中学化学竞赛试题-配位结构和异构.pdf
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1、1中学化学竞赛试题资源库配位结构和异构A 组组1已知Co(NH3)63呈正八面体结构:各 NH3分子间距相等,Co3位于正八面的中心。若其中二个 NH3分子被 Cl取代,所形成的Co(NH3)4Cl2的同分异构体的种数有A 2 种 B 3 种 C 4 种 D 5 种2Co(NH3)63离子是正八面体而非三棱柱或平面六边形构型的理由是A 其一氯取代物不存在同分异构体 B 它是非极性分子C 它的键长与键角都相等 D 其二氯取代物只存在两种同分异构体3我国科学工作者合成了许多结构复杂的天然有机化合物,如叶绿素、血红素、维生素 B12等。叶绿素的结构如图。下列有关说法中正确的是A 叶绿素属于高分子化合
2、物B 叶绿素分子中含有三种类型的双键C 叶绿素不属于芳香烃D 在一定条件下,叶绿素能发生加成、水解、酯化等反应4本题涉及 4 种组成不同的配合物,它们都是平面正方形结构。(1)PtCl22KCl 的水溶液与二乙硫醚(Et2S)反应(摩尔比 12)得到两种结构不同的黄色配合物,该反应的化学方程式和配合物的立体结构是:(2)PtCl22KCl 的水溶液与足量 Et2S 反应获得的配合物为淡红色晶体,它与AgNO3反应(摩尔比 12)得到两种组成不同的配合物,写出上述两个反应的化学方程式。5本题涉及 3 种组成不同的铂配合物,它们都是八面体的单核配合物,配体为 OH和/或 Cl。(1)PtCl45H
3、2O 的水溶液与等摩尔 NH3反应,生成两种铂配合物,反应式为:(2)BaCl2PtCl4和 Ba(OH)2反应(摩尔比 25) ,生成两种产物,其中一种为配合物,该反应的化学方程式为:6铍及锌分别为A 及B 族元素,在很多性质上相类似。例如,它们的氧化物及其水合物表现为两性,卤化物有显著的共价性,易于形成配位数为 4 的配合物。(1)Be 和 Zn 都可以形成结构相似的 Be4O(CH3COO)6及 Zn4O(CH3COO)6配合物,试说明它们的结构特点,画出结构式,分别说明中心原子及 Be、Zn 的杂化态。(2)试从结构特点解释为什么 Be4O(CH3COO)6不易水解而 Zn4O(CH3
4、COO)6却极易于水解。7据报道,某些(Z)式非碳环醇类有机锡化合物是一类有抗癌活性物质,有人在N2保护下将三苯基氢化锡的乙醚溶液与等摩尔 1,1二苯基炔丙醇在过氧化苯甲酸的存在下于室温搅拌 30h,蒸去溶剂后用无水乙醇重结晶 3 次得化合物 A 纯品。将 ICl 的四氯HCNNCHNHCNH3CCH3CH2CH3CH3H3CCH2CH2COCCOCH3OCH2OC20H39OMg2化碳溶液滴入等摩尔 A 的四氯化碳溶液中继续反应 2.5h,蒸去溶剂后残留物用环己烷的四氯化碳混合溶剂重结晶 3 次得产物 B。B 中含 Cl 而不含 I,且 Cl 元素的百分含量约为7%。A 中 Sn 是 sp3
5、杂化的,而 B 中 Sn 是 sp3d 杂化的,且由 A 转变为 B 时 Z 式结构不变。请回答:(1)写出生成 A 和 B 的化学反应方程式。(2)指出形成 A 和 B 的反应类型。(3)画出 B 的化学结构8金属 M 的三氯化物 MCl3水溶液中加入锌汞齐后可得还原性溶液 A,若将该溶液加入到醋酸钠的饱和溶液中可以得到难溶的红色晶体 B。已知 MCl3中 Cl 含量为67.16%,光谱分析表明,B 分子呈中心对称,其中 M 原子的配位数为 6(即 M 原子周围有 6 个原子与之成键),M 原子含量 27.64%,碳原子仅存在于醋酸根离子中,碳原子含量 25.54%。试问:(1)金属 M 的
6、原子量为 。(2)红色晶体 B 中 M 原子和碳原子的个数比为 。(3)红色晶体 B 中和 M 原子配位的除了醋酸根离子还有 。(4)红色晶体 B 的分子式为 。(5)画出红色晶体 B 的结构图。B 组组9Pt(NH3)2Cl2分子有两种同分异构体,其中一种是治癌药物,它能与乙二胺(en)反应生成Pt(NH3)2en。写出该Pt(NH3)2Cl2的结构式。10写出八面体配合物MCl2(NH3)4的异构体。11已知配合物Pt(NH3)(OH)2Cl3是八面体结构,请求出它的几何异构体数目。 12配位离子Cr(NH3)(OH)2Cl32可能有多少异构体?13指出结构为平面正方形的配离子Pt(NH3
7、)(NH2OH)Py(NO2)可能有多少异构体?并分别画出来。14已知 Co(en)Cl2Br2有四个异构体,分别画出其结构式。15指出Rh(Py)3Cl3可能有多少几何异构体?16写出 Co(NH3)3(NO2)3的九种聚合物异构体的化学式。17化合物 Co(NH3)3(H2O)(NO2)(OCl)Br 存在着多种同分异构体。至少写出 10 种同分异构体的结构式,并指出其类型。18写出Pt(NH3)2(NO2)2的所有聚合物型异构体的分子式。19画出右图所示的化合物的镜面结构,并说明其是否具有旋光性。20有些配位体具有多个配位数,也即可有多个原子与中心原子或离子配合,其分别占据配合物的不同部
8、位。乙二胺(简写为 en)即为此种配位体,其上的两个氮原子参与配位,且必占据顺式位置。则Cr(en)2Cl2存在多少个几何异构体?其中哪个表现出旋光性?21预测Ir(en)33是否具有旋光性异构体。如果有的话,则通过画图来说明这两个3旋光性异构体不是同一种化合物的简单旋转。22已知配离子Co(en)Br2I2上具有两个旋光性同分异构体,则分别画出其结构式。23为了证明旋光性与分子中是否存在碳原子无关,Wemer 制备了Co(HO)2Co(NH3)436。画出此配离子的结构式并说明 Werner 是如何解释其旋光性的。24已知配离子M(CN)(NO2)(H2O)(NH3)具有旋光性,则其配位层结
9、构具有什么特征?25画出 Co(en)Cl3Br的几何和旋光异构体。26在下图中哪个离子具有旋光性? 27指出下图中各对异构体的类型,如果不存在同分异构体则写“无” 。 ; ; ; ; 28旋光异构体和几何异构体均不能用质谱法进行区分,试说出一个理由。29PtNH2CH(C6H5)CH(C6H5)NH2NH2C(CH3)2CH2NH22是由不具有旅光性的物质制取来的,但其却具有旋光性。说明如何由此证明此铂的配位层不是四面体结构。能否由此证明其为平面正方形结构?30指出下列各配合物的所有同分异构体的类型:Cr(NH3)4Br2;Cr(NH3)4Br2NO2;Cr(en)2Cl2;Cr(en)33
10、;Cr(NH3)4ClBrBr31若配体的分子组成为 C4H7OH 它和金属离子 M(电荷省略)形成配合物,问可4有多少种配合物异构体存在?32如图所示,Co(en)33螯合离子是正八面体构型的,六个配位点被三个双齿配体乙二胺(en)所占据,请问该离子是否存三重轴(该离子绕轴旋转 120 与原离子图形完全重合) ;与已知三重轴垂直的二重轴(绕轴旋转 180 后与原图形完全重合)有几条。33已知配离子Co(en)33存在两种旋光异构体,说明由此能够证明它不是六方形或三棱形结构,又能否由此证明它为八面体结构。34已知:配位化合物和Co(NH3)4Cl2有两种异构体。试判断其空间体构型是八面体型还是
11、三棱柱型?35今有化学式为 Co(NH3)4BrCO3的配合物。(1)画出全部异构体的立体结构。(2)指出区分它们的实验方法。36下列结构中哪些是 几何异构体 光学异构体 完全相同的结构 37电子构型相同的 Ni2、Pd2和 Pt2均能形成配合物。Pd() 、Pt()配合物为平面四方形构型,而多数 Ni()配合物为四面体构型,只有少数是平面四方形构型,为什么?何种 Ni()配合物最可能是平面四方形构型?38A、B、C 为三种不同的配合物,它们的化学式都是 CrCl36H2O,但颜色不同:A 呈亮绿色,跟 AgNO3溶液反应,有 2/3 的氯元素沉淀析出;B 呈暗绿色,能沉淀 1/3 的氯;而
12、C 呈紫色,可沉淀出全部氯元素。则它们的结构简式分别为:A ,B ,C 。这三种配离子的空间构型为 面体,其中配离子一中的 2 个 Cl 可能有两种排列方式称为顺式和反式。它们的结构图分别为:_和 。39碳酰肼(CHZ)分子中含有 5 个带孤电子对的原子,因此,它可作为多齿配体与多种金属离子配位。由于碳酰肼是肼的衍生物,具有强还原性,可作含能材料的组分。所以碳酰肼配合物具有高能量、低感度的优良特性,GTN 是其中具有代表性的一种,因其卓越的性能倍受关注。GTN 元素分析结果为:N:31.76%,C:6.77%,H:3.520%,Cl:12.40%,与理论值N:31.83%,C:6.82%,H:
13、3.41%,Cl:13.45%。123182 相吻合。下面是 GTN的晶体结构图(氢原子没有画出) ,请写出其结构简式(要求写出官能团和原子团,不要写最简单的化学式) ;中心镍的化合价 ,配位数为5_,该分子是具有 构型。配合物的外界同配合物内界通过 结合在一起。X 射线衍射所得晶胞参数为:a997.4pm,b855.7pm,c2143.3pm,101.040,GTN 晶胞堆积如图,体积为 ,该晶体一个晶胞中含有 4 个分子,则密度为 ;GTN 之所以可以作为作为含能材料可以从它的结构推测性质:含能材料应该是钝感的,可以保证生产、运输、使用等过程的安全,而 GTN 所以适合;结晶水的存在会损耗
14、一部分能量,含能材料必须具有强还原性基团和强氧化性基团,而 GTN 所以适合。因此,GTN 具有高能钝感的优良特性,是一种性能卓越的含能材料,具有广阔的应用前景。640单质 M 是一种常见金属,易于生成多种配合物,且常被用作催化剂,如 M(CN)2。乙炔可进行下列反应,得到烃 P:4CHCHNP。P 可以与 M 形成一种新型配合物 M(P)2,此配合物中碳元素的质量分数为 69.87,氢元素的质量分数为 8.77。(1)试计算 M 的相对原子质量,写出元素符号及外层电子排布。(2)试推断并写出 M(P)2可能的立体结构(其中 P 为顺式结构) 。(3)将钾投入到 N 的四氢呋喃溶液中只得一种离
15、子晶体 D。经 X射线测定,该D 晶体中阴离子的骨架没有发生断裂(与 N 的骨架相同) ,但形成了重叠的平面环。请写出该化学反应方程式,说明理由。41瑞士苏黎士大学的维尔纳(Werner)对配位化学有重大贡献,因此曾荣获第 13届诺贝尔化学奖。他在化学键理论发展之前,提出了利用配合物的几何异构体来确定配合物的空间构型。现有Cr(H2O)4Br2Br 和Co(NH3)3(NO2)3两种配合物,其内界分别表示为 MA4B2和 MA3B3,其中 M 代表中心离子,A、B 分别代表不同的单齿配位体。为了获得稳定的配合物,中心离子周围的配位体相互之间的距离尽可能远,形成规则的平面或立体的几何构型。(1)
16、MA4B2和 MA3B3可能存在哪几种几何构型(用构型名称表示)?(2)每种几何构型中,分别存在多少种异构体?(3)实际上,MA4B2和 MA3B3巨型配合物(或配离子)都只存在两种几何异构体。根据上面分析,判断它们分别是什么几何构型?试写出它们各自的几何异构体。42亚硝酸根 NO2作为配位体有两种配位方式:其一是氮原子提供孤对电子与中心原子配位,另一是氧原子提供孤对电子与中心原子配位。前者称为硝基(合) ,后者称为亚硝酸根(合) 。试画出这两种配位方式的结构式(可用 M 表示中心原子) 。Co(NH3)5(NO2)Cl2有两种存在形式;Co(NH3)5H2OCl3和 NaNO2反应得一种红棕
17、色粉末 A,这种红棕色粉末在热盐酸溶液中会转变成棕黄色晶体 B,B 比 A 更稳定。试命名这两种化合物。43铬的化学丰富多采,实验结果常出人意料。将过量 30%H2O2加入(NH4)2CrO4的氨水溶液,热至 50后冷至 0,析出暗棕红色晶体 A。元素分析报告:A 含 Cr 31.1%,N 25.1%,H 5.4%。在极性溶剂中 A 不导电。红外图谱证实 A 有 NH 键,且与游离氨分子键能相差不太大,还证实 A 中的铬原子周围有 7 个配位原子提供孤对电子与铬原子形成配位键,呈五角双锥构型。(1)以上信息表明 A 的化学式为: ;可能的结构式为: 。(2)A 中铬的氧化数为: 。(3)预期
18、A 最特征的化学性质为: 。(4)生成晶体 A 的反应是氧化还原反应,方程式是: 。44配合物 A 经元素分析,其质量百分组成为 19.5% Cr,40.0% Cl,45% H 和 36% O。将 0.533g A 溶于 100mL 水中,再加入运量 HNO3使其溶解,然后加入过量 AgNO3至沉淀完全,将沉淀经干燥处理称量得 0.287g。已知 1.06g A 在干燥空气中缓慢加热至100时有 0.144g 水释放,请回答:(1)导出配合物 A 的实验式7(2)推导配合物 A 的配位化学式(3)写出配合物 A 的几何异构体和水合异构体45草酸铂亦称奥沙利铂,是继顺铂之后的第三代铂类抗肿瘤临床
19、药物,它由K2PtCl4与反式1,2二胺基环己烷(A)经下列反应而得(D) 。B 为淡黄色晶体,C 为 12 型电解质。请回答:(1)画出 A、B、C、D 的化学结构式(2)A 有旋光活性,其比旋度为70,你估计 D 的比旋度为多少?(3)将 D 在 N2中热分解,于 250270间有剧烈反应,残重为 48.6%,写出热分解的反应方程式。46JM216 是继顺铂后的又一种新型铂类抗肿瘤药物,它的结构为 F,合成路线如下:顺铂ABCDF(,R)请回答:(1)写出 A、B、C、D 和 E 的化学结构式;(2)画出 F 可能存在的几何异构体;47研究发现,钒与吡啶2甲酸根形成的单核配合物可增强胰岛素
20、降糖作用,它是电中性分子,实验测得其氧的质量分数为 25.7%,画出它的立体结构,指出中心原子的氧化态。要给出推理过程。48Ni()的配合物可以形成四配位的四面体形或平面正方形,亦可形成六配位的八面体形,若以 CN和 H2O 为配体,写出符合下列条件的配合物化学式。(1)一种非电解质的八面体配合物 。(2)两个平面正方形配合物 A 和 B,它们均是 11 电离类型,A 是 ,B 是 。(3)在 Ni(CN)25H2O 中的配离子 。49生物体内分子间共价键的形成是十分重要的,化学家们常用一些实验来进行模拟,例如水杨醛阴离子()和甘氨酸根离子(H2NCH2COO)间发生化学反应形成化合物 A,A
21、 与二价金属离子 M2反应获得配合物 B,B 呈电中性。而水杨醛阴离子和甘氨酸根离子直接与 M2反应却可获得化合物 C,C 与 B 有相同的化学组成。请回答下列问题:(1)写出形成 A 的化学反应方程式。(2)画出 B 和 C 的结构示意图(已知 M2的配位数是 4) 。(3)在形成化合物 A、B、C 间涉及哪些化学平衡常数,请用反应式表示它们间的关系。50将 0.96g 二硫代草酸胺(A)和 1.95g 二溴丁二酮(B)溶于 30mL DMSO 中,在氮气的保护下室温磁力搅拌反应 8h 后,将得到的褐色混合物倒入丙酮中沉淀,8过滤,将得到的褐色沉淀反复用甲醇、丙酮浸泡,洗涤,过滤,然后在 6
22、0下真空烘干,得到褐色产物聚2,4噻唑(C)0.93g。已知噻唑的结构简式如右图所示:将合成得到聚2,4噻唑称取 0.5g 溶于 40mL DMSO 中,加入 3.24g NdCl36H2O,氮气保护下 80磁力搅拌反应 24h,反应结束后倒入 400mL 水中沉淀,过滤得到黑色产物,反复用大量的水、甲醇浸泡洗涤产物,直到用 AgNO3检验滤液中无Cl为止,过滤,然后在 60下真空烘干,得到黑色产物(D)0.63g。元素分析 C 31.8%,Nd 15.3。(1)写出有机物 A、B、C 的结构简式;(2)写出 ABC 的结构简式;(3)计算配合物 D 中 C 和 NdCl3分子数比,用化学式表
23、示;(4)已知配合物 D 中 Nd 是四配位的,画出配合物的片段。51化合物 NiI2(HPPh2)2(写为 A)是从 NiI2心与二苯基磷反应获得的,它在固态时是抗磁性的单分子,而在硝基苯中是非电解质,具有很小的偶极矩。31P 的核磁共振谱表明分子中两个 P 原子的环境的相同的。(1)写出生成 A 的化学反应方程式。(2)画出 A 的可能结构。(3)指出 A 中 Ni 原子的杂化形态。52配位化学是化学的一个重要分支。在十九世纪,维尔纳的老师认为:六配位化合物是一种链式结构,如:MABCDEF 或 MBACDE;而维尔纳认为:六配位化合物是一种八面体。(1)请你设想一下:维尔纳是如何否定老师
24、的论断得出他的正确结论的?(2)在配合物中,乙酰丙酮(CH3COCH2COCH3)是常见的一种配体。试回答:乙酰丙酮(CH3CCH2CCH3OO)可作双齿配体。请从有机化学的角度加以解释。(3)某同学用乙酰丙酮与 CoCl2、H2O2在一定条件下反应得到一晶体 A。为测定晶体组成,该同学设计以下实验:准确称取 A 晶体 0.4343g,煮沸溶解后,用氢离子交换树脂(即 HR 型)充分交换至看不出有 Co2的红色,过滤;用 0.1013mol/L 的 NaOH 标准溶液滴定,用去 24.07mL。 (原子量请用:Co:58.93、H:1.01、C:12.01、O16.00、CI:35.45)求:
25、A 中 Co 的质量分数。预测 A 的化学式,画出 A 的结构并写出 Co 的杂化形态。写出制备 A 的化学反应方程式。在铁粉的催化下,A 能与液溴发生取代反应。试写出其化学反应方程式。阐述其原因。53据最近的文献报道,以(Ph3P)2Cu(OOCCH2COOH)(式中 Ph为苯基)与正丁酸铜()在某惰性溶剂中及氦气氛下反应 1h,然后真空除去溶剂,得到淡紫色的沉淀物。该沉淀被重新溶解,真空干燥,如此反复 4 次,最后在 CH2Cl2中重结晶,得到配合物 A的纯品,产率为 72%。元素分析:A 含 C(64.88%) 、H(3.78%) 、P(8.58%) ,不含氯。红外谱图显示,A 中COO
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