新教材适用2024版高考化学一轮总复习练案15第五章物质结构与性质元素周期律第15讲化学键分子结构与性质

练案[15] 　第15讲　化学键　分子结构与性质

一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。

1．(2023·山西大同模拟)由短周期前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化。X不稳定，易分解。下列有关说法正确的是( A )

A．T转化为X的过程中，断裂和形成的共价键类型相同

B．图中黑球代表的原子在反应过程中杂化类型发生变化

C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍

D．T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键

[解析]　由球棍模型可知，黑球为C，大灰球为O，小白球为H，则T为HCHO，X不稳定，易分解，则X为H2CO3，则Y为氧化剂。T转化为X的过程中，断裂的是C—H键，形成的是C—O键和O—H键，断裂和形成的均为σ键，故A正确；黑球为C原子，HCHO中C原子为sp2杂化，H2CO3中C原子也为sp2杂化，杂化方式未发生改变，故B错误；X分子中含有的σ键个数为5，T分子中含有的σ键个数为3，不是2倍的关系，故C错误；X为H2CO3，只含有极性键，故D错误。

2．(2023·山东济宁模拟)共价键有多种分类方法。按成键方式可分为σ键和π键。下列说法正确的是( D )

A．π键是由两个p轨道“头碰头”重叠形成

B．通过π键连接的原子或原子团可绕键轴旋转

C．σ键和π键的强度相同

D．乙烷分子中的键全为σ键而乙烯分子中含σ键和π键

[解析]　π键是由两个p轨道“肩并肩”重叠形成，A项错误；通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转，B项错误；σ键和π键因轨道重叠程度不同，所以强度不同，C项错误；乙烷分子中均为单键，单键均为σ键，乙烯分子中含碳碳双键，双键中有1个σ键和1个π键，D项正确。

3．(2023·广西南宁模拟)下列关于σ键和π键的理解不正确的是( C )

A．σ键一般能单独形成，而π键一般不能单独形成

B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转

C．CH3—CH3、CH2===CH2、CH≡CH中碳碳键的键能都相同

D．碳碳双键中有一个σ键，一个π键，碳碳三键中有一个σ键，两个π键

[解析]　由于原子轨道先按重叠程度大的“头碰头”方向进行重叠，故先形成σ键，然后才能形成π键，A正确；σ键为单键，可以绕键轴旋转，π键在双键、三键中存在，不能绕键轴旋转，B正确；键能大小顺序：C≡C>C===C>C—C，C错误；单键均为σ键，双键含1个σ键和1个π键，三键含1个σ键和2个π键，D正确。

4．(2023·山东泰安模拟)下列关于价层电子对互斥模型及杂化轨道理论的叙述不正确的是( B )

A．价层电子对互斥模型将分子分成两类：中心原子有孤电子对的和无孤电子对的

B．价层电子对互斥模型既适用于单质分子，也适用于化合物分子

C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化形成的一组能量相近的新轨道

D．AB2型共价化合物的中心原子A采取的杂化方式可能不同

[解析]　在VSEPR理论中，将分子分成了中心原子含孤电子对与不含孤电子对两种情况，显然分子的VSEPR模型与空间结构可能相同(不含孤电子对的情况下)，也可能不同(含孤电子对的情况下)，A项正确；VSEPR模型的研究对象仅限于化合物分子，不适用于单质分子，B项错误；sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的1个s轨道和3个p轨道通过杂化形成的一组能量相近的新轨道，故C正确；AB2型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数可能不同，则其采取的杂化方式也可能不同，D项正确。

5．(2023·绥化模拟)下列分子或离子的中心原子为sp3杂化，且杂化轨道容纳1对孤电子对的是( D )

A．CH4、NH3、H2O  B．CO2、BBr3、SO

C．C2H4、SO2、BeCl2  D．NH3、PCl3、H3O＋

[解析]　CH4、NH3、H2O的中心原子价层电子对数都是4，都采用sp3杂化，CH4、NH3、H2O的中心原子上的孤电子对数分别是0、1、2，A不符合题意；CO2、BBr3、SO的中心原子价层电子对数分别是2、3、4，且CO2、BBr3、SO的中心原子上的孤电子对数分别是0、0、1，B不符合题意；C2H4、SO2、BeCl2的中心原子价层电子对数分别是3、3、2，且C2H4、SO2、BeCl2的中心原子上的孤电子对数分别是0、1、0，C不符合题意；NH3、PCl3、H3O＋的中心原子价层电子对数都是4，采用sp3杂化，中心原子上的孤电子对数都是1，D符合题意。

6．(2023·辽宁大连模拟)下列表述正确的是( B )

A．键角：H2O>NH3

B．用原子轨道描述氯化氢分子中化学键的形成：

C．电负性：N>O>C>H

D．冰的密度比水小的性质与氢键无关

[解析]　H2O键角为104.5°，NH3键角为107.3°，A错误；氯化氢分子中化学键的形成用原子轨道描述如图所示：

B正确；电负性：O>N，C错误；水凝固为冰时，氢键会使水分子之间的距离增大，体积也就增大了，故冰密度比水小与氢键有关，D错误。

7．(2023·江苏泰州模拟)下列关于Si、P、S、Cl及其化合物结构与性质的论述错误的是( C )

A．中心原子的半径依次减小是H4SiO4、H3PO4、H2SO4、HClO4中羟基的数目依次减少的原因之一

B．结构简式为P＋H3CCH2CH3CH2C6H5C6H5Cl－的物质中含有不对称原子P，该物质可能有旋光性

C．SiCl4、PCl3、SCl2中键角最大的是PCl3

D．实验测定分子的极性大小可以区别顺-1,2-二氯乙烯和反-1,2-二氯乙烯

[解析]　中心原子的半径越小，则R—O—H中R—O键越强，O—H键越易断裂，所以半径越小，羟基数目越少，A正确；采用类推法，中心P原子相当于中心C原子，由于P原子所连的4个原子团都不相同，所以P具有手性，是不对称原子，该物质可能有旋光性，B正确；SiCl4、PCl3、SCl2的中心原子的价层电子对数都为4，都发生sp3杂化，但由于孤电子对与成键电子对之间的排斥作用比成键电子对与成键电子对之间的排斥作用强，所以键角SiCl4>PCl3>SCl2，键角最大的是SiCl4，C错误；顺-1,2-二氯乙烯是轴对称结构，反-1,2-二氯乙烯是中心对称结构，所以分子极性的大小不同，D正确。

8．(2023·天津蓟州区燕山中学月考)下列说法中不正确的是( C )

A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强

B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键

C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键

D．N2分子中有一个σ键，2个π键

[解析]　σ键的形成方式为“头碰头”，π键的形成方式为“肩并肩”，σ键比π键重叠程度大，更稳定，A项正确；两个原子之间形成双键时，含有一个σ键和一个π键，两个原子之间形成三键时，含有一个σ键和2个π键，两个原子间最多只能形成1个σ键，B项正确；单原子分子中没有共价键，则稀有气体分子中不存在σ键，C项错误；N2分子中含有一个氮氮三键，即有一个σ键，2个π键，D项正确。

9．(2023·山东青岛二模)短周期元素X、Y、Z原子序数依次增大，X元素基态原子有2个未成对电子，Y元素基态原子的核外p电子数比s电子数少1个，Z的一种超原子Z具有40个价电子，下列说法错误的是( B )

A．XO的空间结构为平面三角形

B．简单离子半径：Y<Z

C．YO中心原子的杂化方式为sp2杂化

D．化合物ZY的结构与X的某种单质的结构相似

[解析]　短周期元素X、Y、Z的原子序数依次增大，X元素基态原子有2个未成对电子，则其价电子排布为ns2np2或ns2np4。Y元素基态原子的核外p电子数比s电子数少1个，则Y的核外电子排布式为1s22s22p3，Y是N元素，从而推知X是C元素。Z的一种超原子Z具有40个价电子，则Z的价层电子数为3，Z是Al元素。XO为CO，碳原子的价层电子对数为3＋×(4－3×2＋2)＝3，不含孤电子对，碳原子采取sp2杂化，则CO的空间结构为平面三角形，A正确；简单离子半径：N3－>Al3＋，B错误；YO是NO，氮原子的价电子对数为3＋×(5－3×2＋1)＝3，不含孤电子对，氮原子采取sp2杂化，C正确；ZY是AlN，和金刚石都是共价晶体，具有空间立体网状结构，D正确。

10．(2023·辽宁丹东高三期末)有5种元素X、Y、Z、Q、T。X原子M层上有2个未成对电子且无空轨道；Y原子的价层电子排布式为3d64s2；Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道；Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子；T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述错误的是( A )

A．X和Q结合生成的化合物为离子化合物

B．元素Y和Q可形成化合物Y2O3

C．ZX2分子中Z采取sp杂化，分子呈直线形结构

D．T元素的一种单质分子的空间结构为正四面体形

[解析]　由题给信息推知，X、Y、Z、Q、T分别代表S元素、Fe元素、C元素、O元素、P元素。S和O结合形成SO2、SO3，都是共价化合物，A错误；Fe和O可形成化合物Fe2O3，B正确；ZX2是CS2，中心碳原子采取sp杂化，分子呈直线形，C正确；白磷(P4)的空间结构为正四面体形，D正确。

二、非选择题：本题共4小题。

11．(2023·湖南长沙检测)已知键能、键长部分数据如下表：

(1)下列有关性质的比较正确的是 ACD　(填字母，下同)。

A．稳定性：HF>HCl>HBr>Hl

B．氧化性：I2>Br2>Cl2

C．沸点：H2O>NH3

D．还原性：HI>HBr>HCl>HF

(2)下列有关推断正确的是 A　。

A．同种元素形成的共价键稳定性：三键>双键>单键

B．同种元素形成的双键键能一定小于单键的2倍

C．键长越短，键能一定越大

D．氢化物的键能越大，其稳定性一定越强

(3)在HX(X为卤素)分子中，键长最短的是 HF　，最长的是 HI　；O—O键的键长 大于　(填“大于”“小于”或“等于”)O===O键的键长。

[解析]　(1)根据表中数据，同主族元素气态氢化物的键能从上到下逐渐减小，稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能和键长看，氯单质、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱，由原子结构可知，氧化性也逐渐减弱，B项错误；H2O在常温下为液态，NH3在常温下为气态，则H2O的沸点比NH3高，C项正确；还原性与失电子能力有关，还原性：HI>HBr>HCl>HF，D项正确。(2)由碳碳键的数据可知，A项正确；由O—O键、O===O键的键能可知，B项错误；C—H键的键长大于N—H键的键长，但是N—H键的键能反而较小，C项错误；由C—H键、N—H键的键能可知，CH4的键能较大，而稳定性CH4比NH3弱，D项错误。(3)同主族原子半径越大，键长越长；同原子组成的键长：单键>双键>三键。

12．(2023·天津模拟)现有部分元素的原子结构特点如表：

(1)画出W原子的结构示意图： 　。

(2)元素X与元素Z相比，非金属性较强的是 氧　(填元素名称)，写出一个能表示X、Z非金属性强弱关系的化学方程式： 2H2S＋O22H2O＋2S　。

(3)X、Y、Z、W四种元素形成的一种离子化合物，其水溶液显强酸性，该化合物的化学式为 NH4HSO4　。

(4)元素X和元素Y以原子个数比11化合形成化合物Q，写出Q的电子式：HH]。元素W和元素Y化合形成化合物M，Q和M的电子总数相等。以M为燃料，Q为氧化剂，可用作火箭推进剂，最终生成无毒的、且在自然界中稳定存在的物质，写出该反应的化学方程式： N2H4＋2H2O2N2＋4H2O　。

[解析]　X原子的L层电子数是K层电子数的3倍，根据核外电子排布的规律，推出X为O元素，Y原子核外电子层数等于原子序数，推出Y为H元素，Z原子L层电子数是K层和M层电子数之和，推出Z为S元素，W原子最外层电子数是次外层电子数的2.5倍，推出W为N元素。(2)X为O元素，Z为S元素，比较两者的非金属性，一般通过置换反应进行比较，2H2S＋O22H2O＋2S，氧气的氧化性强于S，即O的非金属性强于S。(3)这四种元素组成的化合物是离子化合物，该化合物为铵盐，水溶液显强酸性，应是酸式盐，化学式为NH4HSO4。(4)X和Y以原子个数比为11化合形成的化合物是H2O2，其电子式为HH；H2O2的电子总数为18，M化合物是由N和H组成的18电子微粒，即N2H4，用作火箭推进剂时生成无毒物质N2和H2O，化学方程式为N2H4＋2H2O2N2＋4H2O。

13．(2023·辽宁沈阳市郊联合体联考)现有属于前四周期的A、B、C、D、E、F、G七种元素，原子序数依次增大。A元素的价层电子排布式为nsnnpn＋1；C元素为最活泼的非金属元素；D元素核外有三个电子层，最外层电子数是核外电子总数的；E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态；F元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子；G元素与A元素位于同一主族，其某种氧化物有剧毒。

(1)A、B、C三种元素的第一电离能最小的是 O　，电负性最大的是 F　(用元素符号表示)。

(2)根据VSEPR模型预测A元素的最简单气态氢化物的空间结构为 三角锥形　。

(3)G元素形成的最简单氢化物的空间结构为 三角锥形　。

(4)B和G形成分子W的结构如图所示，化合物W的分子式为 As4O6　，B、G原子的杂化类型分别为 sp3　、 sp3　。

(5)已知G的氢化物(GH3)是剧毒的气体，与AgNO3溶液反应有黑色Ag析出，同时生成W和一种强酸，此反应是检验微量GH3的方法，该反应的化学方程式是 4AsH3＋24AgNO3＋6H2O===As4O6＋24Ag↓＋24HNO3　。

[解析]　A元素的价层电子排布式为nsnnpn＋1，n＝2，则A为N元素，C元素为最活泼的非金属元素，即C为F元素，则B为O元素，D元素核外有三个电子层，最外层电子数是核外电子总数的，即D为Mg元素，E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态，则E元素的基态原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，即E为Fe元素，F元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，即F元素为Cu元素，G元素与A元素位于同一主族，则G为As元素。(1)同周期元素从左向右第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族>第ⅢA族、第ⅤA族>第ⅥA族，即第一电离能顺序是O<N<F；同周期主族元素从左向右电负性增大，即N<O<F。(2)A元素的最简单气态氢化物是NH3，NH3的空间结构为三角锥形。(3)G为As元素，类比NH3的结构可知，As元素的氢化物为AsH3，其空间结构为三角锥形。(4)结合W分子的结构及砷原子能形成3个单键，氧原子能形成2个单键，推知黑球为As，白球为O，故该化合物的化学式为As4O6。氧原子有2个σ键和2个孤电子对，则氧原子的杂化类型为sp3；As有3个σ键和1个孤电子对，则砷原子的杂化类型为sp3。(5)AsH3有剧毒，与AgNO3溶液反应有Ag析出，AsH3被氧化成As4O6，强酸为HNO3，结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式：4AsH3＋24AgNO3＋6H2O===As4O6＋24Ag↓＋24HNO3。

14．(2023·山东济南模拟)已知A、B、C、D为元素周期表前三周期原子序数依次增大的四种元素，其中A的一种核素原子中无中子，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，C与D同主族，且D的原子序数是C的2倍。试回答下列问题：

(1)关于B2A2的下列说法中正确的是 ②④　(填序号)。

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)A和C形成的二元化合物分子中既含极性键又含非极性键的化合物是 H2O2　(填化学式)，该分子是 极性　(填“极性”或“非极性”)分子。

(3)A2D分子中心原子的杂化类型为 sp3　。比较A2C与A2D分子的沸点，其中沸点较高的原因为 H2O分子之间存在氢键　。元素C可形成两种同素异形体，其中在水中溶解度更大的是 O3　(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 sp3　。

[解析]　A的一种核素原子中无中子，则A为氢元素；B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，则B为碳元素；C与D同主族，且D的原子序数是C的2倍，则C为氧元素、D为硫元素。(1)①H原子核外不满足8电子稳定结构，错误；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)H、O组成的二元化合物有H2O、H2O2，既含极性键又含非极性键的是H2O2，其分子正负电荷中心不重合，为极性分子。(3)H2S中S形成2个σ键，孤电子对数为＝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。