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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$(\quad\ \ \ \ )$。
①
","②③
","④
","⑤
"]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$\rm 2$个$\rm H$原子分别形成$\rm N-H$键,与$\rm 1$个$\rm O$原子形成$\rm N-O$键,共形成$\rm 3$个$\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\ \ \ \ )$。
① ②
③ ④
③④②①
","④③②①
","④②③①
","②④③①
"]图①是基态$\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,$\\rm 2.24\\;\\rm L$ $\\rm X$和$\\rm Y$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}$
","$\\rm 1\\;\\rm mol$ $\\text{NO}_{2}^{-}$中$\\rm N$的价层电子对数为$ 6N\\rm _{A}$
"]$\rm A$.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$\rm X$是$\rm NO$,$\rm Y$是$\rm N_{2}O$。标准状况下,$\rm 2.24\;\rm L$ $\rm NO$和$\rm N_{2}O$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$\rm 1$个$\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;
$\rm D$.$\text{NO}_{2}^{-}$中$\rm N$原子与$\rm 2$个$\rm O$原子分别形成$\rm N=O$键,共有$\rm 2$个$\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$ $\text{NO}_{2}^{-}$中$\rm N$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
"]]$\rm NH_{2}OH$中$\rm N$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:$c(\\text{C}{{\\text{l}}^{-}})\\gt c(\\text{N}{{\\text{H}}_{3}}\\text{O}{{\\text{H}}^{+}})$
"]$\rm A$.$\text{N}{{\text{H}}_{3}}$中$\rm N$原子的杂化方式为$\text{s}{{\text{p}}^{3}}$,$\text{NO}_{3}^{-}$中$\rm N$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($\rm Pb$和$\rm Cu$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:
①$\rm X$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 。
③$\rm X$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}}$在$\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$2 {N}_{\mathrm{A}}$。
③$\rm X$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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