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文檔簡介
1、2010屆高中化學(xué)競賽專題輔導(dǎo)(二)分子結(jié)構(gòu)一(5分)鉍的化合物豐富多彩。在液態(tài)SO2中,AsF5或其他五氟化物能氧化鉍,其中能生成化合物A。經(jīng)分析,A為離子化合物,陽離子為多個鉍原子組成的三角雙錐型原子簇,陰離子為正八面體結(jié)構(gòu)。已知A的陽離子中鉍原子全部為8電子結(jié)構(gòu)。1試確定A的結(jié)構(gòu)簡式;2寫出生成A的化學(xué)反應(yīng)方程式。二(7分)1H2O的沸點(100)比HF的沸點(20)高,為什么? 2氣態(tài)氯原子與一個電子結(jié)合比氣態(tài)氟原子與一個電子結(jié)合放出更多的能量,為什么?3Li3V2(PO4)3是一種新型的鋰離子正極材料。其陰離子是由2種多面體組合而成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。請具體指出其陰離子中各原子的連接形式
2、。三(7分)在液態(tài)SO2中用疊氮酸銫與氰氣反應(yīng)定量生成銫的離子化合物。其陰離子中含氮量為74.47%。1試畫出該離子化合物中陰離子的結(jié)構(gòu)式;2說明每個原子的雜化類型和化學(xué)鍵型。四(12分)1999年美國化學(xué)家曾合成出一種能量極高、氧化性極強(qiáng)的白色固體鹽X。鹽X的制備方法如下:氟化物A與五氟化砷化合得到離子化合物B,將B鹽放在干燥管中,裝進(jìn)特殊材料做成的細(xì)頸瓶中,于196時通過金屬真空管加入無水HF,混合加熱到室溫,使B鹽溶解,細(xì)頸瓶一端與玻璃管相連,降溫至196后加入酸C,反復(fù)升溫(78)、降溫(196),生成的HF氣體揮發(fā)出來,并帶走大量的熱,最終得到鹽X。已知:A是共價分子,具有順反異構(gòu)體
3、;B鹽存在兩種不同的氟原子。鹽X與鹽B具有相同的陰離子構(gòu)型;C的陰離子為直線型,而X的陽離子為V型;X的含氟量為44%。試根據(jù)上述信息,回答下列問題:1畫出A分子和B的陰陽離子的結(jié)構(gòu)式。2分別寫出制備B、X鹽的化學(xué)方程式。3對于制備高能量的物質(zhì),一般采用低溫,并能在低溫下提供良好的溶解性的反應(yīng)介質(zhì)。本實驗中采用無水HF,能吸收反應(yīng)后放出的能量,并能對高度敏感性的物質(zhì)起穩(wěn)定作用。請問:無水HF為什么具備上述特點?4化學(xué)家Chrite隨后成功地分離出了A鹽的陽離子。請畫出該陽離子的電子式,并預(yù)測其用途。5鹽X對水具有高度敏感性,能檢出極其微量的水。鹽A與水劇烈化合,并能發(fā)生強(qiáng)烈爆炸。請寫出該爆炸反
4、應(yīng)的化學(xué)方程式。五(8分)2吡啶酮(結(jié)構(gòu)簡式如右)是一種可以與自身互補(bǔ)的分子,在晶體或溶液中,它以氫鍵連接的二聚體形式存在。若用乙炔基(CC)將兩個2吡啶酮連接有兩種方式:(a)3、6位連接和(b)6,6位連接。Wuest研究了(a)和(b)的聚集行為,在質(zhì)子溶劑中(a)和(b)都以單體形式存在;在非質(zhì)子溶劑中(a)以二聚體形式(c)存在,即使?jié)舛群芨邥r,(b)仍以單體形式存在。在本體狀態(tài)下,(a)形成分散的二聚體(c),(b)形成了平面的線性超分子聚合物(d),(d)有兩種典型的空間構(gòu)型。1指出2吡啶分子中所成鍵的情況;2寫出2吡啶酮二聚體的結(jié)構(gòu)簡式;3寫出a、b的結(jié)構(gòu)簡式;4畫出二聚體(c
5、)的結(jié)構(gòu)簡式;5畫出表示聚合物(d)的兩種結(jié)構(gòu)片段。六(15分)在銅的催化作用下氨和氟反應(yīng)得到一種銨鹽和一種三角錐體分子A(鍵角102°,偶極矩0.78×1030C·m;對比:氨的鍵角107.3°,偶極矩4.74×1030C·m);1寫出A的分子式和它的合成反應(yīng)的化學(xué)方程式。2A分子質(zhì)子化放出的熱明顯小于氨分子質(zhì)子化放出的熱。為什么?3A與汞共熱,得到一種汞鹽和一對互為異構(gòu)體的B和C(相對分子質(zhì)量66)。寫出化學(xué)方程式及B和C的立體結(jié)構(gòu)。4B與四氟化錫反應(yīng)首先得到平面構(gòu)型的D和負(fù)二價單中心陰離子E構(gòu)成的離子化合物;這種離子化合物受熱放
6、出C,同時得到D和負(fù)一價單中心陰離子F構(gòu)成的離子化合物。畫出D、E、F的立體結(jié)構(gòu);寫出得到它們的化學(xué)方程式。5A與F2、BF3反應(yīng)得到一種四氟硼酸鹽,它的陽離子水解能定量地生成A和HF,而同時得到的O2和H2O2的量卻因反應(yīng)條件不同而不同。寫出這個陽離子的化學(xué)式和它的合成反應(yīng)的化學(xué)方程式,并用化學(xué)方程式和必要的推斷對它的水解反應(yīng)產(chǎn)物作出解釋。七(13分)1為什么CsBrCl2熱分解的反應(yīng)是CrBrCl2CsClBrCl,而不是CrBrClCsBrCl2?2液體BrF5和AsF5都不是良導(dǎo)體,為什么兩者混合后卻成為導(dǎo)體?3對下面測定的N、P的氫化物和氟化物的鍵角的各種相互差異作出解釋。NH3:1
7、07° PH3:102° NF3:93° PF3:104°4比較化合物熔沸點高低并說明理由。CH3CH2OH和CH3OCH3 O3和SO2 HgCl2和HgI2 和八(10分)由短周期兩種元素組成的A氣體通入到AsF5中,生成一種共價型離子化合物B、化合物C和一種氧化性氣體D。已知B的陰離子為正八面體構(gòu)型,陽離子與O3是等電子體,在某非水溶劑中做電導(dǎo)實驗,其電導(dǎo)性與NaCl相同?;衔顳呈四面體結(jié)構(gòu),可由AsF3與臭氧(等物質(zhì)的量)反應(yīng)制得,紅外光譜顯示,J中有一個AsF3沒有的吸收。1試寫出A、B、C、D的化學(xué)式;2寫出制備B和C的化學(xué)反應(yīng)方程式;3寫
8、出氣體A與NH3反應(yīng)的化學(xué)方程式。九(6分)某短周期元素A,其最外層電子數(shù)是所在周期數(shù)的2倍,它的氫化物和氧化物能發(fā)生反應(yīng)生成A的單質(zhì)。已知AF6是一種無色無味無毒的氣體,具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性,可用作高壓發(fā)電機(jī)的優(yōu)良絕緣體。AF6的分子結(jié)構(gòu)如右圖所示。A元素原子的電子排布式為 。AF6分子的空間構(gòu)型為 型。如果F元素有兩種穩(wěn)定的同位素,則AF6有 種同分異構(gòu)體。十(16分)某離子化合物X由一種有機(jī)陽離子和一種無機(jī)陰離子組成;元素分析得到H:5.33%、C:21.17%、N:6.17%、S:35.33%、Ge:32.00%;該陽離子和陰離子都具有正四面體型的空間對稱性。1確定X的組成式(陰陽離子分開
9、寫);2畫出陰離子的空間構(gòu)型;一定條件下X能與HgI2反應(yīng),通過自組裝合成了微孔硫化物Y;Y的陰離子是通過X的陰離子和HgS4變形四面體共用S形成的無限網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。3寫出合成Y的反應(yīng)方程式;42,3二巰基丙醇在合成Y中是不可缺少的,其可能作用是什么?2010屆高中化學(xué)競賽專題輔導(dǎo)(二)分子結(jié)構(gòu)答案一(5分)鉍的化合物豐富多彩。在液態(tài)SO2中,AsF5或其他五氟化物能氧化鉍,其中能生成化合物A。經(jīng)分析,A為離子化合物,陽離子為多個鉍原子組成的三角雙錐型原子簇,陰離子為正八面體結(jié)構(gòu)。已知A的陽離子中鉍原子全部為8電子結(jié)構(gòu)。1試確定A的結(jié)構(gòu)簡式;2寫出生成A的化學(xué)反應(yīng)方程式。答案:1A:Bi5(AsF
10、6)3(3分);210Bi9AsF52Bi5(AsF6)33AsF3(2分)。二(7分)1H2O的沸點(100)比HF的沸點(20)高,為什么? 2氣態(tài)氯原子與一個電子結(jié)合比氣態(tài)氟原子與一個電子結(jié)合放出更多的能量,為什么?3Li3V2(PO4)3是一種新型的鋰離子正極材料。其陰離子是由2種多面體組合而成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。請具體指出其陰離子中各原子的連接形式。答案:1每個水分子平均最多可形成2個氫鍵,每個HF分子平均最多生成1個氫鍵。前者氫鍵數(shù)目多,總鍵能較大,故沸點較高。(2分)2氟原子半徑小,外層孤對電子多,電子云密度大,電子間斥力大,使得氟原子結(jié)合一個電子形成氣態(tài)F時放出能量較少。(2分)3
11、PO4四面體、VO6八面體通過共用頂點氧原子而組成三維骨架結(jié)構(gòu),每個VO6八面體周圍有6個PO4四面體,而每個PO4四面體周圍有4個VO6八面體。(3分)三(7分)在液態(tài)SO2中用疊氮酸銫與氰氣反應(yīng)定量生成銫的離子化合物。其陰離子中含氮量為74.47%。1試畫出該離子化合物中陰離子的結(jié)構(gòu)式;2說明每個原子的雜化類型和化學(xué)鍵型。答案:1(4分)2環(huán)中的N原子和C原子分別采取sp2雜化,端連的C、N原子分別采取sp雜化。鍵型有各原子之間的鍵和一個鍵、一個(或者一個和二個鍵)(3分)四(12分)1999年美國化學(xué)家曾合成出一種能量極高、氧化性極強(qiáng)的白色固體鹽X。鹽X的制備方法如下:氟化物A與五氟化砷
12、化合得到離子化合物B,將B鹽放在干燥管中,裝進(jìn)特殊材料做成的細(xì)頸瓶中,于196時通過金屬真空管加入無水HF,混合加熱到室溫,使B鹽溶解,細(xì)頸瓶一端與玻璃管相連,降溫至196后加入酸C,反復(fù)升溫(78)、降溫(196),生成的HF氣體揮發(fā)出來,并帶走大量的熱,最終得到鹽X。已知:A是共價分子,具有順反異構(gòu)體;B鹽存在兩種不同的氟原子。鹽X與鹽B具有相同的陰離子構(gòu)型;C的陰離子為直線型,而X的陽離子為V型;X的含氟量為44%。試根據(jù)上述信息,回答下列問題:1畫出A分子和B的陰陽離子的結(jié)構(gòu)式。2分別寫出制備B、X鹽的化學(xué)方程式。3對于制備高能量的物質(zhì),一般采用低溫,并能在低溫下提供良好的溶解性的反應(yīng)
13、介質(zhì)。本實驗中采用無水HF,能吸收反應(yīng)后放出的能量,并能對高度敏感性的物質(zhì)起穩(wěn)定作用。請問:無水HF為什么具備上述特點?4化學(xué)家Chrite隨后成功地分離出了A鹽的陽離子。請畫出該陽離子的電子式,并預(yù)測其用途。5鹽X對水具有高度敏感性,能檢出極其微量的水。鹽A與水劇烈化合,并能發(fā)生強(qiáng)烈爆炸。請寫出該爆炸反應(yīng)的化學(xué)方程式。答案:1 (各1分)2N2F2AsF5N2FAsF6 N2FAsF6HN3N5AsF6HF(各1分)3因為HF具有大偶極矩、低熔點(80)和揮發(fā)性等特點(1.5分)4或(1分) 具有極高的能量,用于“鹽料炸彈”(1.5分)54N5AsF62H2O4HF4AsF510N2O2(2
14、分)五(8分)2吡啶酮(結(jié)構(gòu)簡式如右)是一種可以與自身互補(bǔ)的分子,在晶體或溶液中,它以氫鍵連接的二聚體形式存在。若用乙炔基(CC)將兩個2吡啶酮連接有兩種方式:(a)3、6位連接和(b)6,6位連接。Wuest研究了(a)和(b)的聚集行為,在質(zhì)子溶劑中(a)和(b)都以單體形式存在;在非質(zhì)子溶劑中(a)以二聚體形式(c)存在,即使?jié)舛群芨邥r,(b)仍以單體形式存在。在本體狀態(tài)下,(a)形成分散的二聚體(c),(b)形成了平面的線性超分子聚合物(d),(d)有兩種典型的空間構(gòu)型。1指出2吡啶分子中所成鍵的情況;2寫出2吡啶酮二聚體的結(jié)構(gòu)簡式;3寫出a、b的結(jié)構(gòu)簡式;4畫出二聚體(c)的結(jié)構(gòu)簡式
15、;5畫出表示聚合物(d)的兩種結(jié)構(gòu)片段。答案:1(1分)2(1.5分)3a: b:(各1分)4(1.5分)5 (各1分)六(15分)在銅的催化作用下氨和氟反應(yīng)得到一種銨鹽和一種三角錐體分子A(鍵角102°,偶極矩0.78×1030C·m;對比:氨的鍵角107.3°,偶極矩4.74×1030C·m);1寫出A的分子式和它的合成反應(yīng)的化學(xué)方程式。2A分子質(zhì)子化放出的熱明顯小于氨分子質(zhì)子化放出的熱。為什么?3A與汞共熱,得到一種汞鹽和一對互為異構(gòu)體的B和C(相對分子質(zhì)量66)。寫出化學(xué)方程式及B和C的立體結(jié)構(gòu)。4B與四氟化錫反應(yīng)首先得到平面
16、構(gòu)型的D和負(fù)二價單中心陰離子E構(gòu)成的離子化合物;這種離子化合物受熱放出C,同時得到D和負(fù)一價單中心陰離子F構(gòu)成的離子化合物。畫出D、E、F的立體結(jié)構(gòu);寫出得到它們的化學(xué)方程式。5A與F2、BF3反應(yīng)得到一種四氟硼酸鹽,它的陽離子水解能定量地生成A和HF,而同時得到的O2和H2O2的量卻因反應(yīng)條件不同而不同。寫出這個陽離子的化學(xué)式和它的合成反應(yīng)的化學(xué)方程式,并用化學(xué)方程式和必要的推斷對它的水解反應(yīng)產(chǎn)物作出解釋。答案:1NF3(1分) 4NH33F2NF33NH4F(1分)(共2分)2NF鍵的偶極方向與氮原子孤對電子的偶極方向相反,導(dǎo)致分子偶極矩很小,因此質(zhì)子化能力遠(yuǎn)比氨質(zhì)子化能力小。畫圖說明也可
17、(如: )(1分)32NF32HgN2F22HgF2(1分) (1419)×266(每式1分)(共3分)4D: E: F:(每式1分)2N2F2SnF4N2F2SnF62(1分)N2F2SnF62N2FSnF5N2F2(1分)(共5分)5陽離子的化學(xué)式為NF4。(1分)NF3F2BF3NF4BF4(1分)NF4水解反應(yīng)首先得到HOF(否則寫不出配平的NF4水解反應(yīng)):NF4H2ONF3HOFH 定量生成NF3。(1分)而反應(yīng)2HOF2HFO2和反應(yīng)HOFH2OHFH2O2 哪一反應(yīng)為主與反應(yīng)條件有關(guān),但無論哪一反應(yīng)為主卻總是定量生成HF。(1分)(共4分)七(13分)1為什么CsBr
18、Cl2熱分解的反應(yīng)是CrBrCl2CsClBrCl,而不是CrBrClCsBrCl2?2液體BrF5和AsF5都不是良導(dǎo)體,為什么兩者混合后卻成為導(dǎo)體?3對下面測定的N、P的氫化物和氟化物的鍵角的各種相互差異作出解釋。NH3:107° PH3:102° NF3:93° PF3:104°4比較化合物熔沸點高低并說明理由。CH3CH2OH和CH3OCH3 O3和SO2 HgCl2和HgI2 和答案:1因為前一個反應(yīng)生成CsCl的晶格能比CsBr的大,而且另一個產(chǎn)物BrCl是極性分子,它的鍵能除了軌道重疊而形成的共價鍵外,還附加一定成分的離子鍵。(2分)2Br
19、F5和AsF5混合后發(fā)生如下反應(yīng):BrF5AsF5BrF4AsF6。因反應(yīng)所得產(chǎn)物為離子型化合物,故導(dǎo)電能力明顯增加。(2分)3NH3 107°、PH3 102°兩者鍵角不同的原因是NH3中NH鍵的鍵長比PH3中PH鍵的鍵長要短,所以在NH3中,成鍵電子對更靠近,排斥力更大,以致鍵角更大。而NF3 93°、PF3 104°兩者鍵角不同的原因是F上有孤對電子對,而P原子有空的3d軌道,可形成弱的反饋鍵,即F原子的孤對電子向P原子轉(zhuǎn)移,以致鍵角變大?;蛘呖衫斫鉃樾纬闪朔答佹I后,鍵級增大了,相當(dāng)于有了雙鍵的成分。成鍵電子對之間的排斥力增大。(3分)4CH3CH
20、2OHCH3OCH3:CH3CH3OH可形成分子間氫鍵,而CH3OCH3則不能,故CH3CH2OH熔沸點高。O3SO2:O3為同種元素的原子形成的分子,極性較弱,而SO2分子的極性較強(qiáng),其次O3分子的直徑要小于SO2分子,因此O3分子間的色散力小于SO2分子間的色散力。HgCl2HgI2:Hg2半徑大,變形性大,同時又有較強(qiáng)的極化能力。陰離子半徑ClI,變形性ClI。因此,Hg2和I間有較強(qiáng)的附加極化作用,而Hg2和I間的極化作用較弱。:兩個混合物都可以形成氫鍵,但前者因取代基在鄰位,有分子內(nèi)氫鍵,熔沸點較低;后者只能形成分子間氫鍵,故溶沸點較高。(各1.5分)八(10分)由短周期兩種元素組成的A氣體通入到AsF5中,生成一種共價型離子化合物B、化合物C和一種氧化性氣體D。已知B的陰離子為正八面體構(gòu)型,陽離子與O3是等電子體,在某非水溶劑中做電導(dǎo)實驗,其電導(dǎo)性與NaCl相同?;衔顳呈四面體結(jié)構(gòu),可由AsF3與臭氧(等物質(zhì)的量)反應(yīng)制得,紅外光譜顯示,J中有一個AsF3沒有的吸收。1試寫出A、B、C、D的化學(xué)式;2寫出制備B和C的化學(xué)反應(yīng)方程式;3寫出氣體A與NH3反應(yīng)的化學(xué)方程式。答案:1A:Cl2O(2分);B:ClO
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