2成鍵方式及分子空間結(jié)構(gòu)研真題·明考向1.(2024·山東等級(jí)考·16節(jié)選)(1)[BMIM]+BF4-(見圖)是MnOx晶型轉(zhuǎn)變的誘導(dǎo)劑。BF4[BMIM]+中咪唑環(huán)存在π56大π鍵,則N原子采取的軌道雜化方式為______________(2)MnOx可作HMF轉(zhuǎn)化為FDCA的催化劑(見下圖)。FDCA的熔點(diǎn)遠(yuǎn)大于HMF,除相對分子質(zhì)量存在差異外,另一重要原因是____________。

【審題流程】(1)計(jì)算BF4-價(jià)層電子對數(shù)(2)分析[BMIM]+中咪唑環(huán)中N原子σ鍵數(shù)目及咪唑環(huán)的結(jié)構(gòu),再判斷采取的軌道雜化方式。【解析】(1)BF4-中B形成4個(gè)σ鍵(其中有1個(gè)配位鍵),為sp3雜化,空間構(gòu)型為正四面體形;咪唑環(huán)存在π56大π鍵,說明咪唑環(huán)為平面結(jié)構(gòu),N原子形成3個(gè)σ鍵,(2)由HMF和FDCA的結(jié)構(gòu)可知,HMF和FDCA均能形成分子間氫鍵,但FDCA形成的分子間氫鍵更多,使得FDCA的熔點(diǎn)遠(yuǎn)大于HMF。答案:(1)正四面體形sp2(2)FDCA形成的分子間氫鍵更多2.(2023·海南等級(jí)考·19節(jié)選)我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種釩配合物Ⅰ可以充當(dāng)固氮反應(yīng)的催化劑,反應(yīng)過程中經(jīng)歷的中間體包括Ⅱ和Ⅲ。(代表單鍵、雙鍵或三鍵)回答問題:(1)配合物Ⅰ中釩的配位原子有4種,它們是________________。

(2)配合物Ⅰ中,R'代表芳基,V—O—R'空間結(jié)構(gòu)呈角形,原因是____________。

(3)配合物Ⅱ中,第一電離能最大的配位原子是________。

(4)配合物Ⅱ和Ⅲ中,釩的化合價(jià)分別為+4和+3,配合物Ⅱ、Ⅲ和N2三者中,兩個(gè)氮原子間鍵長最長的是________。

【解析】(1)根據(jù)題干配合物Ⅰ的結(jié)構(gòu)圖,中心原子釩的配位原子有C、O、P、Cl;(2)根據(jù)VSEPR模型,中心原子氧原子的價(jià)層電子對數(shù)為4,其中孤電子對數(shù)為2,空間結(jié)構(gòu)呈角形;(3)配合物Ⅱ中,第一電離能最大的配位原子是N;(4)配合物Ⅱ和Ⅲ中,釩的化合價(jià)分別為+4和+3,配合物Ⅱ中氮原子間是N—N鍵,配合物Ⅲ中為N=N鍵,N2中為氮氮三鍵,故配合物Ⅱ中兩個(gè)氮原子間鍵長最長。答案:(1)C、O、P、Cl(2)根據(jù)VSEPR模型,氧原子的價(jià)層電子對數(shù)為4,其中孤電子對數(shù)為2,V—O—R'空間結(jié)構(gòu)呈角形(3)N(4)配合物Ⅱ建模板·塑思維一、判斷分子中中心原子的雜化軌道類型的方法1.根據(jù)分子的空間結(jié)構(gòu)判斷(1)若分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形或三角錐形,則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化。(2)若分子的空間結(jié)構(gòu)呈平面三角形,則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化。(3)若分子的空間結(jié)構(gòu)呈直線形,則分子的中心原子發(fā)生sp雜化。2.根據(jù)鍵角判斷若鍵角為109°28',則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化;若鍵角為120°,則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化;若鍵角為180°,則分子的中心原子發(fā)生sp雜化。3.根據(jù)中心原子的價(jià)層電子對數(shù)判斷若中心原子的價(jià)層電子對數(shù)為4,則為sp3雜化,若中心原子的價(jià)層電子對數(shù)為3,則為sp2雜化,若中心原子的價(jià)層電子對數(shù)為2,則為sp雜化。4.根據(jù)σ鍵數(shù)與孤電子對數(shù)(1)含C有機(jī)物:2個(gè)σ——sp,3個(gè)σ——sp2,4個(gè)σ——sp3。(2)含N化合物:一般情況下,2個(gè)σ——sp2,3個(gè)σ——sp3。(3)含O(S)化合物:2個(gè)σ——sp3。二、大π鍵的表示方法及其計(jì)算1.表示方法:用πnm表示,n指參與形成大π鍵的原子數(shù),m為形成大2.ABn型分子或離子m值的計(jì)算:(1)m=價(jià)層電子總數(shù)-σ鍵數(shù)×2-未參與成鍵的孤電子對個(gè)數(shù),中心原子若有孤電子對,一定要把孤電子對從價(jià)電子總數(shù)中減去。陰(陽)離子的價(jià)層電子總數(shù)分別加(減)對應(yīng)的電荷數(shù)值。(2)常見分子或離子的大π鍵:①CO2:a.CO2分子的價(jià)層電子總數(shù)為4+6×2=16。a.C與O形成σ鍵數(shù)為2。b.孤電子對個(gè)數(shù):CO2分子中2個(gè)O原子中共有孤電子對個(gè)數(shù)是4×2=8個(gè)。c.m=16-4-8=4,即大π鍵為π34()②CO32-的m值計(jì)算:3.環(huán)狀分子:環(huán)上的原子都是sp2雜化。①苯:π66;②吡啶:π6③吡咯:π56;④噻吩:π練模擬·提素養(yǎng)1.(2024·東營模擬節(jié)選)非金屬氮化物在生產(chǎn)、生活和科研中應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}:(1)氣態(tài)N2O5的分子結(jié)構(gòu)為,而固態(tài)N2O5則由一種直線形的陽離子X與一種平面正三角形的陰離子Y構(gòu)成,X的化學(xué)式為____________,

Y的離域π鍵可表示為________。

(2)人體內(nèi)氧氣的輸送主要由紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白負(fù)責(zé),而紅細(xì)胞以及血漿中還有少量的血藍(lán)蛋白也能和氧氣反應(yīng)。用配體L、Cu離子和O2能合成配合物[Cu2L2O2]2+,該結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的O—O鍵斷裂趨勢,成鍵形態(tài)X與斷鍵形態(tài)Y達(dá)成快速平衡。(iPr為異丙基)X中Cu的化合價(jià)為________,含有多個(gè)配位原子的配體與同一中心離子(或原子)通過螯合配位成環(huán)而形成的配合物為螯合物。1molY離子中通過螯合作用形成的配位鍵有________mol。

【解析】(1)固態(tài)N2O5由一種直線形的陽離子X與一種平面正三角形的陰離子Y構(gòu)成,則X為NO2+,Y為NO3-,NO3-中心N原子的價(jià)層電子對數(shù)為3,為sp2雜化,NO3-中氧原子各提供1個(gè)電子,氮原子提供2個(gè)電子,還有得到的1個(gè)電子,共6個(gè)電子(2)X([Cu2L2O2]2+)中配體L、O2不帶電荷,X帶2個(gè)單位正電荷,銅化合價(jià)為+2價(jià);Y中Cu2+和N原子以配位鍵結(jié)合,1個(gè)Cu2+與3個(gè)N原子形成3個(gè)配位鍵,則1molY離子中通過螯合作用形成的配位鍵有6mol。答案:(1)NO2+Π462.(2024·濟(jì)寧一模節(jié)選)氮族元素在生產(chǎn)、生活和科研中應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}:(1)Co(NH3)63+配離子結(jié)構(gòu)如圖所示,Co3+位于正八面體的中心,則1個(gè)Co(NH3)63+配離子中共價(jià)鍵的個(gè)數(shù)為________,Co(NH3)3Cl3(2)氮族元素雜芴化合物(E=N、P、As、Sb、Bi)結(jié)構(gòu)如圖所示。As原子的價(jià)電子排布式為________,C—N—C鍵角之和為360°,C—As—C鍵角之和為284.9°,原因?yàn)開_______。

(3)尿素平面分子結(jié)構(gòu)如圖所示,H、C、N、O的電負(fù)性由大到小順序?yàn)開_____________,C、N原子雜化方式分別為____________。

【解析】(1)1個(gè)氨分子中存在3個(gè)氮?dú)涔矁r(jià)鍵,氮與鈷形成6個(gè)配位共價(jià)鍵,則1個(gè)Co(NH3)63+配離子中共價(jià)鍵的個(gè)數(shù)為24;Co(NH3)63+為正八面體,Co3+位于正八面體的中心,6個(gè)NH3位置完全相同,Co(NH3)3Cl3為3個(gè)Cl-取代Co(NH3)63+其中的3個(gè)NH3,則Co(NH3)(2)As在第四周期第ⅤA族,價(jià)電子排布式為4s24p3,氮原子半徑較小,N—C鍵長較短,易于形成大π鍵,為平面形,導(dǎo)致C—N—C鍵角之和為360°,而C—As—C鍵角之和為284.9°。(3)非金屬性減弱,元素電負(fù)性減小,電負(fù)性:O>N>C>H;尿素是平面結(jié)構(gòu)的分子,8個(gè)原子共平面,尿素分子中存在離域大π鍵,尿素分子中的碳原子和氮原子均采用sp2雜化方式成鍵。答案:(1)242(2)4s24p3氮原子半徑較小,N—C鍵長較短,易于形成大π鍵,為平面形(3)O>N>C>Hsp2、sp23.葡萄糖酸鋅是一種常見的補(bǔ)鋅藥物,常用葡萄糖酸和ZnSO4反應(yīng)制備。(1)基態(tài)Zn2+核外電子排布式為____________。(2)SO42-的空間結(jié)構(gòu)為____________(用文字描述);Cu2+與OH-反應(yīng)能生成[Cu(OH)4]2-,不考慮空間結(jié)構(gòu),[Cu(OH)4]2-(3)葡萄糖酸的分子結(jié)構(gòu)如圖所示,分子中碳原子的雜化軌道類型為______________;推測葡萄糖酸在水中的溶解性:____________(填“難溶于水”或“易溶于水”)。【解析】(1)基態(tài)Zn2+核外電子排布式為[Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10。(2)SO42-的中心原子S原子價(jià)層電子對數(shù)=4+6+2-4×22=4,空間結(jié)構(gòu)為正四面體形;配合物[Cu(OH)4]2-中,銅原子提供空軌道,OH-中氧