高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构一课一练

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构一课一练，共10页。

(一)基础巩固
1.CO32-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CO32-中,中心原子碳原子的价层电子对数为3+12×(4+2-2×3)=3,为sp2杂化,由于碳原子上没有孤电子对,所以CO32-为平面三角形。
答案：B
2.(2022·河南实验中学高二期末)下列图形表示sp2 杂化轨道的电子云轮廓图的是 ( )
A. B.
C. D.
解析：A项,该杂化轨道的空间结构为直线形,夹角为180°,共有2个杂化轨道,为sp杂化,错误;B项,不是杂化轨道,错误;C项,该杂化轨道的空间结构为正四面体形,共有4个杂化轨道,为sp3杂化,错误;D项,该杂化轨道的空间结构为平面三角形,夹角为120° ,共有3个杂化轨道,为sp2杂化,正确。
答案：D
3.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
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 ( )
解析：SO2中硫原子的价电子对数是2+6-2×22=3,硫原子杂化方式是sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,有1个孤电子对,分子的空间结构为V形, A项错误;HCHO中碳原子的价电子对数是4+22=3,碳原子杂化方式是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中氮原子的价电子对数是5+32=4,氮原子杂化方式是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+中氧原子的价电子对数是6+3-12=4,氧原子杂化方式是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-、ClO-2、ClO-3、ClO-4等离子。下列说法错误是 ( )
A.基态氯原子的价电子数为7
B.孤电子对数: ClO-2< ClO-3< ClO-4
C. ClO-3的空间结构为三角锥形
D. ClO-2、ClO-3、ClO-4中Cl的杂化方式相同
解析：基态氯原子的价电子排布式3s23p5,价电子数为7, A项正确;ClO-2中氯原子价层电子对数为2+7+1-2×22=4,孤电子对数是2,ClO-3中氯原子价层电子对数为3+7+1-3×22=4,孤电子对数是1,ClO-4中氯原子价层电子对数为4+7+1-4×22=4,孤电子对数是0,则孤电子对数:ClO-2>ClO-3>ClO-4, B项错误;ClO-3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;ClO-2、ClO-3、ClO-4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.白磷是一种能自燃的单质,其分子的空间结构模型如图所示。 下列叙述错误的是 ( )
A.每个磷原子形成3个σ键,磷原子为sp2杂化
B.每个磷原子的价层电子对数为4,磷原子均为sp3杂化
C.1 ml白磷中共含6 ml非极性键
D.白磷分子的空间结构为正四面体形
解析：由白磷分子的空间结构模型可知,每个磷原子均形成了3个σ键,又因每个磷原子还有一个孤电子对,故价层电子对数为4,磷原子为sp3杂化,A项错误,B项正确;由题图可知,C、D项正确。
答案：A
8.(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分子中的硼原子采取sp2杂化,所以其分子的空间结构为平面三角形;NF3分子中的氮原子采取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,乙烯分子、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)
(二)拓展提高
9.(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为氮元素,M的最高正价与最低负价绝对值之差为4,则M为硫元素,根据题图中共价键数目可推知,X为氢元素,Y为碳元素。因此,电负性:N>C>H,A项错误;氢原子核外有1个电子层,而碳、氮原子核外均有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;分子中氮原子均形成共价单键,为sp3杂化,C项错误;碳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
10.(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 。
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的价层电子排布式为3d104s2,镉(Cd)在周期表中位于第五周期,与Zn同族,则Cd的价层电子排布式为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
(三)挑战创新
11.(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。
电负性:P (填“>”“<” 或“=”)S。
②P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为 。
③1 ml 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,BF4-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:P(3)在BF3分子中,中心原子硼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°;BF4-中,中心原子硼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
SO2
sp
直线形
直线形
B
HCHO
sp2
平面三角形
三角锥形
C
NCl3
sp2
四面体形
平面三角形
D
H3O+
sp3
四面体形
三角锥形