人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构第二课时巩固练习

第二课时　杂化轨道理论

必备知识基础练

1.用鲍林的杂化轨道理论解释CH4分子的正四面体形结构,下列说法不正确的是(　　)

A.C原子的4个杂化轨道的能量一样

B.C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样

C.C原子的4个价层电子分别占据4个sp3杂化轨道

D.C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据

2.(2021·黑龙江哈尔滨高二检测)有机物

CH3CHCH—C≡CH中标有“·”的碳原子的杂化方式依次为(　　)

A.sp、sp2、sp3 B.sp3、sp2、sp

C.sp2、sp、sp3 D.sp3、sp、sp2

3.关于乙烯分子中化学键的描述正确的是(　　)

A.C原子sp2杂化轨道形成σ键,未杂化的2p轨道形成π键

B.乙烯分子中有4个σ键、2个π键

C.C—H之间是两原子的sp2杂化轨道形成σ键,C—C之间是未杂化的2p轨道形成π键

D.C—C之间是sp2杂化轨道形成σ键,C—H之间是未杂化的2p轨道形成π键

4.在SO2分子中,分子的空间结构为V形,S原子采用sp2杂化,那么SO2的键角(　　)

A.等于120° B.大于120°

C.小于120° D.等于180°

5.(2021·陕西西安高二检测)下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　)

①C　②CH2CH2　③苯　④CH≡CH

⑤NH3　⑥CH4

A.①②③ B.①⑤⑥ C.②③④ D.③⑤⑥

6.(2021·湖北武汉高二检测)下列四种分子或离子中,中心原子的杂化方式与其他三种不同的是(　　)

A.SOCl2 B.B

C.CH2Br2 D.BCl3

7.(1)指出下列中心原子的杂化轨道类型。

①CO2　　　　。 

②SiF4　　　　。 

③NF3　　　　。 

④N　　　　。 

⑤N2H4　　　　。 

(2)ClO-、Cl、Cl、Cl中,Cl原子都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键,则ClO-的空间结构是　　　　;Cl的空间结构是　　　　;Cl的空间结构是　　　　　　;Cl的空间结构是　　　　　　　　。 

8.根据杂化轨道理论可以判断分子的空间结构,试根据相关知识填空:

(1)AsCl3分子的空间结构为　　　　　　　,其中As的杂化轨道类型为　　　　　　。 

(2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为　　　　　　　　。 

(3)一种有机化合物的结构简式如下:

①该分子中有　　　　　　　　个sp2杂化碳原子;　　　个sp3杂化碳原子; 

②该分子中有　　　　　　　个sp2-sp3σ键;　　　　　　个sp3-sp3σ键。 

(4)SCN-与N的结构相同,微粒呈　　　形,中心原子都采取　　　杂化。 

(5)C、N等微粒具有相同的原子个数,它们的价电子总数都是　　　,空间结构呈　　　形,中心原子都采取　　　杂化。 

关键能力提升练

以下选择题中有1~2个选项符合题意。

9.(2021·广东广州高二检测)氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成,已知其阴离子空间结构为平面三角形,则其阳离子的空间结构和阳离子中氮的杂化方式为(　　)

A.平面三角形　sp2杂化

B.V形　sp2杂化

C.三角锥形　sp3杂化

D.直线形　sp杂化

10.下列关于原子轨道的说法不正确的是(　　)

A.杂化轨道形成共价键时,只能形成σ键不能形成π键

B.AB3型的共价化合物,其中心原子A可采用sp2或sp3杂化轨道成键

C.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其空间结构都是正四面体形

D.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的

11.(2022·山东聊城高二期末)目前我国研制的稀土催化剂转化汽车尾气过程示意图如图所示,汽车尾气的主要成分有CO、NO等。下列有关说法正确的是(　　)

A.C3H8和H2O的中心原子杂化轨道类型均为sp3杂化

B.H2O中的H—O—H键角小于H2S中的H—S—H键角

C.CO2和SO2的空间结构均为直线形

D.反应过程中没有非极性键的断裂和形成

12.(2022·山东威海高二期末)短周期主族元素X、Y、Z、W、Q形成的化合物结构如图所示。其中Z、W相邻且与Q同周期,Y、Q同主族,X、Z同主族且Z的原子半径更小。下列说法正确的是(　　)

A.X、Y、Z、W四种元素可形成离子化合物

B.电负性:Z>W>X>Q>Y

C.Q的单质可保存在煤油中

D.X与Z形成的两种化合物中,X原子杂化方式相同

13.(2022·山东济南高二期末)在29种生命必需的元素中,按体内含量的高低可分为常量元素(如:氧、碳、氢、氮、磷等)和微量元素(如:钒、锰、钴等),回答下列问题:

(1)胞嘧啶()是核酸(DNA和RNA)中的主要碱基组成成分之一。该分子中所有元素的电负性由小到大的顺序为　　　　　　　(填元素符号)。基态N原子核外电子的运动状态有　　　　　　　种,1 mol 中含有的σ键数目为　　 mol。 

(2)PH3与NH3分子结构相似,键角PH3　　　　　(填“>”“<”或“=”)NH3,其原因为　 　。 

(3)基态Co原子的核外电子排布式为　　　　　,基态Mn2+的价电子排布式为　　　　　　　,V的空间结构为　　　　　　。 

14.按要求回答下列问题:

(1)晶体X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在的空间结构为　　　　,中心原子的杂化方式为　　　　。 

(2)从结构角度分析,N和H3O+两种阳离子的相同之处为　　　　　　(填字母,下同),不同之处为　　　。 

A.中心原子的杂化轨道类型

B.中心原子的价层电子对数

C.空间结构

D.共价键类型

(3)S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示,S原子采用的轨道杂化方式是　　　　　　。 

(4)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用　　　　　杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为　 　　　　　　。 

学科素养拔高练

15.(2021·广东深圳高二检测)氯吡苯脲是一种常用的膨大剂,其结构简式为

,它是经国家批准使用的植物生长调节剂。

(1)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为　　　　　,羰基碳原子的杂化轨道类型为　　　　　　　　。 

(2)查文献可知,可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲;

+→,

反应过程中,每生成1 mol氯吡苯脲,断裂　　　个σ键、断裂　　　个π键。 

(3)膨大剂能在动物体内代谢,其产物较为复杂,其中有H2O、NH3、CO2等。

①请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因: 　　　　　　。 

②H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是　　　　　　　　　　　　　,中心原子的杂化类型分别是　　　　　　　　。 

参考答案

第二课时　杂化轨道理论

1.D　甲烷中C原子采取sp3杂化,每个杂化轨道上1个电子分别与1个H原子上的电子结合形成共价键,这四个共价键完全相同,轨道间的夹角为109°28',形成正四面体形的分子。

2.B　甲基上C原子采取sp3杂化;碳碳双键上碳原子采取sp2杂化;碳碳三键的C原子采取sp杂化。

3.A　在乙烯分子中,每个碳原子的2s轨道与2个2p轨道杂化形成3个sp2杂化轨道,其中2个sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道形成C—H σ键,另外1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道形成C—C σ键;2个碳原子中未参与杂化的2p轨道形成1个π键。

4.C　由于SO2分子的VSEPR模型为平面三角形,从理论上讲其键角应为120°,但是由于SO2分子中的S原子有一个孤电子对,对其他的两个化学键存在排斥作用,因此分子中的键角要小于120°。

5.A　①②③中的中心原子采取sp2杂化,④中的中心原子采取sp杂化,⑤⑥中的中心原子采取sp3杂化。

6.D　SOCl2、B、CH2Br2中中心原子的价层电子对数均为4,均采取sp3杂化,而BCl3中中心原子的价层电子对数为3,采取sp2杂化,故选D。

7.答案 (1)①sp　②sp3　③sp3　④sp2　⑤sp3

(2)直线形　V形　三角锥形　正四面体形

8.答案 (1)三角锥形　sp3　(2)sp3、sp2

(3)①2　6　②3　3　(4)直线　sp

(5)24　平面三角　sp2

解析 (1)AsCl3中As原子价电子对数为4,As原子的杂化方式为sp3杂化,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(2)CH3COOH的结构式为,分子中甲基上的碳原子采取sp3杂化,羧基中碳原子采取sp2杂化。(3)有机物中饱和碳原子采取sp3杂化,双键上的碳原子采取sp2杂化,三键上的碳原子是采取sp杂化。①该分子中有2个sp2杂化碳原子,6个sp3杂化碳原子;②该分子中有3个sp2-sp3 σ键;3个sp3-sp3 σ键。(4)SCN-与N的中心原子采取sp杂化,形成直线形分子。(5)C、N与SO3为等电子体,SO3中S采取sp2杂化形成平面三角形分子。

9.D　氮的最高价氧化物为N2O5,由两种离子构成,其中阴离子空间结构为平面三角形,离子符号应为N,则其阳离子的离子符号为N,其中心N原子价层电子对数为2+×(5-1-2×2)=2,所以其中的氮原子按sp方式杂化,阳离子的空间结构为直线形。

10.CD　中心原子采取sp3杂化,轨道形状可能是正四面体形,如果中心原子还有孤电子对,分子的空间结构则不是正四面体形;CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的;AB3型的共价化合物,A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。

11.A　C3H8中碳原子均为饱和碳原子,碳原子杂化方式为sp3杂化,H2O中含有2个σ键,有2个孤电子对,为sp3杂化,A正确;O的电负性大于S,O原子与H原子之间的两对成键电子比S原子与H原子之间的两对成键电子更靠近中心原子,因此O原子与H原子之间的两对成键电子距离近,排斥力大,键角大,B错误;SO2中心S原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3,因此SO2为V形结构,CO2中心C原子的价层电子对数=2+×(4-2×2)=2,因此CO2是直线形结构,C错误;反应过程中有非极性键OO的断裂和N≡N的形成,D错误。

12.AD　从化合物结构图可知,Z和X最外层都有6个电子,且Z和X同主族,Z的半径更小,所以Z为O元素,X为S元素;Q带1个单位正电荷,所以Q为碱金属元素,Q和Y同主族,所以Y为H元素;Q和Z同周期,所以Q为Li元素;Z和W相邻,W为N元素或F元素,形成的化合物的阴离子带1个单位负电荷,则是W得到1个电子,所以W为N元素。所以X、Y、Z、W四种元素可形成NH4HSO4、(NH4)2SO4、NH4HSO3等离子化合物,故A正确;Li对电子的吸引能力弱于H,Li的电负性小于H,故B错误;Li的密度比煤油小,不能保存在煤油中,故C错误;X与Z形成的两种化合物分别为SO2和SO3,在SO2中,S原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3,S原子采取sp2杂化;在SO3中,S原子的价层电子对数=3+×(6-3×2)=3,S原子也采取sp2杂化,所以S原子杂化方式相同,故D正确。

13.答案 (1)H<C<N<O　7　13

(2)<　NH3与PH3中心原子均采取sp3杂化,N元素的电负性比P元素的大,使NH3中共用电子对更偏向N原子,共用电子对之间排斥更大,键角更大

(3)[Ar]3d74s2　3d5　正四面体形

解析 (1)同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增大,非金属性越强电负性越大,故电负性:H<C<N<O,基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3,故基态N原子的核外电子有7种不同的运动状态,单键由σ键构成,双键由1个σ键和1个π键构成,1 mol 中含有的σ键数目为13 mol。

(2)NH3与PH3中心原子均采取sp3杂化,N元素的电负性比P元素的大,使NH3中共用电子对更偏向N原子,共用电子对之间排斥更大,键角更大,则键角:PH3<NH3。

(3)Co为27号元素,基态原子核外电子排布式为[Ar]3d74s2;锰元素位于第四周期第ⅦB族,其基态原子的价电子排布式为3d54s2,则其基态Mn2+的价电子排布式:3d5;V中心原子V原子的价层电子对数=4+=4,且不含孤电子对,为正四面体形。

14.答案 (1)V形　sp3　(2)ABD　C　(3)sp3　(4)sp3　H3O+中O原子只有1个孤电子对,H2O中O原子有2个孤电子对,前者σ键电子对与孤电子对的排斥力较小,因而键角大

解析 (1)中一个I原子为中心原子,其价层电子对数=2+=4,则中心原子采取sp3杂化,的空间结构为V形。

(2)N中N原子的价层电子对数=4+=4,采取sp3杂化,空间结构为正四面体形;H3O+中O原子的价层电子对数=3+=4,采取sp3杂化,空间结构为三角锥形;两离子中均只含极性共价键,共价键类型相同。

(3)硫原子形成2个S—S,还有2个孤电子对,杂化方式为sp3。

(4)H2O和H3O+中的氧原子均采取sp3杂化,其键角的差异是由σ键电子对与孤电子对的斥力差异所造成的。

15.答案 (1)sp2、sp3　sp2

(2)NA　NA

(3)①H—O的键能大于H—N的键能　②V形、三角锥形、直线形　sp3、sp3、sp

解析 (1)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,属于sp3杂化;剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键,孤电子对数为1,是sp2杂化;羰基碳原子形成2个单键和1个双键,为sp2杂化。

(2)由于σ键比π键更稳定,根据反应方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的NC中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H。

(3)①O、N属于同周期元素,O的非金属性大于N,H—O的键能大于H—N的键能,所以H2O分子比NH3分子稳定。②H2O分子中O原子的价层电子对数=2+=4,孤电子对数为2,所以为V形结构,O原子采用sp3杂化;NH3分子中N原子的价层电子对数=3+=4,孤电子对数为1,所以为三角锥形结构,N原子采用sp3杂化;CO2分子中C原子的价层电子对数=2+=2,不含孤电子对,所以是直线形结构,C原子采用sp杂化。