高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构同步达标检测题

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第二节分子的空间结构
课时2　杂化轨道理论简介
【基础巩固】
1.C中，碳原子的杂化轨道类型和分子空间结构分别是 (　　)
A.sp杂化，平面三角形　B.sp2杂化，平面三角形
C.sp2杂化，三角锥形　D.sp3杂化，三角锥形
解析：在C中，中心原子C原子的价层电子对数为3+×(4+2-2×3)=3，为sp2杂化，由于C原子上没有孤电子对，所以C为平面三角形。
答案：B　
2.下列分子中，中心原子的杂化轨道类型相同的是 (　　)
A.CO2与SO2 B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3 D.C2H4与C2H2
解析：CO2中碳原子为sp杂化，SO2中硫原子为sp2杂化，A项不正确；CH4中碳原子为sp3杂化，NH3中氮原子为sp3杂化，B项正确；BeCl2中铍原子为sp杂化，BF3中硼原子为sp2杂化，C项不正确；C2H4中碳原子为sp2杂化，C2H2中碳原子为sp杂化，D项不正确。
答案：B　
3.下列有关杂化轨道的说法中不正确的是 (　　)
A.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
C.四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
解析：杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。
答案：D　
4.(2022·广东佛山)根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断，下列正确的是 (　　)
选项
分子或
离子
中心原子杂化
方式
价层电子对互
斥模型
分子或离子的
空间结构
A

sp
直线形
直线形
B
HCHO

平面三角形
三角锥形
C


四面体形
平面三角形
D


四面体形
三角锥形
解析：SO2中S原子的价电子对数是2+=3，S原子杂化方式是sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，有1个孤电子对，分子的空间结构是V形， A项错误；HCHO中C原子的价电子对数是=3，C原子杂化方式是sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，无孤电子对，分子的空间结构是平面三角形， B项错误；NCl3中N原子的价电子对数是=4，N原子杂化方式是sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，有1个孤电子对，分子的空间结构是三角锥形， C项错误；H3O+中O原子的价电子对数是=4，O原子杂化方式是sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，有1个孤电子对，分子的空间结构是三角锥形， D项正确。
答案：D　
5.(2022·广东惠州)氯元素有多种化合价，可形成Cl-、ClO-、Cl、Cl、Cl等离子。下列说法错误是 (　　)
A.基态Cl原子的价电子数为7
B.孤电子对数：Cl C.Cl的空间结构为三角锥形
D.Cl、Cl、Cl中Cl的杂化方式相同
解析：基态Cl原子的价电子排布式3s23p5，价电子数为7， A项正确；Cl中氯原子价层电子对数为2+=4，孤电子对数是2，Cl中氯原子价层电子对数为3+=4，孤电子对数是1，Cl中氯原子价层电子对数为4+=4，孤电子对数是0，则孤电子对数：Cl>Cl>Cl， B项错误；Cl中氯原子价层电子对数为4，孤电子对数是1，空间结构为三角锥形， C项正确；Cl、Cl、Cl中氯原子价层电子对数均为4，所以这几种粒子中氯原子都采用sp3杂化，D项正确。
答案：B　
6.三氯化磷分子的中心原子以sp3杂化，下列有关叙述中正确的是 (　　)
①3个P—Cl的键长、键角均相等
②空间结构为平面三角形
③空间结构为正四面体形
④空间结构为三角锥形
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
解析：PCl3中P采取sp3杂化，有一个孤电子对，结构类似于NH3分子，3个P—Cl的键长、键角均相等，空间结构为三角锥形。故选B项。
答案：B　
7.下列分子所含碳原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是 (　　)
A.乙醛
B.丙烯腈
C.甲醛
D.丙炔
解析：乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化，醛基中碳原子采取sp2杂化；丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子采取sp2杂化，另一个碳原子采取sp杂化；甲醛中碳原子采取sp2杂化；丙炔中甲基碳原子采取sp3杂化，碳碳三键中两个碳原子采取sp杂化。
答案：A　
8.形成下列分子时，中心原子采用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是 (　　)
①PF3　　②CF4　　③NH3　　④H2O
A.①②　　B.②③　　C.③④　　D.①④
解析：PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3杂化， NH3和H2O分子中H原子以1s轨道与N或O原子形成σ键，PF3和CF4分子中F原子以2p轨道分别与P和C原子形成σ键。
答案：A　
9.(1)BF3分子的空间结构为　　　　　，NF3分子的空间结构为　　　　　。 
(2)碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，碳原子采取sp杂化的分子是　　　　　　　(填结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是　　　　　　　　，采取sp3杂化的分子是　　　　　　。试写出一种有机化合物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：　　　　　　　　　　。 
解析：(1)BF3分子中的B原子采取sp2杂化，所以其分子的空间结构为平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3杂化，其中一个杂化轨道中存在一个孤电子对，所以其分子的空间结构为三角锥形。
(2)乙烷分子中的碳原子采取sp3杂化，乙烯、苯分子中的碳原子均采取sp2杂化，乙炔分子中的碳原子采取sp杂化，同时含有三种不同杂化方式的碳原子的有机化合物分子中应该同时含有烷基(或环烷基)、碳碳双键(或苯环)和碳碳三键。
答案：(1)平面三角形　三角锥形
(2)　CH2CH2、　CH3CH3
(答案合理即可)
10.下图是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题。

甲醛分子的空间填充模型　甲醛分子的球棍模型
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是　　　　，作出该判断的主要理由是　 　。 
(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是　　　　(填序号)。 
①单键　②双键　③σ键　④π键　⑤σ键和π键
(3)甲醛分子中C—H与C—H间的夹角　　(填“=”“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是　　。 
解析：(1)原子的杂化轨道类型不同，分子的空间结构也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
(2)醛类分子中都含有CO，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合。
(3)由于碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H与C—H间的夹角小于120°。
答案：(1)sp2杂化　甲醛分子的空间结构为平面三角形　
(2)②⑤
(3)<　碳氧双键中存在π键，它对C—H的排斥作用较强
【拓展提高】
11.下列关于价层电子对互斥模型及杂化轨道理论的叙述中不正确的是 (　　)
A.价层电子对互斥模型将分子分成两类：中心原子有孤电子对的和无孤电子对的
B.价层电子对互斥模型既适用于单质分子，也适用于化合物分子
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道通过杂化形成的一组能量相近的新轨道
D.AB2型共价化合物的中心原子A采取的杂化方式可能不同
解析：在VSEPR模型中，将分子分成了含孤电子对与不含孤电子对两种情况，显然分子的VSEPR模型与空间结构可能相同(不含孤电子对的情况下)，也可能不同(含孤电子对的情况下)，A项正确；VSEPR模型的研究对象仅限于化合物分子，不适用于单质分子，B项错误；AB2型共价化合物由于其中心原子具有的孤电子对数和σ键电子对数可能不同，则其采取的杂化方式也可能不同，D项正确。
答案：B　
12.下列分子中，中心原子采取sp3杂化并形成正四面体形空间结构的是 (　　)
①CH4 ②NH3 ③CF4 ④SiH4⑤C2H4 ⑥CO2 ⑦CH2Cl2
A.①②③⑥ B.①③④C.②④⑤⑦ D.①③⑤
解析：CH4、NH3、CF4、SiH4、CH2Cl2分子的中心原子均采取sp3杂化，但只有CH4、CF4、SiH4分子中的四个sp3杂化轨道分别可以结合一个相同的原子，形成正四面体形结构；CH2Cl2分子是变形的四面体形；NH3分子则是三角锥形结构；C2H4分子是平面结构；CO2分子是直线形结构。
答案：B　
13.下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是 (　　)
①BF3　　②CH2CH2　　③
④　　⑤NH3　　⑥CH4
A.①②③ B.①⑤⑥C.②③④ D.③⑤⑥
解析：①BF3是平面三角形分子，B原子采取sp2杂化；②CH2CH2是平面形分子，其中碳原子采取sp2杂化，未杂化的2p轨道形成π键；③中碳原子采取sp2杂化，未杂化的2p轨道形成特殊的π键；④CH≡CH为直线形分子，其中碳原子采取sp杂化；⑤NH3是三角锥形分子，中心原子氮原子采取sp3杂化；⑥CH4是正四面体形分子，中心碳原子采取sp3杂化。
答案：A　
14.(2022·广东普宁)短周期元素X、Y、Z、M原子序数依次增大，Z的基态原子2p轨道半充满，M的最高正价与最低负价绝对值之差为4，它们组成的一种分子结构如图所示。下列说法正确的是 (　　)

A.电负性：X>Y>Z
B.原子半径：Y>Z>X
C.分子中Z原子的杂化方式均为sp2
D.Y、Z、M的最高价氧化物的水化物均为强酸
解析：已知X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期元素，Z的基态原子2p轨道半充满，则Z为N元素，M的最高正价与最低负价绝对值之差为4，则M为S元素，根据题图中共价键数目可推知，X为H元素，Y为C元素。因此，电负性：N>C>H，A项错误；H原子核外有1个电子层，而C、N原子核外均有2个电子层，电子层数越多，半径越大，电子层数相同，核电荷数越大，半径越小，则原子半径：C>N>H，B项正确；分子中N原子均形成共价单键，为sp3杂化，C项错误；C元素的最高价氧化物的水化物为H2CO3，H2CO3为弱酸，D项错误。
答案：B　
15.(2022·广东佛山)能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。
(1)钛铁合金具有吸氢特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应用前景，基态Ti原子核外有　　　　个运动状态不同的电子，在基态Fe2+中，电子占据的能量最高的轨道为　　　　。 
(2)多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)薄膜电池等。镉(Cd)在周期表中位于第五周期，与Zn同族，则Cd的价层电子排布式为　　　，第一电离能：Ga　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)As；H2S分子的VSEPR模型为　。 
(3)三氟化氮(NF3)是一种无色、无臭、无毒且不可燃的气体，在太阳能电池制造中得到广泛应用。NF3的沸点比NH3的沸点更低，原因是 　。 
(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的结构如图所示，分子中碳原子轨道的杂化类型为　　　　；1个C60分子中σ键的数目为　　　　个。 

解析：(1)Ti为22号元素，一个电子就是一种运动状态，因此基态Ti原子核外有22个运动状态不同的电子；Fe为26号元素，其基态原子价层电子排布式为[Ar]3d64s2，其基态Fe2+的价层电子排布式为3d6，电子占据的能量最高的轨道为3d。(2)Zn的价电子排布式为3d104s2，镉Cd在周期表中位于第五周期，与Zn同族，则Cd的价电子排布式为4d105s2；同周期从左到右，第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族大于第ⅢA族，第ⅤA族大于第ⅥA族，因此第一电离能：Ga小于As；H2S分子中心原子价层电子对数为2+(6-1×2)=2+2=4，其VSEPR模型为四面体形。
(4)根据结构分析，分子中每个碳原子形成3个σ键，不含孤电子对，因此碳轨道的杂化类型为sp2；由于分子中每个碳原子形成3个σ键，每个碳原子占有个σ键，则1个C60分子中σ键的数目为×60=90个。
答案：(1)22　3d
(2)4d105s2　小于　四面体形
(3)NH3存在分子间氢键，分子间作用力大，沸点高
(4)sp2　90
【挑战创新】
16. (1)丙烯醇及其化合物可制成甘油、医药、农药、香料等，合成维生素E及天然抗癌药物紫杉醇中都含有关键的丙烯醇结构。丙烯醇的结构简式为CH2CH—CH2OH。请回答下列问题。
①基态镍原子的价层电子排布式为　　　　　　　　。 
②1 mol CH2CH—CH2OH含　　　　　mol σ键，该分子中碳原子的杂化轨道类型为　　　　　　　　　。 
(2)乙炔是有机合成工业的一种原料，工业上曾用CaC2与水反应生成乙炔。
①将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液中生成Cu2C2红棕色沉淀。基态Cu+的核外电子排布式为　。 
②乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈(H2CCH—C≡N)。丙烯腈分子中碳原子杂化轨道类型是　　　　　；分子中处于同一直线上的原子数目最多为　　　。 
解析：(1)①基态Ni原子的价层电子排布式为3d84s2。
②1个CH2CH—CH2OH分子含9个σ键，1 mol CH2CH—CH2OH含9 mol σ键，该分子中前两个碳原子的价层电子对数为3，后一个碳原子的价层电子对数为4，根据价层电子对互斥理论判断碳原子的杂化轨道类型，前两者是 sp2，后一个是sp3。
(2)①铜原子失去4s能级上的一个电子生成Cu+，根据构造原理书写该基态离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
②乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈(H2CCH—C≡N)，丙烯腈分子中前两个碳原子的价层电子对数是3，后一个是2，根据价层电子对互斥模型判断碳原子杂化轨道类型，前两者为sp2，后者为sp；乙烯分子中所有原子共平面，乙炔分子中所有原子共直线，据此判断丙烯腈分子中处于同一直线上的原子数目最多为3。
答案：(1)①3d84s2　②9　sp2、sp3
(2)①1s22s22p63s23p63d10　②sp、sp2　3
17.(2022·广东东莞)磷是人体含量较多的元素之一，磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛。请回答下列问题。
(1)酸性关系：H3PO4　　　　　 (填“>”“<”或“=”)H2SO4 ，请利用元素周期律解释该酸性关系：P和S原子的能层数相同， 　 　
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　。 
(2)P4S3可用于制造火柴，其分子结构如图所示。

①电负性：磷　　　　　(填“>”“<” 或“=”)硫。 
②P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为　　　　　　　。 
③1 mol P4S3分子中孤电子对的数目为　　　　　　　。 
④∠S—P—S　　　　　(填“>”“<”或“=”)109°28'。 
(3)在BF3分子中，F—B—F的键角度数是　　　　　， BF3与过量NaF反应可生成NaBF4，B的空间结构为　　　　　　。 
解析：(2)①同周期元素的电负性从左到右逐渐增强，故电负性：磷<硫。②从P4S3分子结构图可知，硫原子有2个σ键和2个孤电子对，其杂化轨道类型为sp3杂化。③从P4S3分子结构图得知，每个S原子有2个孤电子对，每个P原子有1个孤电子对，则1 mol P4S3分子中孤电子对的数目为10 NA。④从P4S3分子结构图可知，P原子有1个孤电子对，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对与成键电子对之间的排斥力，故∠S—P—S小于正四面体的夹角，即∠S—P—S<109°28'。(3)在BF3分子中，中心原子B原子价层电子对数为3，是sp2杂化，分子呈平面三角形结构，F—B—F的键角度数是120°；B中，中心原子B原子价层电子对数为4，是sp3杂化，其空间结构为正四面体形。
答案：(1) <　硫原子的最外层电子数比磷原子多，原子半径更小，更容易获得电子，非金属性比磷强，最高价氧化物对应的水化物酸性更强
(2)①<　②sp3　③10NA　④<
(3)120°　正四面体