2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述價層電子對互斥理論（VSEPR）的基本要點，并據(jù)此預(yù)測分子BF?、CH?和H?O的幾何構(gòu)型及中心原子的雜化方式。二、分子軌道理論（MO理論）與價鍵理論（VB理論）在描述共價鍵方面有何主要區(qū)別？以O(shè)?分子為例，說明MO理論如何解釋其順磁性。三、比較乙醇（C?H?OH）和甲苯（C?H?CH?）的熔點、沸點。簡要說明分子間作用力（包括氫鍵、偶極-偶極相互作用和范德華力）在決定這兩種物質(zhì)物理性質(zhì)方面的相對貢獻(xiàn)。四、解釋下列現(xiàn)象：（1）為什么HF的沸點比HCl、HBr、HI的沸點高得多？（2）為什么甲烷（CH?）是非極性分子，而氨氣（NH?）是極性分子？五、某有機(jī)物A的分子式為C?H?O，它只能與fehrendol試劑發(fā)生銀鏡反應(yīng)，但不能與溴的四氯化碳溶液發(fā)生加成反應(yīng)。寫出化合物A的結(jié)構(gòu)簡式，并說明其屬于哪一類化合物（醇、醛、酮等）。六、計算CO?分子的平均鍵能。已知碳原子基態(tài)電子排布式為1s22s22p2，氧原子基態(tài)電子排布式為1s22s22p?。在計算中可以近似認(rèn)為C=O鍵是雙鍵，并使用下列鍵能數(shù)據(jù)（單位：kJ/mol）：C-C=348，C=O=799，O=O=495。七、簡述氫鍵的形成條件及其對物質(zhì)物理性質(zhì)（如熔點、沸點、溶解度）的影響。舉例說明氫鍵在生物分子（如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)）中的重要作用。八、已知甲烷（CH?）的鍵角為109°28'，而氨氣（NH?）的鍵角為107°18'。解釋為什么氨氣的鍵角比甲烷的小，并說明孤對電子對成鍵電子對的空間排斥效應(yīng)。九、比較下列各組分子或離子的極性大小，并簡要說明理由：（1）H?O與CO?（2）BF?與CF?（3）CH?F與CH?十、對于分子A（分子式為C?H?），它既可以使溴的四氯化碳溶液褪色，也可以使高錳酸鉀酸性溶液褪色。寫出分子A的所有可能的結(jié)構(gòu)簡式，并分別說明它們屬于哪一類化合物（烯烴、炔烴或環(huán)烴）。試卷答案一、價層電子對互斥理論（VSEPR）的基本要點：分子中中心原子的價層電子對（包括成鍵電子對和孤對電子對）會相互排斥，趨向于占據(jù)使電子對之間距離最大化的空間位置，從而確定分子的幾何構(gòu)型。雜化方式由中心原子周圍的電子對總數(shù)決定。預(yù)測：BF?：中心原子B有3個成鍵電子對，無孤對電子對。電子對幾何構(gòu)型為平面三角形，分子幾何構(gòu)型為平面三角形。中心原子B采用sp2雜化。CH?：中心原子C有4個成鍵電子對，無孤對電子對。電子對幾何構(gòu)型為正四面體，分子幾何構(gòu)型為正四面體。中心原子C采用sp3雜化。H?O：中心原子O有2個成鍵電子對，有2對孤對電子對。電子對幾何構(gòu)型為四面體，分子幾何構(gòu)型為V形（角形）。中心原子O采用sp3雜化。二、價鍵理論（VB理論）主要基于原子軌道線性組合形成分子軌道來解釋共價鍵，通常用于簡單分子，能很好地解釋鍵的飽和性和方向性，但對光譜性質(zhì)和磁性解釋能力有限，且難以解釋某些分子的順磁性。分子軌道理論（MO理論）將原子軌道線性組合成分子軌道，分子中的電子依次填入分子軌道，直接計算分子的能量、鍵級、光譜性質(zhì)和磁性等，適用范圍更廣，能解釋VB理論難以解釋的現(xiàn)象，如O?的順磁性。以O(shè)?分子為例，MO理論認(rèn)為原子軌道線性組合形成σg,σu,σg*,πu,πg(shù)*,σu*等分子軌道。O原子基態(tài)電子排布式為1s22s22p?。兩個O原子形成O?分子時，總共16個價電子填入分子軌道：(σg)2(σu)2(πu)?(σg*)2(πg(shù)*)?。其中，πg(shù)*軌道為半充滿狀態(tài)（含有4個電子）。由于分子具有未成對電子，因此O?分子表現(xiàn)出順磁性。三、乙醇（C?H?OH）的熔點、沸點高于甲苯（C?H?CH?）。原因：乙醇分子間可以形成氫鍵，這是一種較強(qiáng)的分子間作用力。甲苯分子間主要存在范德華力（分散力），氫鍵比范德華力強(qiáng)得多，因此乙醇的熔點和沸點更高。此外，乙醇分子是極性分子，而甲苯是非極性分子。極性分子間除了范德華力外還存在偶極-偶極相互作用，也比非極性分子的范德華力強(qiáng)，這也使得乙醇的熔點和沸點高于甲苯。四、（1）HF分子間能形成強(qiáng)烈的氫鍵，而HCl、HBr、HI分子間主要存在較弱的范德華力（其中HI的范德華力相對最強(qiáng)）。氫鍵比范德華力強(qiáng)得多，需要更高的能量來打破分子間作用力，因此HF的沸點遠(yuǎn)高于其他鹵化氫。（2）甲烷（CH?）分子結(jié)構(gòu)對稱，中心碳原子周圍的四個氫原子電負(fù)性相同，成鍵電子云均勻分布，分子整體偶極矩為零，因此甲烷是非極性分子。氨氣（NH?）分子構(gòu)型為V形，氮原子電負(fù)性遠(yuǎn)大于氫原子，成鍵電子云偏向氮原子，使得分子具有一個顯著的偶極矩，因此氨氣是極性分子。五、化合物A只能與fehrendol試劑發(fā)生銀鏡反應(yīng)，說明A含有醛基（-CHO）。A不能與溴的四氯化碳溶液發(fā)生加成反應(yīng)，說明A不含碳碳雙鍵或三鍵。A的分子式為C?H?O，符合醛的通式CnH?nO。滿足這些條件的化合物結(jié)構(gòu)簡式為CH?CH?CHO（丁醛）。該化合物屬于醛類化合物。六、計算CO?分子的平均鍵能時，假設(shè)一個CO?分子中有兩個C=O雙鍵。C=O雙鍵的鍵能數(shù)據(jù)為799kJ/mol。一個CO?分子中含兩個C=O鍵。平均鍵能=總鍵能/鍵數(shù)=2*799kJ/mol/2=799kJ/mol。（注：此計算基于近似，認(rèn)為兩個C=O鍵鍵能相同。更精確的計算需要考慮共振能等因素。）七、氫鍵的形成條件：（1）分子中必須含有能與氫原子形成強(qiáng)極性共價鍵的元素（通常是F、O、N），這個元素的電負(fù)性很強(qiáng)，能將共享的氫原子強(qiáng)烈吸引向自己一方，使得氫原子帶有顯著的正電荷。（2）該元素必須具有孤對電子，以便與另一個分子中同樣符合條件的、帶有部分正電荷的氫原子靠近。氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響：（1）熔點、沸點：氫鍵是一種較強(qiáng)的分子間作用力，需要較多的能量來破壞。因此，能形成氫鍵的物質(zhì)（如水、醇、醛、羧酸）通常具有較高的熔點和沸點，且其熔點、沸點隨分子量增加而升高的趨勢，比同系列非氫鍵化合物的升高速率要快。（2）溶解度：氫鍵的形成能力會影響物質(zhì)的溶解度。例如，能形成氫鍵的溶劑（如水）更容易溶解也能形成氫鍵的溶質(zhì)（如乙醇）。氫鍵在生物分子中的重要作用：氫鍵在維持生物大分子的高級結(jié)構(gòu)方面起著至關(guān)重要的作用。例如，在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，兩條鏈之間的堿基對（A-T，G-C）通過氫鍵連接，這種穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡(luò)維持了DNA雙螺旋的穩(wěn)定構(gòu)型。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)（α-螺旋和β-折疊）的形成也與氫鍵的存在密切相關(guān)。氫鍵也在蛋白質(zhì)的折疊、酶的活性位點以及許多生物過程中的分子識別中扮演重要角色。八、甲烷（CH?）中心碳原子采用sp3雜化，四個C-H鍵的電子云呈正四面體分布，鍵角理論上為109°28'。氨氣（NH?）中心氮原子采用sp3雜化，有三個成鍵電子對和一個孤對電子對。孤對電子對的占據(jù)空間比成鍵電子對大，其電子云對成鍵電子對的排斥力更強(qiáng)，使得三個N-H鍵之間的鍵角被壓縮。因此，氨氣的鍵角（107°18'）比甲烷的鍵角（109°28'）小。原因是孤對電子對成鍵電子對的空間排斥效應(yīng)更強(qiáng)，導(dǎo)致成鍵鍵角減小。九、（1）H?O是V形極性分子，其偶極矩不為零。CO?是直線形非極性分子，其偶極矩為零。因此，H?O的極性大于CO?。（2）BF?是平面三角形非極性分子，其偶極矩為零。CF?也是正四面體非極性分子，其偶極矩也為零。因此，BF?和CF?的極性相同（都為零）。（3）CH?F是四面體形極性分子，其偶極矩不為零。CH?是正四面體非極性分子，其偶極矩為零。因此，CH?F的極性大于CH?。十、分子A（分子式為C?H?）既能使溴的四氯化碳溶液褪色，說明A含有碳碳雙鍵（C=C），屬于烯烴。也能使高錳酸鉀酸性溶液褪色，進(jìn)一步證實了A含有碳碳雙鍵。滿足分子式C?H?且含有碳碳雙鍵的化合物有：（1）C