- sp、sp2、sp3杂化
- 共209题
（l）富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途．富勒烯（C60）的结构如下图，其分子中碳原子轨道的杂化类型为______；1mol C60分子中σ键的数目为______．
（2）甲烷、甲醇、氢气等都可作为燃料电池的燃料．
①甲醇的熔、沸点比甲烷的熔、沸点高，其主要原因是：______
②用钦锰储氢合金储氢，与高压氢气钢瓶相比，具有重量轻、体积小的优点．锰的基态原子核外电子排布式为：______．金属钛的晶胞是面心立方结构（如图），则钛晶体的二个晶胞中钛原子数为：______，钛原子的配位数为：______．
正确答案
解：（1）根据富勒烯（C60）的结构可以看出每个C原子和其它三个C原子成键，为三个δ键和一个π键，故杂化类型为SP2杂化，C60分子中每个C原子和其它C原子形成三个δ键，平均一个C原子生成
（2）①甲醇中含有-OH，其中氧元素的电负性较大，原子半径小，可以形成氢键，所以甲醇的熔、沸点比甲烷的熔、沸点高，故答案为：甲醇分子之间有氢键；
②Mn原子核外共25个电子，按照能量最低原则电子先填入能量最低的1s轨道，填满后再依次填入能量较高的轨道，其电子排布式为：1S22S22P63S23P63d54S2；金属钛晶胞中，钛原子位于晶胞的顶点和面心位置，则晶胞中含有钛原子的数目为：
解析
解：（1）根据富勒烯（C60）的结构可以看出每个C原子和其它三个C原子成键，为三个δ键和一个π键，故杂化类型为SP2杂化，C60分子中每个C原子和其它C原子形成三个δ键，平均一个C原子生成
（2）①甲醇中含有-OH，其中氧元素的电负性较大，原子半径小，可以形成氢键，所以甲醇的熔、沸点比甲烷的熔、沸点高，故答案为：甲醇分子之间有氢键；
②Mn原子核外共25个电子，按照能量最低原则电子先填入能量最低的1s轨道，填满后再依次填入能量较高的轨道，其电子排布式为：1S22S22P63S23P63d54S2；金属钛晶胞中，钛原子位于晶胞的顶点和面心位置，则晶胞中含有钛原子的数目为：
（2016•湖北模拟）氮化硼（ BN）是一种重要的功能陶瓷材料．以天然硼砂（主要成分Na2B4O7）为起始物，经过一系列反应可以得到BN和火箭高能燃料及有机合成催化剂BF3的过程如下：
（1）写出由B203制备BF3的化学方程式______，BF3中，B原子的杂化轨道类型为______，BF3分子空间构型为______．
（2）在硼、氧、氟、氮中第一电离能由大到小的顺序是（用元素符号表示）______．
（3）已知：硼酸的电离方程式为H3B03+H20⇌[B（OH）4]-+H+，试依据上述反应写出[Al（ OH）4]-的结构式______，并推测1mol NH4BF4（氟硼酸铵）中含有______个配位键．
（4）由12个硼原子构成如图1的结构单元，硼晶体的熔点为1873℃，则硼晶体的1个结构单元中含有______ 个B-B键．
（5）氮化硼（BN）晶体有多种相结构．六方相氮化硼（晶体结构如图2）是通常存在的稳定相可作高温润滑剂．立方相氮化硼（晶体结构如图3）是超硬材料，有优异的耐磨性．
①关于这两种晶体的说法，不正确的是______（填字母）．
a．两种晶体均为分子晶体
b．两种晶体中的B-N键均为共价键
c．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软
d．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大
②六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为______，其结构与石墨相似却不导电，原因是______．
③立方相氮化硼晶体中，每个硼原子连接______个六元环．该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现．根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是______．
正确答案
解：（1）B2O3与CaF2和H2SO4反应即生成BF3，同时还应该产生硫酸钙和水，方程式为：B2O3+3CaF2+3H2SO4=2BF3↑+3CaSO4+3H2O，BF3分子的中心原子B原子上含有3个σ 键，中心原子上的孤电子对数=
故答案为：B2O3+3CaF2+3H2SO4=2BF3↑+3CaSO4+3H2O；sp2；平面正三角形；
（2）同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，B、N、O、F元素处于同一周期且原子序数逐渐增大，N处于第VA族，所以第一电离能N＞O，B的第一电离能最小，第一电离能由大到小的顺序是：F＞N＞O＞B，
故答案为：F＞N＞O＞B；
（3）在[Al（OH）4]-中Al采取sp3杂化，用最外层的四个空轨道接受O提供的孤对电子形成配合物，其结构式为
故答案为：
（4）在硼原子组成的正二十面体结构中，每5个面共用一个顶点，每个面拥有这个顶点的
故答案为：30；
（5）①（2）a．立方相氮化硼为空间网状结构，不存在分子，为原子晶体，故a错误；
b．非金属元素之间易形成共价键，所以N原子和B原子之间存在共价键，故b正确；
c．六方相氮化硼层间为层状结构，分子间作用力，作用力小，导致其质地软，故c正确；
d．立方相氮化硼N原子和B原子之间存在共价单键，所以该化合物中含有σ键不存在π键，故d错误；
故选ad；
②六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键，六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为3：1，该物质的层状结构中不存在自由移动的电子，所以不导电，
故答案为：3：1；立方氮化硼晶体内无自由移动的电子；
③氮化硼与金刚石的结构相似，立方相氮化硼晶体中，每个硼原子连接12个六元环，在地壳内部，离地面越深，其压强越大、温度越高，根据题干知，实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是高温高压，
故答案为：12；高温、高压．
解析
解：（1）B2O3与CaF2和H2SO4反应即生成BF3，同时还应该产生硫酸钙和水，方程式为：B2O3+3CaF2+3H2SO4=2BF3↑+3CaSO4+3H2O，BF3分子的中心原子B原子上含有3个σ 键，中心原子上的孤电子对数=
故答案为：B2O3+3CaF2+3H2SO4=2BF3↑+3CaSO4+3H2O；sp2；平面正三角形；
（2）同一周期元素，元素的第一电离能随着原子序数增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，B、N、O、F元素处于同一周期且原子序数逐渐增大，N处于第VA族，所以第一电离能N＞O，B的第一电离能最小，第一电离能由大到小的顺序是：F＞N＞O＞B，
故答案为：F＞N＞O＞B；
（3）在[Al（OH）4]-中Al采取sp3杂化，用最外层的四个空轨道接受O提供的孤对电子形成配合物，其结构式为
故答案为：
（4）在硼原子组成的正二十面体结构中，每5个面共用一个顶点，每个面拥有这个顶点的
故答案为：30；
（5）①（2）a．立方相氮化硼为空间网状结构，不存在分子，为原子晶体，故a错误；
b．非金属元素之间易形成共价键，所以N原子和B原子之间存在共价键，故b正确；
c．六方相氮化硼层间为层状结构，分子间作用力，作用力小，导致其质地软，故c正确；
d．立方相氮化硼N原子和B原子之间存在共价单键，所以该化合物中含有σ键不存在π键，故d错误；
故选ad；
②六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键，六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为3：1，该物质的层状结构中不存在自由移动的电子，所以不导电，
故答案为：3：1；立方氮化硼晶体内无自由移动的电子；
③氮化硼与金刚石的结构相似，立方相氮化硼晶体中，每个硼原子连接12个六元环，在地壳内部，离地面越深，其压强越大、温度越高，根据题干知，实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是高温高压，
故答案为：12；高温、高压．
下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构，可能是三角锥形或V形，如NH3是三角锥形、H2O是V形，故A正确；
B．杂化轨道用来形成σ键或容纳孤对电子，未杂化的轨道与杂化轨道所在平面垂直，可用来形成π键，故B正确；
C．C2H4分子中碳原子形成2个C-H，1个C═C双键，C原子杂化轨道数为（2+1）=3，C原子采取sp2杂化方式，未杂化的轨道形成1个π键，故C错误，
D．N2分子中存在N≡N，以共用电子对结合，N原子没有杂化，分子中有一个σ键、2个π键，故D正确；
故选C．
①氧元素和过渡元素可形成多种价态的金属氧化物，如和铬可生成Cr2O3、CrO3、CrO5等．其中CrO5的结构式如图所示，请写出该物质中铬元素的化合价为______，标有“*”的氧原子的化合价为______．
②氧元素可以和氢元素形成原子个数比为1：1的分子，该物质在酸性条件下与Fe2+发生反应的离子方程式为______．
③氧元素还可以形成多种离子，在NO2+中氮原子轨道杂化类型是______．
（2）请回答下列问题：
①解释CO2为直线形分子的原因______．
②为减少温室效应，科学家设计反应：CO2+4H2═CH4+2H2O以减小空气中CO2．若有1mol CH4生成，则有______mol π键断裂．CH4失去氢负离子形成CH3+（甲基正离子），则CH3+的空间构型是______．
③甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是______．
（3）下列是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞图（未按顺序排序）．与冰的晶体结构相符的是______（请用相应的编号填写）．
正确答案
解：（1）根据过氧化铬的结构简式可知一个铬与五个氧形成形成六个铬氧极性共价键，共用电子对偏向都偏向氧，所以呈+6，结构式中存在过氧键、Cr-O键、Cr=O，在4个Cr-O键中O为-1价，在Cr=O键注重O为-2价，故答案为：+6；-1；
②氧元素可以和氢元素形成原子个数比为1：1的分子是过氧化氢，过氧化氢是氧化剂，亚铁离子是还原剂，反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；
③CO2中C原子与氧原子之间形成C=O是，成2个σ键、不含孤对电子，碳原子采取sp杂化，NO2+离子与CO2为等电子体，具有相同的结构，故N原子也采取sp杂化，
故答案为：sp；
（2）①中心原子碳是sp，两个杂化轨道分别被两碳氧σ键所占据，分子立体构型为直线型，故答案为：中心原子碳的杂化方式为sp，键角为1800；
②由反应方程式可知1mol CH4生成，消耗2mol的二氧化碳，则有2mol的π键断裂，中心原子价电子对数为
③甲醇分子间形成了氢键，而甲醛分子间为范德华力，导致甲醇分子间的作用力大于甲醛分子间的作用力，所以甲醇沸点高于甲醛，
故答案为：甲醇分子间形成了氢键，而甲醛分子间为范德华力，导致甲醇分子间的作用力大于甲醛分子间的作用力，所以甲醇沸点高于甲醛；
（3）冰属于分子晶体，由晶胞图可知，B为干冰的晶胞图，构成微粒为分子，C为碘的晶胞图，构成微粒为碘分子，则与冰的晶体类型相同的是BC，故答案为：BC．
解析
解：（1）根据过氧化铬的结构简式可知一个铬与五个氧形成形成六个铬氧极性共价键，共用电子对偏向都偏向氧，所以呈+6，结构式中存在过氧键、Cr-O键、Cr=O，在4个Cr-O键中O为-1价，在Cr=O键注重O为-2价，故答案为：+6；-1；
②氧元素可以和氢元素形成原子个数比为1：1的分子是过氧化氢，过氧化氢是氧化剂，亚铁离子是还原剂，反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；
③CO2中C原子与氧原子之间形成C=O是，成2个σ键、不含孤对电子，碳原子采取sp杂化，NO2+离子与CO2为等电子体，具有相同的结构，故N原子也采取sp杂化，
故答案为：sp；
（2）①中心原子碳是sp，两个杂化轨道分别被两碳氧σ键所占据，分子立体构型为直线型，故答案为：中心原子碳的杂化方式为sp，键角为1800；
②由反应方程式可知1mol CH4生成，消耗2mol的二氧化碳，则有2mol的π键断裂，中心原子价电子对数为
③甲醇分子间形成了氢键，而甲醛分子间为范德华力，导致甲醇分子间的作用力大于甲醛分子间的作用力，所以甲醇沸点高于甲醛，
故答案为：甲醇分子间形成了氢键，而甲醛分子间为范德华力，导致甲醇分子间的作用力大于甲醛分子间的作用力，所以甲醇沸点高于甲醛；
（3）冰属于分子晶体，由晶胞图可知，B为干冰的晶胞图，构成微粒为分子，C为碘的晶胞图，构成微粒为碘分子，则与冰的晶体类型相同的是BC，故答案为：BC．
按下列要求写出短周期非金属元素组成的分子的化学式及中心原子的杂化方式．
①平面三角形分子：分子式______，杂化方式是______；
②三角锥形分子：分子式______，杂化方式是______；
③正四面体形分子：分子式______，杂化方式是______．
正确答案
BF3
sp2
NF3
sp3
CF4
sp3
解析
解：①由短周期非金属元素构成的分子BF3分子，中心原子B价层电子对数=3+
故答案为：BF3；sp2；
②短周期非金属元素组成的NF3分子，中心原子N价层孤电子对数=3+
故答案为：NF3；sp3；
③分子为正四面体结构，则该分子的价层电子对个数是4且不含孤电子对，杂化方式为SP3，短周期非金属元素组成的CF4分子，中心原子C价层孤电子对数=4+
故答案为：CF4；sp3．
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