称)元素基态原子核外未成对电子数最多。
(2)天冬酰胺中碳原子的杂化轨道类型有________种。
(3)H2S和H2Se的参数对比见下表。
化学式
键长/nm
键角
沸点/℃
H2S
1.34
92.3°
－60.75
H2Se
1.47
91.0°
－41.50
①H2Se分子中含有共价键类型为________。
②H2S的键角大于H2Se的原因可能为______________________________。
答案 (1)氮 (2)2 (3)①极性键 ②S的电负性强于Se，形成的共用电子对斥力大，键角大
解析 (3)①H2S和H2Se的熔、沸点均较低，为分子晶体，不同种元素原子形成的为极性键。②S的电负性强于Se，形成的共用电子对斥力大，故H2S键角大。
15．1985年，Rousssin研究发现了第一个金属原子簇类配位化合物，其结构如图所示，金属原子簇类化合物与金属原子表面性质相似，具有良好的催化活性等功能。
请回答下列问题：
(1)硫可以形成SOCl2化合物，则该化合物的立体构型为________。
(2)除了氮的氧化物之外，氮还可以形成NO。请写出氮原子的杂化方式________。
(3)上述原子簇类配合物，中心原子铁的配位原子是________________。
(4)配合物Fe(CO)5的熔点为－20 ℃，沸点103 ℃。可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如下图所示。下列关于Fe(CO)5说法正确的是________(填字母)。
A．Fe(CO)5是非极性分子，CO是极性分子
B．Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键
C．1 mol Fe(CO)5含有10 mol配位键
D．Fe(CO)5===Fe＋5CO反应中没有新化学键生成
答案 (1)三角锥形 (2)sp (3)S、N (4)AC
解析 (1)对于SOCl2其等电子体为SO，二者结构相似，根据VSEPR理论，价电子对数为3＋×(6－2×3＋2)＝4，则其立体构型为三角锥形。(2)对于NO，根据VSEPR理论，价电子对数为2＋×(5－2×2－1)＝2，根据杂化轨道理论，则中心N原子为sp杂化。(3)直接与中心原子成键的为配位原子，所以中心原子铁的配位原子是：N、S。(4)A项，Fe(CO)5对称是非极性分子，CO不对称是极性分子，正确；B项，铁的杂化轨道数为5，Fe(CO)5分子不是正四面体构型，Fe(CO)5中Fe原子不是以sp3杂化方式与CO成键，错误；C项，碳与氧、铁与碳之间形成配位键，1 mol Fe(CO)5含有10 mol 配位键，正确；D项，反应生成金属键，错误。
16．Fe、C、N、O、H可以组成多种物质。回答下列问题：
(1)N≡N键的键能为942 kJ·mol－1，N—N单键的键能为247 kJ·mol－1，计算说明N2中的________键比________键稳定(填“σ”或“π”)。
(2)配合物Fe(CO)5会使合成氨等生产过程中的催化剂中毒。
CO分子中σ键与π键数目之比为________。
(3)(CN)2分子中所有原子最外层都满足8电子，请写出其结构式：________。(CN)2分子为________(填“极性”或“非极性”)分子。
(4)H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角________(填“大”或“小”)，原因是___________________。
(5)血红素分子结构如图所示。
①血红素分子间存在的作用力有________(填名称)。
②血红素分子中C原子的杂化方式为________，N原子的杂化方式为________。
③与Fe通过配位键结合的氮原子的编号是________。
答案 (1)π σ (2)1∶2 (3)N≡C—C≡N 非极性
(4)大 H2O中O原子有2对孤对电子，而H3O＋中O原子只有1对孤对电子，排斥力较小
(5)①范德华力、氢键 ②sp2、sp3 sp2、sp3 ③1和3
解析 (1)N≡N键中σ键的键能为247 kJ·mol－1，π键的平均键能为 kJ·mol－1＝347.5 kJ·mol－1，故π键比σ键稳定。(2)由N2的结构式类推CO中C、O之间为三键，含有1个σ键、2个π键。(3)(CN)2的结构式为N≡C—C≡N，为直线形分子，属于非极性分子。(4)H2O中O原子有2对孤对电子，而H3O＋中O原子只有1对孤对电子，排斥力较小，故H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大。(5)①血红素分子间存在范德华力，血红素分子中存在羧基，能形成氢键。②血红素分子中形成4个单键的C为sp3杂化，形成2个单键和1个双键的C为sp2杂化；形成3个单键的N为sp3杂化，形成2个单键和1个双键的N为sp2杂化。③2、4号N原子形成3个单键，达到8电子稳定结构，而1、3号N形成2个单键、1个双键，其中有一个单键为配位键。
17．已知A、B、C、D、E、F为元素周期表前四周期原子序数依次增大的六种元素，其中A的一种同位素原子中无中子，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，D与E同主族，且E的原子序数是D的2倍，F元素在地壳中的含量位于金属元素的第二位。试回答下列问题：
(1)关于B2A2的下列说法中正确的是________。
①B2A2中的所有原子都满足8电子稳定结构
②B2A2是由极性键和非极性键形成的非极性分子
③每个B2A2分子中σ键和π键数目比为1∶1
④B2A2分子中的A—B键属于s－sp σ键
(2)B、C、D三种元素中与BD2互为等电子体的分子式为________________________(用元素符号表示)。
(3)A2E分子中心原子的杂化类型为_____________________________。
比较A2D与A2E分子的沸点，其中沸点较高的原因为
________________________________________________________________________。
元素D可形成两种同素异形体，其中在水中溶解度更大的是________(填分子式)。
(4)已知ClO为角形，中心氯原子周围有四对价层电子。ClO中心氯原子的杂化轨道类型为________，写出一个ClO的等电子体____________________。
答案 (1)②④ (2)N2O (3)sp3 H2O分子之间存在氢键 O3
(4)sp3 Cl2O或OF2
解析 A的一种同位素原子中无中子，则A为H元素；B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，则B为C元素；D与E同主族，且E的原子序数是D的2倍，则D为O元素、E为S元素；C的原子序数介于碳、氧之间，应为N元素；F元素在地壳中的含量位于金属元素的第二位，则F为Fe元素。
(1)①H原子核外不满足8电子稳定结构；③C2H2分子的结构式为H—C≡C—H，一个分子中有3个σ键、2个π键，错误；④C2H2分子中C原子采取sp杂化，所以H、C之间形成的是s－sp σ键，正确。
(2)与CO2互为等电子体的为N2O。
(3)H2S中S形成2个σ键，孤电子对数＝＝2，为sp3杂化；O3分子为V形结构，与水相似，易溶于水。
(4)由中心氯原子周围有四对价层电子可知为sp3杂化。
第3讲 化学键 分子结构与性质
课 程 标 准
知 识 建 构
1.能说出微粒间作用(离子键、共价键、配位键和分子间作用力等)的主要类型、特征和实质；能比较不同类型的微粒间作用的联系与区别；能说明典型物质的成键类型。
2．能利用电负性判断共价键的极性，能根据共价分子的结构特点说明简单分子的某些性质；能运用离子键、配位键、金属键等模型，解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质；能说明分子间作用力(含氢键)对物质熔、沸点等性质的影响，能列举含有氢键的物质及其性质特点。
3．能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能利用相关理论解释简单的共价分子的空间结构；能根据分子结构特点和键的极性来判断分子的极性，并据此对分子的一些典型性质及其应用做出解释。
一、化学键 电子式
1．化学键
(1)概念：相邻的原子之间强烈的相互作用。
(2)分类
2．离子键、共价键的比较
离子键
共价键
非极性键
极性键
概念
阴、阳离子通过静电作用形成的化学键
原子间通过共用电子对所形成的化学键
成键粒子
阴、阳离子
原子
成键实质
阴、阳离子的静电作用
共用电子对不偏向任何一方原子
共用电子对偏向一方原子
形成条件
活泼金属与活泼非金属经电子得失，形成离子键；或者铵根离子与酸根离子之间
同种元素原子之间成键
不同种元素原子之间成键
形成的
物质
离子化合物
非金属单质(稀有气体除外)；某些共价化合物或离子化合物
共价化合物或某些离子化合物
3.电子式
(1)概念：在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子的式子。
(2)电子式的书写
①书写方法
②写出下列微粒的电子式：
a．NH b．OH－
c．N2 d．H2O2
e．MgCl2
f．Na2O2
(3)用电子式表示化合物的形成过程
①离子化合物，如NaCl：。
②共价化合物，如HCl：。
4.化学键与物质类别的关系
(1)化学键与物质类别的关系
(2)离子化合物与共价化合物
化合物
类型
概念
与物质分
类的关系
举例
离子化
合物
含有离子键的化合物
①强碱②绝大多数盐③活泼金属的氧化物
NaCl、Na2O2、NH4Cl等
共价化
合物
只含有共价键的化合物
①酸②弱碱③极少数盐④气态氢化物⑤非金属氧化物⑥大多数有机物等
H2S、SO2、
CH3COOH、H2SO4、
NH3·H2O等
【诊断1】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)化学键是相邻离子或原子间的一种强作用力，既包括静电吸引力，又包括静电排斥力( )
(2)所有物质中都存在化学键( )
(3)非金属元素组成的化合物中只含共价键( )
(4)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，多个原子间可能形成离子键( )
(5)由活泼金属元素与活泼非金属元素形成的化学键都是离子键( )
(6)最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时，所形成的化学键一定是离子键( )
(7)离子化合物中可能含有共价键，共价化合物中一定不含离子键( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√
二、共价键及其参数
1．本质和特征
共价键的本质是在原子之间形成共用电子对(电子云重叠)，特征是具有饱和性和方向性。
2．分类
分类依据
类型
原子轨道的重叠方式
σ键
原子轨道“头碰头”重叠
π键
原子轨道“肩并肩”重叠
共用电子对是否偏移
极性键
共用电子对发生偏移
非极性键
共用电子对不发生偏移
原子间共用电子对的数目
单键
原子间有一对共用电子对
双键
原子间有两对共用电子对
三键
原子间有三对共用电子对
3.键参数
(1)概念
(2)键参数对分子性质的影响
①键能越大，键长越短，分子越稳定。
②
【特别提醒】
只有元素的电负性相差不大时，原子间才能形成共用电子对而形成共价键，当元素电负性相差较大(大于1.7)时，不能形成共用电子对，而形成离子键。
【诊断2】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)共价键是成键原子之间的强相互作用 ( )
(2)在任何情况下σ键都比π键强度大( )
(3)共价键的成键原子只能是非金属原子( )
(4)σ键和π键都能单独形成( )
(5)σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转( )
(6)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
三、价层电子对互斥理论和杂化轨道理论、配位键
1．价层电子对互斥理论
(1)理论要点
①价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。
②孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。
(2)分子中的中心原子上的价层电子对数的计算
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，x是与中心原子结合的原子数。
(3)示例分析
价层电
子对数
σ键电
子对数
孤电子
对数
VSEPR
模型名称
分子立
体构型
实例
2
2
0
直线形
直线形
CO2
3
3
0
三角形
平面三角形
BF3
2
1
V形
SO2
4
4
0
四面体形
正四面体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O
2.杂化轨道理论
(1)理论要点
①原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数目相等且能量相同的杂化轨道。
②杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。
(2)杂化轨道的类型
(3)杂化轨道与分子立体构型的关系
杂化
类型
杂化轨
道数目
杂化轨道
间夹角
分子立体构型
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2
sp2
3
120°
平面三角形
BF3
sp3
4
109°28′
四面体形
CH4
3.配位键
(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“A→B”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个共价键完全相同。
(3)配合物：如[Cu(NH3)4]SO4
(4)配位键的形成条件：
①配体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。
②中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。
【诊断3】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)价层电子对互斥理论中，π键的电子对数不计入中心原子的价层电子对数( )
(2)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( )
(3)NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化( )
(4)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化( )
(5)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形( )
(6)杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√
四、分子间作用力和分子性质
1．分子间作用力
(1)概念：物质分子之间普遍存在的相互作用力。
(2)分类：范德华力和氢键。
(3)强弱：范德华力＜氢键＜化学键。
(4)范德华力
①一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增大。
②范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。
(5)氢键
①形成：已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，称为氢键。
②表示方法：A—H…B。
③特征：具有一定的方向性和饱和性。
④分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。
⑤分子间氢键对物质性质的影响
主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。
2．分子的性质
(1)分子的极性
类型
非极性分子
极性分子
形成原因
正电中心和负电中心重合的分子
正电中心和负电中心不重合的分子
存在的
共价键
非极性键或极性键
非极性键或极性键
分子内
原子排列
对称
不对称
(2)物质的溶解性
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个数的增多，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。
3．分子的手性
具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体。具有手性异构体的分子叫手性分子。
4．无机含氧酸分子的酸性
对于同一种元素的无机含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。如果把含氧酸的通式写成(HO)mROn，R相同时，n值越大，酸性越强。如酸性：H2SO4＞H2SO3，HNO3＞HNO2，HClO4＞HClO3＞HClO2＞HClO。
【诊断4】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)范德华力是短程作用力，分子之间距离太远可忽略 ( )
(2)乙醇分子和水分子间只存在范德华力( )
(3)氢键具有方向性和饱和性，属于化学键的一种( )
(4)H2O2分子间存在氢键( )
(5)卤素单质、卤素氢化物的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大( )
(6)氢键的存在一定能使物质的熔、沸点升高( )
(7)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键( )
答案 (1) √ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
考点一 共价键类型的判断及应用
【典例1】 有下列十种物质：①CH4 ②CH3CH2OH
③N2 ④HCl ⑤CO2 ⑥CH3CH3 ⑦C2H4 ⑧C2H2
⑨H2O2 ⑩HCHO
请按要求回答下列问题(填写编号)：
(1)只有σ键的有________，既有σ键又有π键的有________。
(2)只含有极性键的化合物有________，既含有极性键，又含有非极性键的化合物有________。
(3)含有双键的有________，含有三键的有________。
答案 (1)①②④⑥⑨ ③⑤⑦⑧⑩
(2)①④⑤⑩ ②⑥⑦⑧⑨
(3)⑤⑦⑩ ③⑧
解析 十种物质的结构式分别为、
。根据以下两点判断化学键类型：①单键只有σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键；②同种元素原子之间形成的共价键是非极性键，不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。
【对点练1】 (共价键的类别及判断)下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A．含有π键的分子在进行化学反应时，分子中的π键比σ键活泼
B．在有些分子中，共价键可能只含有π键而没有σ键
C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键
D．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
答案 B
解析 一般情况下，同一分子中的π键不如σ键牢固，反应时比较容易断裂，A项正确；在共价单键中只含有σ键，而含有π键的分子中一定含有σ键，B项错误、D项正确；氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成σ键，C项正确。
【对点练2】 (键参数及应用)下列说法中正确的是( )
A．分子的键长越长，键能越低，分子越稳定
B．元素周期表中的第ⅠA族和第ⅦA族元素的原子间不能形成共价键
C．水分子可表示为，分子的键角为105°
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
答案 C
(1)σ键、π键的判断：单键只有一个σ键；双键是一个σ键一个π键；三键是一个σ键两个π键。
(2)成键原子半径越大，越难形成π键，如Si等难形成双键。
(3)σ键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同，一般σ键比π键稳定，但N2中π键较稳定。
(4)并不是所有的共价键都有方向性，如s－s σ键没有方向性。
(5)原子形成共价键时优先形成σ键。
(6)配位键也属于σ键。
考点二 分子(离子)立体结构的判断
【典例2】 (2020·湖北江夏模拟)下列分子中，各分子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是( )
A．NH3 平面三角形 sp3杂化
B．CCl4 正四面体 sp2杂化
C．H2O V形 sp3杂化
D．CO 三角锥形 sp3杂化
答案 C
解析 NH3分子中中心原子的价层电子对数＝3＋(5－3×1)＝4，N的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，选项A错误；B.CCl4分子中中心原子的价层电子对数＝4＋ (4－4×1)＝4，C的杂化方式为sp3，没有孤电子对，分子的立体构型为正四面体，选项B错误；H2O分子中中心原子的价层电子对数＝2＋ (6－2×1)＝4，O的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，选项C正确； CO离子中中心原子的价层电子对数＝3＋ (4＋2－3×2)＝3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，选项D错误。
杂化类型的判断方法
(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°28′，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)根据中心原子的价层电子对数判断
如中心原子的价层电子对数为4，是sp3杂化，为3是sp2杂化，为2是sp杂化。
(4)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断
如没有π键为sp3杂化，含一个π键为sp2杂化，含两个π键为sp杂化。
(5)根据等电子原理判断
如CO2是直形线分子，CNS－、N与CO2互为等电子体，所以立体构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化。
【对点练3】 (价层电子对互斥理论、杂化轨道理论的理解应用)根据价层电子对互斥理论填空：
(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为________，分子的立体构型为________。
(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为________，分子的立体构型为________。
(3)SO分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为________，分子的立体构型为________。
答案 (1)2 2 4 sp3 四面体形 V形
(2)3 0 3 sp2 平面三角形 平面三角形
(3)4 0 4 sp3 正四面体形 正四面体形
解析 (1)OF2分子中，中心原子O的价层电子对数为2＋×(6－2×1)＝2＋2＝4，中心原子的杂化方式为sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，分子的立体构型为V形。
(2)BF3分子中，中心原子B的价层电子对数为3＋×(3－3×1)＝3，中心原子的杂化方式为sp2杂化，VSEPR模型为平面三角形，分子的立体构型为平面三角形。
(3)SO离子中，中心原子为S原子，其价层电子对数为4＋×(6＋2－4×2)＝4，中心原子的杂化方式为sp3杂化，VSEPR模型为正四面体形，分子的立体构型为正四面体形。
【对点练4】 (键角大小的比较)
(1)比较下列分子或离子中的键角大小：
①BF3________NCl3，H2O________CS2。
②H2O________NH3________CH4，SO3________SO。
③H2O________H2S，NCl3________PCl3。
④NF3________NCl3，PCl3________PBr3。
(2)在分子中，键角∠HCO________(填“＞” “＜”或“＝”)∠HCH。理由是_________________________________。
答案 (1)①＞ ＜ ②＜ ＜ ＞ ③＞ ＞ ④＜ ＜ (2)＞ π键斥力大于σ键斥力
【对点练5】 (配位键理论的应用)关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物，下列说法中正确的是( )
A．配体是Cl－和H2O，配位数是9
B．中心离子是Ti4＋，配离子是[TiCl(H2O)5]2＋
C．内界和外界中Cl－的数目比是1∶2
D．向含1 mol该配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液，能生成3 mol AgCl沉淀
答案 C
解析 [TiCl(H2O)5]Cl2·H2O，配体是Cl－、H2O，提供孤电子对；中心离子是Ti3＋，配合物中配位离子Cl－不与Ag＋反应，外界中的Cl－与Ag＋反应，据此分析解答。
比较键角大小的三种思维模型
(1)杂化类型不同→sp>sp2>sp3。
(2)
(3)在同一分子中，π键电子斥力大，键角大。
考点三 分子间作用力与分子的性质
【典例3】 已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物，试根据有关信息完成下列问题：
(1)水是维持生命活动所必需的一种物质。
①1 mol冰中有________mol氢键。
②用球棍模型表示的水分子结构是________。
(2)已知H2O2分子的结构如图所示：H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上，两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。
试回答：
①H2O2分子的电子式是________________，结构式是________________________。
②H2O2分子是含有________键和________键的________(填“极性”或“非极性”)分子。
③H2O2难溶于CS2，简要说明理由：__________________________。
④H2O2中氧元素的化合价是________，简要说明原因
______________________________。
答案 (1)①2 ②B
(2)① H—O—O—H ②极性 非极性 极性 ③H2O2为极性分子，而CS2为非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2 ④－1价 因O—O键为非极性键，而O—H键为极性键，共用电子对偏向氧，故氧为－1价
解析 (1)在冰中，每个水分子与周围的4个水分子形成4个氢键，按“均摊法”计算，相当于每个水分子有2个氢键；水分子为V形结构。
(2)由H2O2的立体构型图可知，H2O2是极性分子，分子内既有极性键，又有非极性键，而CS2为非极性分子，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2。
【对点练6】 (分子的结构与性质)下列说法不正确的是( )
①N2H4分子中既含极性键又含非极性键 ②若R2－和M＋的电子层结构相同，则原子序数：R＞M ③F2、Cl2、Br2、I2熔点随相对分子质量增大而升高 ④NCl3、PCl3、CO2、CS2分子中各原子均达到8e－稳定结构 ⑤固体融化成液体的过程是物理变化，所以不会破坏化学键
⑥HF分子很稳定是由于HF分子之间能形成氢键
⑦Na2O2固体中的阴离子和阳离子个数比是1∶2
⑧由于非金属性Cl＞Br＞I，所以酸性HCl＞HBr＞HI
A．②⑤⑥⑧ B．①③④⑤
C．②④⑤⑦ D．③⑤⑦⑧
答案 A
解析 ①N2H4分子中N原子和N原子之间形成非极性键，N原子和H原子之间形成极性键，①正确；②R2－和M＋的电子层结构相同，则离子的核外电子数相等，且M处于R相邻的下一周期，所以原子序数：M＞R，②错误；③F2、Cl2、Br2、I2是组成和结构相似的分子，熔点随相对分子质量增大而升高，③正确；④NCl3、PCl3、CO2、CS2分子中各原子均达到8e－稳定结构，④正确；⑤固体融化成液体的过程是物理变化，也可能破坏化学键，例如氢氧化钠熔融时离子键被破坏，⑤错误；⑥HF分子很稳定，是因为H—F键键能大，稳定，跟氢键无关，⑥错误；⑦Na2O2固体中的阴离子和阳离子分别是O、Na＋，个数比是1∶2，⑦正确；⑧氢化物的酸性与元素的非金属性无关，酸性：HCl＜HBr＜HI，⑧错误。
【对点练7】 (分子极性的判断)下列叙述正确的是( )
A．NH3是极性分子，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，C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心
C．H2O是极性分子，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，C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
答案 C
解析 NH3是极性分子，N原子处在三角锥形的顶点，3个H原子处于锥底，A项错误；CCl4是非极性分子，四个Cl原子构成的是正四面体结构，C原子处在4个Cl原子所组成的四面体的中心，B项错误；H2O是极性分子，是V形分子，O原子不处在2个H原子所连成直线的中央，C项正确；CO2是非极性分子，三个原子在一条直线上，C原子处在2个O原子所连成的直线的中央，D项错误。
键的极性、分子空间结构与分子极性的关系
类型
实例
键的极性
空间构型
分子极性
X2
H2、N2
非极性键
直线形
非极性分子
XY
HCl、NO
极性键
直线形
极性分子
XY2
(X2Y)
CO2、CS2
极性键
直线形
非极性分子
SO2
极性键
V形
极性分子
H2O、H2S
极性键
V形
极性分子
XY3
BF3
极性键
平面三角形
非极性分子
NH3
极性键
三角锥形
极性分子
XY4
CH4、CCl4
极性键
正四面体形
非极性分子
微专题19 分子结构类简答题的规范解答
一、答题角度与化学键有关的简答
1．两种三角锥形气态氢化物PH3和NH3的键角分别为93.6°和107°，试分析PH3的键角小于NH3的原因_____________________________。
答案 N电负性强于P，且原子半径小于P，NH3中成键电子对离中心原子更近，成键电子对间距离更小，致使其成键电子对间斥力大，键角更大
2．TiCl4稳定性比CCl4差，极易水解，试从结构分析其原因：
________________________________________________________________________。
答案 Ti—Cl键比C—Cl键的键长大、键能小，易断裂
3．ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是________________________________________________________________________。
答案 ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小
二、答题角度与化学键、分子间作用力和氢键的区别有关的简答
4．沸点高低：乙酸钠>乙酸>乙醛，这是因为_________________________________________________________________________。
答案 乙酸钠是离子晶体，乙酸和乙醛是分子晶体，乙酸分子间存在氢键
三、答题角度与氢键的类别、数目有关的简答
5．邻羟基苯甲酸(又名水杨酸，)和对羟基苯甲酸()都是二元酸。二者沸点相差较大的理由是________________________________________________________________________。
答案 对羟基苯甲酸只在分子间形成氢键，邻羟基苯甲酸只在分子内形成氢键，所以前者沸点高于后者
6．氮的一种氢化物 N2H4 是一种良好的火箭发射燃料，其熔点、沸点分别为1.4 ℃、113.5 ℃，氨气的熔点、沸点分别为－77.7 ℃、－33.5 ℃。肼与氨气熔点、沸点差异最主要的原因是________________________________________________________________________。
答案 N2H4分子间氢键数目多于NH3分子间氢键数目
解析 N2H4、NH3都是分子晶体，在分子之间都存在分子间作用力，由于都含有N—H键，N元素的非金属性强、原子半径小，所以二者的分子之间还都存在氢键，增加了分子间作用力，但由于N2H4分子间氢键数目多于NH3分子间氢键数目，所以克服氢键和分子间作用力使物质熔化、汽化需要较高的能量，因此肼的熔点、沸点比氨气高。
1．(1)(2020·全国卷Ⅰ)磷酸根离子的空间构型为________，其中P的价层电子对数为________、杂化轨道类型为________。
(2)(2020·全国卷Ⅱ)有机碱CH3NH中，N原子的杂化轨道类型是________；CaTiO3的组成元素的电负性大小顺序是________________。
(3)(2020·全国卷Ⅲ)①NH3BH3分子中，N—B化学键称为________键，其电子对由________提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：
3NH3BH3＋6H2O===3NH＋B3O＋9H2↑
B3O的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由________变为________。
②NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(Hδ＋)，与B原子相连的H呈负电性(Hδ－)，电负性大小顺序是________。与NH3BH3原子总数相等的等电子体是________(写分子式)，其熔点比NH3BH3___________ (填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之间，存在_________________________，也称“双氢键”。
答案 (1)正四面体 4 sp3 (2)sp3 O>Ti>Ca
(3)①配位 N sp3 sp2 ②N>H>B CH3CH3 低 Hδ＋与Hδ－的静电引力
解析 (1)PO的中心原子P的价层电子对数为4，孤电子对数为0，中心原子P为sp3杂化，故PO的空间构型为正四面体。
(2)CH3NH中N原子与2个H原子、1个C原子形成三个共价键，与H＋形成一个配位键，故N原子的杂化轨道类型为sp3；O为非金属元素，其电负性在三种元素中最大，Ca和Ti同为第四周期元素，金属性Ca大于Ti，故电负性大小顺序为O>Ti>Ca。
(3)①NH3BH3中N有孤对电子，B有空轨道，N和B形成配位键，电子对由N提供。NH3BH3中B形成四个σ键，为sp3杂化，B3O中B形成3个σ键，为sp2杂化。②电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。与N原子相连的H呈正电性，与B原子相连的H呈负电性，故电负性N>H>B。原子数相同、价电子总数相同的微粒互称为等电子体，与NH3BH3互为等电子体的分子为CH3CH3。带相反电荷的微粒能形成静电引力，NH3BH3分子间存在Hδ＋与Hδ－的静电引力，也称为“双氢键”，“双氢键”能改变物质的熔沸点，而CH3CH3分子间不存在“双氢键”，熔沸点较低。
2．(2020·江苏化学，21)以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵[(NH4)3Fe(C6H5O7)2]。
(1)[Fe(H2O)6]2＋中与Fe2＋配位的原子是________(填元素符号)。
(2)NH3分子中氮原子的轨道杂化类型是________。
(3)柠檬酸的结构简式见图。1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为________ mol。
答案 (1)O (2)sp3 (3)7
解析 (1)[Fe(H2O)6]2＋中，H2O是配体，H2O分子中的O原子有孤对电子，是配位原子。(2)NH3分子中N原子有1对孤对电子，3个成键电子对，所以N原子以sp3方式杂化。(3)单键都是σ键，双键中有一个σ键，则1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成7 mol σ键。
3．(2020·山东学业水平等级考试)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：
(1)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为________________(填化学式，下同)，还原性由强到弱的顺序为________________，键角由大到小的顺序为________________。
(2)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Cd2＋配合物的结构如图所示，1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有________ mol，该螯合物中N的杂化方式有________种。
(3)(2020·天津高考)Fe、Co、Ni三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为______________________________。
答案 (1)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3 (2)6 1 (3)NiO>CoO>FeO
解析 (1)NH3中存在分子间氢键，导致其沸点比与N元素同主族的P、As元素的氢化物PH3、AsH3的沸点要高，而PH3、AsH3中均不存在分子间氢键，故影响PH3、AsH3沸点的因素为范德华力，相对分子质量越大，沸点越高，则沸点由高到低的顺序为NH3、AsH3、PH3。通常同主族元素随着原子序数的递增，气态氢化物的还原性逐渐增强，则还原性由强到弱的顺序是AsH3、PH3、NH3。同主族元素，随着原子序数的递增，电负性逐渐减弱，则其气态氢化物中的成键电子对逐渐远离中心原子，致使成键电子对的排斥力降低，键角逐渐减小，故键角由大到小的顺序是NH3、PH3、AsH3。(2)该螯合物中Cd2＋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1 mol该配合物中通过螯合作用形成6 mol配位键。该螯合物中无论是硝基中的N原子，还是NO中的N原子，还是六元环中的N原子，N均为sp2杂化，即N只有1种杂化方式。(3)因为Fe、Co、Ni的二价氧化物是离子化合物，Fe2＋、Co2＋、Ni2＋半径依次减小，晶体的晶格能依次增大，熔点依次升高，故熔点顺序是NiO>CoO>FeO。
4．(高考组合题)化学键的判断和分子的性质。
(1)(2018·全国卷Ⅰ)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中，存在________(填标号)。
A．离子键 B．σ键
C．π键 D．氢键
(2)[2018·全国卷Ⅱ，35(4)节选]气态三氧化硫以单分子形式存在，其中共价键的类型有________种。
(3)[2018·全国卷Ⅱ，35(3)改编]如图为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为____________________。
(4)(2019·全国卷Ⅲ)FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为________________，其中Fe的配位数为________。
(5)苯胺()的晶体类型是________。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是______________________________。
(6)NH4H2PO4中，电负性最高的元素是________；P的________杂化轨道与O的2p轨道形成________键。
(7)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：
这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为_____________________ (用n代表P原子数)。
答案 (1)AB (2)2 (3)S8相对分子质量大，分子间范德华力强
(4)
(5)分子晶体 苯胺分子之间存在氢键
(6)O sp3 σ (7)(PnO3n＋1)(n＋2)－
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．下列关于σ键和π键的说法不正确的是( )
A．σ键能单独形成，π键不能单独形成
B．σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转
C．双键中一定有一个σ键，一个π键，三键中一定有一个σ键，两个π键
D．CH3—CH3、CH2===CH2、CH≡CH中的σ键都是C—C键，所以键能都相同
答案 D
解析 单键都是σ键，双键中有1个σ键、1个π键，三键中有1个σ键、2个π键，所以σ键能单独形成、π键不能单独形成，故A、C正确；σ键通过头碰头形成，而π键通过肩并肩形成，σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，故B正确；CH3—CH3、CH2===CH2、CH≡CH中的C—H键、C—C键都是σ键，故D错误。
2．徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是( )
A．H2O2分子中O原子为sp2杂化
B．CO2分子中C原子为sp杂化
C．BF3分子中B原子为sp3杂化
D．CH3COOH分子中C原子均为sp2杂化
答案 B
解析 杂化轨道只能用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。H2O2的分子结构为H—O—O—H，每个O原子形成2个σ键，每个O原子含2对孤电子对，则O原子采取sp3杂化，A错误；CO2的结构式为O===C===O，C原子形成2个σ键和2个π键，则C原子采取sp杂化，B正确；BF3中B原子形成3个σ键，不含孤电子对，则B原子采取sp2杂化，C错误；CH3COOH分子中甲基中C原子采取sp3杂化，—COOH中C原子采取sp2杂化，D错误。
3．下列说法中错误的是( )
A．卤化氢中，HF的沸点最高，是由于HF分子间存在氢键
B．邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低
C．H2O的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键键能大
D．氨气极易溶于水与氨气分子和水分子间形成氢键有关
答案 C
解析 HF分子之间存在氢键，故熔、沸点相对较高，故A正确；能形成分子间氢键的物质熔、沸点较高，邻羟基苯甲醛容易形成分子内氢键，对羟基苯甲醛易形成分子间氢键，所以邻羟基苯甲醛的沸点比对羟基苯甲醛的沸点低，故B正确；H2O分子最多与周围H2O分子形成4个氢键，而HF分子最多与周围HF分子形成两个氢键，氢键越多，熔、沸点越高，所以H2O熔、沸点高，故C错误；氨气分子和水分子间形成氢键，导致氨气极易溶于水，故D正确。
4．毒奶粉主要是奶粉中含有有毒的三聚氰胺()。下列关于三聚氰胺分子的说法中正确的是( )
A．所有氮原子均采取sp3杂化
B．一个三聚氰胺分子中共含有15个σ键
C．属于极性分子
D．三聚氰胺分子中同时含有极性键和非极性键
答案 B
解析 C===N键中N原子采取sp2杂化，—NH2中N原子采取sp3杂化，A错误；1个三聚氰胺分子中含有6个N—H键、6个C—N键和3个C===N键，每个双键中含有1个σ键，故1个三聚氰胺分子中含有15个σ键，B正确；由三聚氰胺的结构简式可知，该分子结构对称，是非极性分子，C错误；三聚氰胺分子中只含有极性键，不含非极性键，D错误。
5．(2020·枣庄模拟)镍能形成多种配合物如正四面体形的Ni(CO)4和正方形的[Ni(CN)4]2－、正八面体形的[Ni(NH3)6]2＋等。Ni(CO)4常温下为液态，易溶于CCl4、苯等有机溶剂。下列说法正确的是( )
A．NH3的键角大于CCl4
B．固态Ni(CO)4属于离子晶体
C．Ni(CO)4和[Ni(CN)4]2－中，镍元素均是sp3杂化
D．Ni(CO)4分子内σ键和π键个数之比为1∶1
答案 D
解析 A．NH3是三角锥形，键角为107°，CCl4是正四面体，键角为109°28′，所以NH3的键角小于CCl4，故A错误；B.Ni(CO)4常温下为液态，易溶于有机溶剂，属于分子晶体，不是离子晶体，故B错误；C.[Ni(CN)4]2－为正方形，Ni(CO)4为正四面体形，故杂化方式不同，故C错误；D.配位键中有1个σ键，CO分子内含有1个σ键和2个π键，Ni(CO)4分子内σ键和π键个数之比为1∶1，故D正确。
6．(2020·平度模拟)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
答案 A
解析 根据价层电子对互斥理论确定微粒的空间构型，SOCl2中S原子成2个S－Cl键，1个S===O，价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对个数＝3＋＝4，杂化轨道数是4，故S原子采取sp3杂化，含一对孤电子，分子形状为三角锥形。
7．(2020·威海二模)“冰面为什么滑？”，这与冰层表面的结构有关(如图)。下列有关说法错误的是( )
A．由于氢键的存在，水分子的稳定性好，高温下也很难分解
B．第一层固态冰中，水分子间通过氢键形成空间网状结构
C．第二层“准液体”中，水分子间形成氢键的机会比固态冰中少
D．当高于一定温度时，“准液体”中的水分子与下层冰连接的氢键断裂，产生“流动性的水分子”，使冰面变滑
答案 A
解析 A．水分子的稳定性好，是由水分子内氢氧共价键的键能决定的，与分子间形成的氢键无关，故A错误；B.固态冰中，1个水分子与周围的4个水分子通过氢键相连接，从而形成空间网状结构，故B正确；C.“准液体”中，水分子间的距离不完全相等，所以1个水分子与少于4个的水分子间距离适合形成氢键，形成氢键的机会比固态冰中少，故C正确；D.当温度达到一定数值时，“准液体”中的水分子与下层冰连接的氢键被破坏，使一部分水分子能够自由流动，从而产生“流动性的水分子”，造成冰面变滑，故D正确。
8．(2020·山东模考)缺电子化合物是指电子数不符合路易斯结构(一个原子通过共享电子使其价层电子数达到8，H原子达到2所形成稳定分子结构)要求的一类化合物。下列说法错误的是( )
A．NH3、BF3、BF中只有BF3是缺电子化合物
B．BF3、BF中心原子的杂化方式分别为sp2、sp3
C．BF3与NH3反应时有配位键生成
D．BF的键角小于NH3
答案 D
解析 NH3电子式为，符合路易斯结构，BF3电子式为，B原子价层电子数为6，不符合路易斯结构，BF电子式为[]－，只有BF3是缺电子化合物，故A正确；BF3中心B原子价层电子对数为3＋×(3－1×3)＝3，为sp2杂化；BF中心B原子价层电子对数为4＋×(3＋1－4×1)＝4，为sp3杂化，故B正确；BF3与NH3反应时，NH3中N原子有孤电子对，BF3中B原子有空轨道，可生成配位键，故C正确；BF和NH3的中心原子均为sp3杂化，BF中心原子无孤电子对，NH3有一对孤电子对，根据价层电子对互斥理论，孤电子对对成键电子的斥力增大，键角减小，则BF的键角大于NH3，故D错误。
9．(2020·济宁三模)《梦溪笔谈》有记：馆阁新书净本有误书处，以雌黄涂之。在中国古代，雌黄(As2S3)经常用来修改错字，其结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A．As、S原子的杂化方式均为sp3
B．AsH3的沸点比NH3的低
C．与As同周期且基态原子核外未成对电子数目相同的元素只有V
D．已知As2F2分子中各原子均满足8电子结构，分子中σ键和π键的个数比为3∶1
答案 C
解析 A．As2S3分子中，As形成3个单键，含有1对未成键电子对，杂化轨道数为4，杂化方式为sp3；S原子形成2个单键，含有2对未成键电子对，杂化轨道数为4，杂化方式也是sp3，故A正确；B.NH3分子间存在氢键，导致其沸点较高，即AsH3的沸点比NH3的低，故B正确；C.基态As原子未成对电子数是3，第四周期元素中，与基态As原子核外未成对电子数目相同的元素有V、Co，故C错误；D.As2F2分子中各原子均满足8电子结构，其结构式为F—As===As—F，1个单键是1个σ键，1个双键中含有1个σ键，1个π键，所以As2F2分子中σ键的数目为3，π键的数目为1，σ键和π键的个数比为3∶1，故D正确。
10．(2020·泰安一模)胆矾CuSO4·5H2O可写为[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其结构示意图如图：
下列有关胆矾的说法正确的是( )
A．Cu2＋的价层电子排布式为3d84s1
B．所有氧原子都采取sp3杂化
C．胆矾中含有的粒子间作用力有离子键、极性键、配位键和氢键
D．胆矾所含元素中，H、O、S 的半径及电负性依次增大
答案 C
解析 A．Cu2＋的价层电子排布式为3d9，A错误；B.硫酸根离子中，与S相连的氧原子没有杂化，B错误；C.铜离子和硫酸根离子间存在离子键，硫原子和氧原子间存在极性共价键，铜原子和氧原子间存在配位键，氧原子和氢原子间存在氢键，C正确；D.H、O、S分别为第1、2、3周期的元素原子半径依次增大，同主族元素从上到下电负性减弱，因此O的电负性大于S，D错误。
11.(2021·1月湖北学业水平选择考适应性测试，5)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。W是宇宙中最丰富的元素，W2X是维持生命过程的必需物质，WY可用于玻璃的刻蚀，ZX2是酸雨的主要形成原因之一，室温下化合物ZY4是气体。下列说法错误的是( )
A.Y的第一电离能在四种元素中最大
B.W2X和ZX2的中心原子分别为sp3和sp2杂化
C.W2X的沸点高于W2Z的沸点
D.ZY4分子中原子均为8电子结构
答案 D
解析 WY是HF，则W2X是H2O，ZX2是SO2，即W是H，X是O，Y是F，Z是S。A.在H、O、F、S中，F的第一电离能最大，正确；B.H2O中O的价层电子对数为4，O是sp3杂化，SO2中S的价层电子对数是3，S原子采用sp2杂化，正确；C.由于H2O可以形成氢键，所以H2O的沸点高于H2S的沸点，正确；D.SF4的结构式为，F达到8电子结构，S最外层有10个e－，错误。
12.(2021·1月湖北学业水平选择考适应性测试，12)在碱性溶液中，Cu2＋可以与缩二脲形成紫色配离子，其结构如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.该配离子与水分子形成氢键的原子只有N和O
B.该配离子中铜离子的配位数是4
C.基态Cu原子的价电子排布式是3d104s1
D.该配离子中非金属元素的电负性大小顺序为O>N>C>H
答案 A
解析 A.与N成键的H可与H2O的O形成氢键，错误；B.铜离子可与2个N和2个O形成配位键，正确；C.基态Cu原子价电子排布式为3d104s1，正确；D.H、C、N、O的电负性大小顺序为O＞N＞C＞H，正确。
二、非选择题(本题包括5小题)
13．砷(As)元素及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：
(1)基态As原子的核外电子排布式为_________________，
砷与硒的第一电离能较大的是________。
(2)传统中药的砷剂俗称“砒霜”，其分子结构如图所示，该化合物中As、O原子的杂化方式分别为________、________。
(3)Na3AsO4可作杀虫剂。AsO的立体构型为________，与其互为等电子体的分子的化学式为________(任写一种)。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3 As或砷 (2)sp3杂化 sp3杂化
(3)正四面体形 CF4(或SiF4、CCl4、SiCl4，合理即可)
解析 (1)砷由于4p轨道为半充满状态，结构稳定，第一电离能比Se大。(2)该化合物中As有一个孤电子对，杂化类型为sp3杂化，O有两个孤电子对，杂化类型为sp3杂化。(3)AsO中As无孤电子对，立体构型为正四面体形，与AsO互为等电子体的分子有CF4、SiF4、CCl4、SiCl4等。
14．芦笋中的冬天酰胺(结构如下图)和微量元素硒、铬、锰等，具有提高身体免疫力的功效。
(1)天冬酰胺所含元素中，________(填元素名称)元素基态原子核外未成对电子数最多。
(2)天冬酰胺中碳原子的杂化轨道类型有________种。
(3)H2S和H2Se的参数对比见下表。
化学式
键长/nm
键角
沸点/℃
H2S
1.34
92.3°
－60.75
H2Se
1.47
91.0°
－41.50
①H2Se分子中含有共价键类型为________。
②H2S的键角大于H2Se的原因可能为______________________________。
答案 (1)氮 (2)2 (3)①极性键 ②S的电负性强于Se，形成的共用电子对斥力大，键角大
解析 (3)①H2S和H2Se的熔、沸点均较低，为分子晶体，不同种元素原子形成的为极性键。②S的电负性强于Se，形成的共用电子对斥力大，故H2S键角大。
15．1985年，Rousssin研究发现了第一个金属原子簇类配位化合物，其结构如图所示，金属原子簇类化合物与金属原子表面性质相似，具有良好的催化活性等功能。
请回答下列问题：
(1)硫可以形成SOCl2化合物，则该化合物的立体构型为________。
(2)除了氮的氧化物之外，氮还可以形成NO。请写出氮原子的杂化方式________。
(3)上述原子簇类配合物，中心原子铁的配位原子是________________。
(4)配合物Fe(CO)5的熔点为－20 ℃，沸点103 ℃。可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如下图所示。下列关于Fe(CO)5说法正确的是________(填字母)。
A．Fe(CO)5是非极性分子，CO是极性分子
B．Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键
C．1 mol Fe(CO)5含有10 mol配位键
D．Fe(CO)5===Fe＋5CO反应中没有新化学键生成
答案 (1)三角锥形 (2)sp (3)S、N (4)AC
解析 (1)对于SOCl2其等电子体为SO，二者结构相似，根据VSEPR理论，价电子对数为3＋×(6－2×3＋2)＝4，则其立体构型为三角锥形。(2)对于NO，根据VSEPR理论，价电子对数为2＋×(5－2×2－1)＝2，根据杂化轨道理论，则中心N原子为sp杂化。(3)直接与中心原子成键的为配位原子，所以中心原子铁的配位原子是：N、S。(4)A项，Fe(CO)5对称是非极性分子，CO不对称是极性分子，正确；B项，铁的杂化轨道数为5，Fe(CO)5分子不是正四面体构型，Fe(CO)5中Fe原子不是以sp3杂化方式与CO成键，错误；C项，碳与氧、铁与碳之间形成配位键，1 mol Fe(CO)5含有10 mol 配位键，正确；D项，反应生成金属键，错误。
16．Fe、C、N、O、H可以组成多种物质。回答下列问题：
(1)N≡N键的键能为942 kJ·mol－1，N—N单键的键能为247 kJ·mol－1，计算说明N2中的________键比________键稳定(填“σ”或“π”)。
(2)配合物Fe(CO)5会使合成氨等生产过程中的催化剂中毒。
CO分子中σ键与π键数目之比为________。
(3)(CN)2分子中所有原子最外层都满足8电子，请写出其结构式：________。(CN)2分子为________(填“极性”或“非极性”)分子。
(4)H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角________(填“大”或“小”)，原因是___________________。
(5)血红素分子结构如图所示。
①血红素分子间存在的作用力有________(填名称)。
②血红素分子中C原子的杂化方式为________，N原子的杂化方式为________。
③与Fe通过配位键结合的氮原子的编号是________。
答案 (1)π σ (2)1∶2 (3)N≡C—C≡N 非极性
(4)大 H2O中O原子有2对孤对电子，而H3O＋中O原子只有1对孤对电子，排斥力较小
(5)①范德华力、氢键 ②sp2、sp3 sp2、sp3 ③1和3
解析 (1)N≡N键中σ键的键能为247 kJ·mol－1，π键的平均键能为 kJ·mol－1＝347.5 kJ·mol－1，故π键比σ键稳定。(2)由N2的结构式类推CO中C、O之间为三键，含有1个σ键、2个π键。(3)(CN)2的结构式为N≡C—C≡N，为直线形分子，属于非极性分子。(4)H2O中O原子有2对孤对电子，而H3O＋中O原子只有1对孤对电子，排斥力较小，故H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大。(5)①血红素分子间存在范德华力，血红素分子中存在羧基，能形成氢键。②血红素分子中形成4个单键的C为sp3杂化，形成2个单键和1个双键的C为sp2杂化；形成3个单键的N为sp3杂化，形成2个单键和1个双键的N为sp2杂化。③2、4号N原子形成3个单键，达到8电子稳定结构，而1、3号N形成2个单键、1个双键，其中有一个单键为配位键。
17．已知A、B、C、D、E、F为元素周期表前四周期原子序数依次增大的六种元素，其中A的一种同位素原子中无中子，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，D与E同主族，且E的原子序数是D的2倍，F元素在地壳中的含量位于金属元素的第二位。试回答下列问题：
(1)关于B2A2的下列说法中正确的是________。
①B2A2中的所有原子都满足8电子稳定结构
②B2A2是由极性键和非极性键形成的非极性分子
③每个B2A2分子中σ键和π键数目比为1∶1
④B2A2分子中的A—B键属于s－sp σ键
(2)B、C、D三种元素中与BD2互为等电子体的分子式为________________________(用元素符号表示)。
(3)A2E分子中心原子的杂化类型为_____________________________。
比较A2D与A2E分子的沸点，其中沸点较高的原因为
________________________________________________________________________。
元素D可形成两种同素异形体，其中在水中溶解度更大的是________(填分子式)。
(4)已知ClO为角形，中心氯原子周围有四对价层电子。ClO中心氯原子的杂化轨道类型为________，写出一个ClO的等电子体____________________。
答案 (1)②④ (2)N2O (3)sp3 H2O分子之间存在氢键 O3
(4)sp3 Cl2O或OF2
解析 A的一种同位素原子中无中子，则A为H元素；B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，则B为C元素；D与E同主族，且E的原子序数是D的2倍，则D为O元素、E为S元素；C的原子序数介于碳、氧之间，应为N元素；F元素在地壳中的含量位于金属元素的第二位，则F为Fe元素。
(1)①H原子核外不满足8电子稳定结构；③C2H2分子的结构式为H—C≡C—H，一个分子中有3个σ键、2个π键，错误；④C2H2分子中C原子采取sp杂化，所以H、C之间形成的是s－sp σ键，正确。
(2)与CO2互为等电子体的为N2O。
(3)H2S中S形成2个σ键，孤电子对数＝＝2，为sp3杂化；O3分子为V形结构，与水相似，易溶于水。
(4)由中心氯原子周围有四对价层电子可知为sp3杂化。
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