高中 | 杂化轨道理论 题目答案及解析

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高中 | 杂化轨道理论题目答案及解析如下,仅供参考!

选修三

第二章 分子结构与性质

第二节 分子的立体结构

杂化轨道理论

地球上的生物氮循环涉及多种含氮物质,转化关系之一如图所示($\rm X$$\rm Y$均为氮氧化物),羟胺($\rm NH_{2}OH$)以中间产物的形式参与循环。

上述过程中属于固氮的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

","

②③

","

","

"]
[["D"]]

将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定,上述流程中属于固氮的是步骤⑤,故选:$\rm D$

羟胺($\rm NH_{2}OH$)可看成是氨分子内的一个氢原子被羟基取代的衍生物,其中氮原子的杂化方式为                

[["

$\\rm sp^{3}$

"]]

$\rm NH_{2}OH$中氮原子与$\rm 2$$\rm H$原子分别形成$\rm N-H$键,与$\rm 1$$\rm O$原子形成$\rm N-O$键,共形成$\rm 3$$\sigma $键,对孤电子对数$\rm =\dfrac{1}{2}\left( 5-2\times 1-1 \right)=1$,则$\rm N$原子形成的价层电子对数为$\rm 4$,故$\rm N$原子的杂化方式为$\text{s}{{\text{p}}^{3}}$

下列$\rm N$原子的轨道表示式表示的状态中,能量由高到低的顺序是$(\quad\ \ \ \ )$

    ②

    ④

["

③④②①

","

④③②①

","

④②③①

","

②④③①

"]
[["C"]]

图①是基态$\rm N$原子的轨道表示式,原子能量最低;图③表示$\rm 2s$能级上的一个电子跃迁到$\rm 2p$能级上,原子能量比图①状态高;图②表示$\rm 1s$能级上的一个电子跃迁到$\rm 2p$能级上,原子能量比图③状态高;图④表示$\rm 1s$$\rm 2s$能级上各有$\rm 1$个电子跃迁到$\rm 2p$能级上,原子能量比图②状态高,因此能量由高到低的顺序是④②③①,故选:$\rm C$

$N\rm _{A}$是阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

羟胺中$\\rm N$元素的化合价为$\\rm -3$

","

标准状况下,$\\rm 2.24\\;\\rm L$ $\\rm X$$\\rm Y$混合气体中氧原子数为$ 0.1N\\rm _{A}$

","

$\\rm 2.8\\;\\rm g$ $\\rm N_{2}$中含有的$\\rm \\sigma$键为$ 0.2N\\rm _{A}$

","

$\\rm 1\\;\\rm mol$ $\\text{NO}_{2}^{-}$$\\rm N$的价层电子对数为$ 6N\\rm _{A}$

"]
[["B"]]

$\rm A$.羟胺($\rm NH_{2}OH$)中$\rm H$化合价为$\rm +1$$\rm O$化合价为$\rm -2$,根据分子中化合价之和为$\rm 0$可计算得$\rm N$化合价为$\rm -1$$\rm A$错误;

$\rm B$.根据图中转化步骤,$\text{NO}_{2}^{-}$经过三步还原反应后生成${{\text{N}}_{\text{2}}}$$\rm N$化合价从$\rm +3$降低到$\rm 0$,则上述还原反应中,$\rm N$化合价变化为每一步均降低$\rm 1$价,结合题给信息“$\rm X$$\rm Y$均是氮的氧化物”得$\rm X$$\rm NO$$\rm Y$$\rm N_{2}O$。标准状况下,$\rm 2.24\;\rm L$ $\rm NO$$\rm N_{2}O$混合气体物质的量为$\rm 0.1\;\rm mol$,含有氧原子$\rm 0.1\;\rm mol$,氧原子数为$ 0.1{{ {N}}_{\text{A}}}$$\rm B$正确;

$\rm C$$\rm N_{2}$中两个$\rm N$以三键结合,每个$\rm N_{2}$分子中含有$\rm 1$$\sigma $键,$\rm 2.8\;\rm g\;\rm N_{2}$物质的量为$\rm 0.1\;\rm mol$,含有$\sigma $键的数目为$ 0.1{{ {N}}_{\text{A}}}$$\rm C$错误;

$\rm D$$\text{NO}_{2}^{-}$$\rm N$原子与$\rm 2$$\rm O$原子分别形成$\rm N=O$键,共有$\rm 2$$\sigma $键,孤电子对数$\rm =\dfrac{1}{2}\left( 5+1-2\times 2 \right)=1$,则$\rm N$原子的价层电子对数为$\rm 3$$\rm 1\;\rm mol$ $\text{NO}_{2}^{-}$$\rm N$的价层电子对数为$3{{ {N}}_{\text{A}}}$$\rm D$错误;

故选:$\rm B$

羟胺($\rm NH_{2}OH$)的水溶液呈碱性,与盐酸反应的产物盐酸羟胺($\rm [NH_{3}OH]Cl)$广泛用子药品、香料等的合成。$\rm [$已知$\rm 25\;\rm ^\circ\rm C$时,${{K}_{\text{b}}}(\text{N}{{\text{H}}_{3}}\cdot {{\text{H}}_{2}}\text{O})=1.8\times {{10}^{-5}}$${{K}_{\text{b}}}(\text{N}{{\text{H}}_{2}}\text{OH})=8.7\times {{10}^{-9}}$$\rm ]$

羟胺易溶于水,可能是因为                

[["

羟胺分子与水分子均为极性分子,分子间能形成氢键

"]]

$\rm NH_{2}OH$$\rm N$原子的杂化方式为$\text{s}{{\text{p}}^{3}}$,分子中$\rm N$原子与其成键原子$\rm H$$\rm O$之间形成三角锥形结构,羟胺分子为极性分子,水分子也为极性分子,且羟胺分子与水分子之间能形成氢键,根据相似相溶原理,羟胺易溶于水。

$\rm NH_{2}OH$的水溶液呈弱碱性的原理与$\rm NH_{3}$的水溶液相似,用离子方程式表示其原因                

[["

$\\text{N}{{\\text{H}}_{2}}\\text{OH}+{{\\text{H}}_{2}}\\text{O}\\rightleftharpoons \\text{N}{{\\text{H}}_{3}}\\text{O}{{\\text{H}}^{+}}+\\text{O}{{\\text{H}}^{-}}$

"]]

$\rm NH_{3}$水溶液呈弱碱性是由于$\rm NH_{3}$与水反应生成$\text{N}{{\text{H}}_{3}}\cdot {{\text{H}}_{2}}\text{O}$$\text{N}{{\text{H}}_{3}}\cdot {{\text{H}}_{2}}\text{O}$部分电离生成$\text{NH}_{4}^{+}$$\text{O}{{\text{H}}^{-}}$$\rm NH_{2}OH$的水溶液呈弱碱性的原理与$\rm NH_{3}$的水溶液相似,可用离子方程式$\text{N}{{\text{H}}_{2}}\text{OH}+{{\text{H}}_{2}}\text{O}\rightleftharpoons \text{N}{{\text{H}}_{3}}\text{O}{{\text{H}}^{+}}+\text{O}{{\text{H}}^{-}}$表示其原因。

下列有关物质结构或性质的比较中,正确的是$(\quad\ \ \ \ )$(不定项)。

["

键角:$\\text{N}{{\\text{H}}_{3}}\\gt \\text{NO}_{3}^{-}$

","

熔点:$\\rm NH_{2}OH\\lt [NH_{3}OH]Cl$

","

$\\rm 25\\;\\rm ^\\circ\\rm C$同浓度水溶液的$\\rm pH$$\\rm [NH_{3}OH]Cl\\gt NH_{4}Cl$

","

$\\rm [NH_{3}OH]Cl$溶液中:$c(\\text{C}{{\\text{l}}^{-}})\\gt c(\\text{N}{{\\text{H}}_{3}}\\text{O}{{\\text{H}}^{+}})$

"]
[["BD"]]

$\rm A$$\text{N}{{\text{H}}_{3}}$$\rm N$原子的杂化方式为$\text{s}{{\text{p}}^{3}}$$\text{NO}_{3}^{-}$$\rm N$原子的杂化方式为$\mathrm{sp}^2$,键角:$\text{N}{{\text{H}}_{3}}\lt \text{NO}_{3}^{-}$$\rm A$错误;

$\rm B$$\rm NH_{2}OH$是分子晶体,$\rm [NH_{3}OH]Cl$是离子晶体,熔点:$\rm NH_{2}OH\lt [NH_{3}OH]Cl$$\rm B$正确;

$\rm C$.已知$\rm 25\;\rm ^\circ\rm C$时,${{K}_{\text{b}}}(\text{N}{{\text{H}}_{3}}\cdot {{\text{H}}_{2}}\text{O})=1.8\times {{10}^{-5}}$${{K}_{\text{b}}}(\text{N}{{\text{H}}_{2}}\text{OH})=8.7\times {{10}^{-9}}$,则碱性:$\rm\text{N}{{\text{H}}_{3}}\cdot {{\text{H}}_{2}} {O\gt N}{{\text{H}}_{2}}\text{OH}$,根据盐类水解原理“越弱越水解”知,$\rm 25\;\rm ^\circ\rm C$同浓度水溶液中,$\rm N{{H}_{3}}O{{H}^{+}}$水解程度大于$\text{NH}_{4}^{+}$,则溶液的$\rm pH$$\rm [NH_{3}OH]Cl\lt NH_{4}Cl$$\rm C$错误;

$\rm D$$\rm [NH_{3}OH]Cl$溶液中,$\text{C}{{\text{l}}^{-}}$不水解,$\rm N{{H}_{3}}O{{H}^{+}}$能水解,因此$c(\text{C}{{\text{l}}^{-}})\gt c(\text{N}{{\text{H}}_{3}}\text{O}{{\text{H}}^{+}})$$\rm D$正确;

故选:$\rm BD$

$\rm 2024$年中国科学家首次提出了一种通过双中心催化($\rm Pb$$\rm Cu$作为电极材料)电解草酸($\rm H_{2}C_{2}O_{4}$)和羟胺($\rm NH_{2}OH$)的混合溶液合成甘氨酸()的方法。其中,$\rm X$电极区的反应原理示意图如下:

$\rm X$电极为                极。

$\rm A$.阴      $\rm B$.阳      $\rm C$.正      $\rm D$.负

②当生成$\rm 1\;\rm mol$ 时,外电路中转移的电子数为                

$\rm X$电极区总反应:                

[["

$\\rm A$$ 2N\\rm_{A}$

"]]

①该合成方法为电解法,$\rm X$电极区中,草酸${{\text{H}}_{2}}{{\text{C}}_{2}}{{\text{O}}_{4}}$$\rm Pb$催化下,羧基得到电子还原生成醛基,因此$\rm X$电极为阴极,故选:$\rm A$

②草酸${{\text{H}}_{2}}{{\text{C}}_{2}}{{\text{O}}_{4}}$生成$\text{HOOCCHO}$时,$\rm C$的化合价由$\rm +3$降低到$\rm +2$,当生成$\rm 1\;\rm mol\text{ HOOCCHO}$时,外电路中转移的电子数为$2 {N}_{\mathrm{A}}$

$\rm X$电极为阴极,根据图中所示,该电极区主要反应物有草酸${{\text{H}}_{2}}{{\text{C}}_{2}}{{\text{O}}_{4}}$$\text{N}{{\text{H}}_{2}}\text{OH}$,生成物有${{\text{H}}_{2}}\text{O}$${{\text{H}}_{2}}\text{NC}{{\text{H}}_{2}}\text{COOH}$,根据原子守恒及电荷守恒原理,$\rm X$电极区总反应的化学方程式为:

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