化学竞赛·原子结构分子结构专题检测

2011 级化学兴趣小组 1 原子结构分子结构专题检测原子结构分子结构专题检测 姓名班级 H 1.008 相对原子质量 He 4.003 Li 6.941 Be 9.012 B 10.81 C 12.01 N 14.01 O 16.00 F 19.00 Ne 20.18 Na 22.99 Mg 24.31 Al 26.98 Si 28.09 P 30.97 S 32.07 Cl 35.45 Ar 39.95 K 39.10 Ca 40.08 Sc 44.96 Ti 47.88 V 50.94 Cr 52.00 Mn 54.94 Fe 55.85 Co 58.93 Ni 58.69 Cu 63.55 Zn 65.39 Ga 69.72 Ge 72.61 As 74.92 Se 78.96 Br 79.90 Kr 83.80 Rb 85.47 Sr 87.62 Y 88.91 Zr 91.22 Nb 92.91 Mo 95.94 Tc 98 Ru 101.1 Rh 102.9 Pd 106.4 Ag 107.9 Cd 112.4 In 114.8 Sn 118.7 Sb 121.8 Te 127.6 I 126.9 Xe 131.3 Cs 132.9 Ba 137.3 La Lu Hf 178.5 Ta 180.9 W 183.8 Re 186.2 Os 190.2 Ir 192.2 Pt 195.1 Au 197.0 Hg 200.6 Tl 204.4 Pb 207.2 Bi 209.0 Po 210 At 210 Rn 222 Fr 223 Ra 226 Ac La RfDbSgBhHsMtDs La 系 La 138.9 Ce 140.1 Pr 140.9 Nd 144.2 Pm 144.9 Sm 150.4 Eu 152.0 Gd 157.3 Tb 158.9 Dy 162.5 Ho 164.9 Er 167.3 Tm 168.9 Tb 173.0 Lu 175.0 一、 （2009 年全国高中学生化学竞赛省级赛区 1） （1）分别画出 BF3和 N(CH3)3的分子构型，指出中心原子的杂化轨道类型。 (2)分别画出 F3BN(CH3)3和 F4SiN(CH3)3的分子构型，并指出分子中 Si 和 B 的杂化轨道类型。 （3）BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在。分别画出它们的结构简式，并指出 Be 的杂化轨道类型。 二、 （2010 年全国高中学生化学竞赛省级赛区 1） （1）2009 年 10 月合成了第 117 号元素，从此填满了周期表第七周期所有空格，是元素周期系发展的一个 里程碑。117 号元素是用 249Bk 轰击48Ca 靶合成的，总共得到 6 个 117 号元素的原子，其中 1 个原子经 p 次衰变得到 270Db 后发生裂变；5 个原子则经 q 次衰变得到281Rg 后发生裂变。用元素周期表上的 117 号 元素符号，写出得到 117 号元素的核反应方程式（在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序 数） 。 （2） 写出下列结构的中心原子的杂化轨道类型： 2011 级化学兴趣小组 2 F F F F F I (C6H5)IF5 Xe (C6H5)2Xe I+ I(C6H5)2+ 三、 （2010 年全国高中学生化学竞赛省级赛区 4） 分别将 O2、KO2、BaO2和 O2AsF6填入与 OO 键长相对应的空格中。 OO 键长键长112 pm121 pm128 pm149 pm 化学式化学式 四、 图 1图 2图 3 16 系列的杂多阴离子具有典型的 Anderson 结构，配离子 M（Mo，W 氧化态均为6）与氧（O 氧 化态为2）形成八面体配位，杂原子 X（化合价设为n，可以是 Te6 ，I7，Cr3，Co3等） 。Anderson 结构配合物分为 A 系列和 B 系列。 （1）上图 1 是 B 系列阴离子的示意图，中心八面体 XO6被六个 MO6（M 为 Mo 或 W， ）八面体包围， 这六个 MO6八面体处于同一平面且每个八面体与相邻八面体共用边相连，请写出该阴离子的化学式通式 。 （2）图 2 表示每个杂原子与六个 OH 基团形成八面体配位，与杂原子相配位的氧原子和氢原子成键， 当 X 是 Cr3 ，中心八面体被六个 MoO6八面体包围，请写出这种类型 B 系列阴离子的化学 式。 （3）第 2 题中结构的阴离子还可以形成双聚体，该双聚体带 7 个单位负电荷，但其重复单位所含的 原子个数仍可以表示为传统的分子式形式，如图 3 所示。图中 Ot 表示端氧，Ob 是与两个 Mo 相连的氧， Oc 是与两个 Mo 和一个 Pt（氧化态4）相连的氧。写出双聚体的化学式。 五、 （1）由 C3O2分子式推测存在的键类型，如何成键，并写出其 lewis 结构式。 （2）在一定条件下，三个甲醛分子可以连成一个环形分子。画出它的 Lewis 结构式。 【正确的结构应是 C 和 O 原子交替相连】 2011 级化学兴趣小组 3 （3）为何下列各对分子的偶极矩明显的不同？请说明理由。 OF2（1.00×10 30C·m），BeF2（0） PF3（3.43×10 30C·m），BF3（0） NH3（4.93×10 30C·m），NF3（0.67×1030C·m） 六、美国科学杂志世界上科学界最权威最精英的杂志之一。下面这幅分子结构模型图正是 2004 年 4 月 30 号出版的SCIENCE杂志上的图片，报道的是，中国科学家首次成功合成新型稳定小富勒烯 C50Cl10，这 项研究是富勒烯科学的重要突破。该项工作是在厦门大学化学系郑兰荪院士的领导和组织下完成的，武汉 物数所参与了其中部分工作并做出了特殊贡献。 该成果的论文 “Capturing the labile fullerene50 as C50Cl10” 。 C50Cl10也是具有完美对称的分子，C50Cl10的研究有着极为重要的科学价值。 现根据其信息，试完成以下两小题。 （1）厦门大学郑兰荪院士合成的 C50Cl10富勒烯足球状分子含氯衍生物，50 个碳原子组成若干个正六 边形和正五边形，其中碳均为四价。有关 C50Cl10的说法正确的是（） AC50Cl10与 C60互为同素异形体 BC50Cl10分子中共用电子对数目为 105 个 CC50Cl10摩尔质量为 955g DC50Cl10分子中含有 55 个碳碳单键 （2）不饱和度是确定有机物分子结构的重要方法，不饱和度也称为缺氢指数，当分子中每产生一 个 CC 或每形成一个单键的环，就会产生一个不饱和度，足球烯 C60的不饱和度为 61。有机物分子中的 卤素原子取代基，可视作氢原子计算。 试回答下列：立体封闭有机物分子（多面体或笼状结构）也可确定不饱和度，如：立方烷：面 数为 6，5棱晶烷：面数为 5，4金刚烷面数为 4，3。 则 C50Cl10结构中面数为：，不饱和度为：。 七、多面体几何学和化学的关系日益显得重要。在实习中，示出了五种正多面体的图形和性质，介绍了多 面体通用的 Euler 公式顶角数（V）面数（F）棱边数（E）2 ，讨论了等径圆球密堆积中的四面 体和八面体空隙的几何学等，帮助读者在了解有关化合物的结构和性质上打下一定的基础。随着球碳（如 C60，C70等）的出现，单质硼中 B12单元和 B60壳层结构的测定，以及包合物和原子簇化合物中呈现的种种 多面体的结构，又吸引读者进一步学习多面体的结构的兴趣。试回答下面有关多面体几何学的问题： （1）当多面体只由五边形面（F5）和六边形面（F6）组成，每个顶点都连接 3 条棱时，试证明不论由 多少个顶点组成多面体，其中五边形面的数目总是 12 个。 2011 级化学兴趣小组 4 （2）已知 C60分子是个具有足球外形的 32 面体，试计算其价键结构式中的 CC 单键数目，CC 双 键数目和键数目。 （3）已知 C80，C82和 C84都能包合金属原子，形成 CaC80，BaC80，CaC82，LaC82，CaC84。， LaC84等分子。试分别计算 C80，C82和 C84分子中含有六边形面的数目。 八、 （1）XeF2和 PCl5两种分子没有极性，而 XeO3分子则是极性分子，试画出这三种分子的结构。 （2）磷的氯化物有 PCl3和 PCl5，氮的氯化物只有 NCl3，为什么没有 NCl5？ （3）磷在氯气中燃烧可生成三氯化磷，五氯化磷。现有足量白磷在氯气（其分子有三种不同的相对 分子质量）中燃烧时，其产物共有几种不同分子。 （4）利用价电子对互斥理论说明 AsH3，ClF3，SO3，SO32 ，CH3和 CH3等分子和离子的几何形状， 并指出哪些分子有偶极矩。 (5)已知硫和氯以不同的性质形成 S2Cl2、SCl2和 SCl4。试画出这些分子的 Lewis 结构式，并用 VSEPR 理论预测它们的形状？ 2011 级化学兴趣小组 5 九、 （1）判断对错，指出理由：化合价一般比形式电荷小。 （2）所有原子序数 Z 为奇数的原子一定至少有一个未成对电子，试说明原子序数为偶数的原子可能含 有未成对电子吗？如果肯定，请给出前三个周期元素中的全部例子。 （3）第一过度系元素中哪些原子是反磁性的？写出他们的电子构造式。 （4）最先出现 g 亚层的主量子数为多少？但该主量子数代表的周期元素并未有元素在 g 亚层排电子，原 因何在。 （5）对于气相反应 K+F=K+ F-，如果控制反应条件使生成的正负离子不再进一步化合，此过程 H=91kJ·mol -1。已知 K 的电离能为 4.34 ev，求 F 的电子亲和能为多少？ 十、(第 20 届国际化学奥林匹克竞赛（IChO）试题)在我们这个三维空间世界里的周期 系是根据 4 个量子数建立的，即 n=1,2,3,，l=0,1,，n-1，m=±1，±2，±l。如果我 们搬到一个想象的“平面世界”去，那是一个二维世界，那里的周期系是根据三个量子数建立的，即 n=1，2，3；m=0，±1，±2，±(n-1)； ms=±1/2。 这个“平面世界”里的 m 所代表的意义，相当于三维世界中 l 和 ml二者的作用(例如：用它也能 表示 s、p、d能级)。不过我们在普通三维世界中的基本原理和方法对这个二维的“平面世界”是适 用的，下面几个问题都与这个“平面世界”有关。 a)画出“平面世界”周期表前四个周期。 在其中按照核电荷标明原子序数， 并用原子序数(Z)当做元素 符号。写出每一元素的电子构型。 2011 级化学兴趣小组 6 b)画出 n2 各元素的杂化轨道。在“平面世界”中的有机化学是以哪一种元素为基础的？指出乙烷、 乙烯和环已烷分别与在“平面世界”中的什么化合物对应(用数字表示元素符号)。 c)在这个“平面世界”中，有哪些规则和三维世界中所用的 8 电子和 18 电子规则（s、p、d 轨道电子 和）相当？ d)画图说明 n=2 的几个“平面世界”元素的第一电离能的变化趋势。在“平面世界”周期表中，画出 元素的电负性增长方向。 e)画出“平面世界”中 n=2 的各元素的电中性、同核双原子分子的分子轨道能级图。其中哪些分子是 稳定的？ f) n=2 的各元素分别与最轻的元素(Z=1)形成简单的二元化合物。 用原子序数做为元素符号， 画出它们 的 Lewis 结构式， 并画出它们的几何构型， 指出分别与它们中每一化合物相应的三维世界中的化合物。 十一、(1988 年全国化学竞赛冬令营试题)向硫酸四氨合铜的水溶液中通入二氧化硫至溶液呈微酸 性，生成白色沉淀 A。元素分析表明 A 含 Cu、N、S、H、O 五种元素，而且物质的量比 CNS11 1。激光拉曼光谱和红外光