高中第2节 共价键与分子的空间结构第1课时课时训练

第1课时　杂化轨道理论

课后篇素养形成

必备知识基础练

1.下列有关杂化轨道的说法不正确的是(　　)

A.原子中能量相近的某些轨道,在成键时能重新组合成能量相等的新轨道

B.轨道数目杂化前后可以相等,也可以不等

C.杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理

D.杂化轨道不能形成π键

答案B

解析原子轨道形成杂化轨道前后,轨道数目不变,用于形成杂化轨道的原子轨道的能量相近,并满足最大重叠程度。

2.(2020山东潍坊一中高二检测)下列关于杂化轨道的叙述正确的是(　　)

A.杂化轨道都用于形成共价键

B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对

C.NH3中N原子的sp3杂化轨道是由氮原子的三个p轨道与氢原子的s轨道杂化而成的

D.在乙烯分子中1个碳原子的三个sp2杂化轨道与三个氢原子的s轨道重叠形成三个C—H σ键

答案B

解析杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对,故B正确,A错误;NH3中氮原子的sp3杂化轨道是由氮原子的一个s轨道和三个p轨道杂化而成的,C不正确;在乙烯分子中,一个碳原子的三个sp2杂化轨道中的两个sp2杂化轨道与两个氢原子的s轨道重叠形成两个C—Hσ键,剩下的一个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成一个C—Cσ键,D不正确。

3.中心原子采取sp杂化的分子是(　　)

A.NH3 B.BeCl2

C.PCl3 D.H2O

答案B

解析NH3分子中氮原子采用sp3杂化;PCl3可类比NH3,磷原子采用sp3杂化;H2O分子中氧原子采用sp3杂化。

4.用鲍林的杂化轨道理论解释甲烷分子的正四面体结构,下列说法不正确的是(　　)

A.碳原子的四个杂化轨道的能量一样

B.碳原子的sp3杂化轨道之间夹角一样

C.碳原子的四个价电子分别占据四个sp3杂化轨道

D.碳原子有一个sp3杂化轨道由孤电子对占据

答案D

解析甲烷分子中碳原子采取sp3杂化,四个等同的杂化轨道分别与四个氢原子的s轨道重叠,形成正四面体形的分子。

5.下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较,得出结论正确的是(　　)

A.sp杂化轨道的夹角最大

B.sp2杂化轨道的夹角最大

C.sp3杂化轨道的夹角最大

D.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等

答案A

解析sp杂化轨道的夹角为180°,故最大。

6.下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是(　　)

A.C2H2 B.CS2 C.HCHO D.C3H8

答案C

解析乙炔是直线形分子,碳原子采取sp杂化形成两个sp杂化轨道,碳原子上的另两个p轨道未参与杂化,而是与另一个碳原子同样的轨道形成两个π键;CS2类似于CO2,是直线形分子,其中碳原子也采取sp杂化;HCHO是三角形分子,碳原子采取sp2杂化;C3H8是烷烃,类似于CH4,碳原子采取sp3杂化。

7.(2020山东德州一中高二检测)在BrCHCHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是(　　)

A.sp-p B.sp2-s

C.sp2-p D.sp3-p

答案C

解析分子中的两个碳原子都是采用sp2杂化,溴原子的价电子排布式为4s24p5,4p轨道上有一个单电子,与碳原子的一个sp2杂化轨道成键。

8.乙烯分子中含有四个C—H键和一个CC键,6个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正确的是(　　)

①每个碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成两个sp杂化轨道　②每个碳原子的2s轨道与两个2p轨道杂化,形成三个sp2杂化轨道　③每个碳原子的2s轨道与三个2p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道　④每个碳原子的三个价电子占据三个杂化轨道,一个价电子占据一个2p轨道

A.①③ B.②④

C.①④ D.②③

答案B

解析乙烯分子中每个碳原子与另一个碳原子和两个氢原子成键,必须形成三个σ键,六个原子在同一平面上,则键角为120°,为sp2杂化,形成三个sp2杂化轨道,一个价电子占据一个2p轨道,两个碳原子成键时形成一个π键。

9.ClO-、Cl、Cl、Cl中,中心原子氯原子都是以sp3杂化轨道方式与氧原子成键,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　　　　　　　　。 

答案直线形　角形　三角锥形　正四面体形

解析ClO-的组成决定其空间结构为直线形。其他3种离子的中心原子的杂化方式都为sp3杂化,那么从离子的组成上看其空间结构依次类似于H2O、NH3、CH4(或N),分别为角形、三角锥形、正四面体形。

关键能力提升练

10.下列分子中的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BCl3 D.C2H4与C2H2

答案B

解析A选项,CO2中心原子为sp杂化,SO2中心原子为sp2杂化,A不正确;B选项,CH4、NH3中心原子均为sp3杂化,B正确;C选项,BeCl2中心原子为sp杂化,BCl3中心原子为sp2杂化,C不正确;D选项,C2H2中心原子为sp杂化,C2H4中心原子为sp2杂化,D不正确。

11.下列推断正确的是(　　)

A.BF3为三角锥形分子

B.N的电子式为[HH]+,离子为平面正方形结构

C.CH4分子中的四个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s-p σ键

D.CH4分子中的碳原子以四个sp3杂化轨道分别与四个氢原子的1s轨道重叠,形成四个C—H σ键

答案D

解析BF3为三角形,N为正四面体形,CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道,然后与氢的1s轨道重叠,形成四个C—Hσ键。

12.下列关于苯分子结构或性质的描述错误的是(　　)

A.苯分子呈平面正六边形,六个碳碳键完全相同,键角皆为120°

B.苯分子中的碳原子采取sp2杂化,六个碳原子中未参与杂化的2p轨道以“肩与肩”形式形成一个大π键

C.苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键

D.苯能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色

答案D

解析苯分子中的碳原子采取sp2杂化,六个碳碳键完全相同,呈平面正六边形结构,键角皆为120°;在苯分子中有一个大π键,因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构,也就不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。

13.(双选)下列有关苯分子中的化学键描述正确的是 (　　)

A.每个碳原子的一个sp2杂化轨道参与形成大π键

B.每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大π键

C.碳原子的三个sp2杂化轨道与其他两个碳原子形成两个σ键,与一个H原子1s电子配对形成一个σ键

D.碳原子未参加杂化的2p轨道与其他碳原子的2p轨道形成σ键

答案BC

解析杂化轨道只能形成σ键,而不能形成π键。每个碳原子的两个sp2杂化轨道上的电子分别与相邻的两个碳原子的sp2杂化轨道上的电子配对形成σ键;每个碳原子的另一个sp2杂化轨道上的电子分别与一个氢原子的1s电子配对形成σ键;未参与杂化的2p轨道形成大π键。

14.有关甲醛分子的说法正确的是(　　)

①碳原子采取sp杂化　②甲醛分子为三角锥形结构

③碳原子采取sp2杂化　④甲醛分子为三角形结构

A.①② B.②③

C.③④ D.①④

答案C

解析甲醛分子(CH2O)中的碳原子采取的是sp2杂化,三个杂化轨道呈三角形,其中两个sp2杂化轨道分别与一个氢原子的s轨道形成C—Hσ键,另一个sp2杂化轨道与氧原子的p轨道形成一个σ键,碳原子中未用于杂化的一个p轨道与氧原子的p轨道形成一个π键。

15.下列分子中中心原子的杂化方式为sp杂化,分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是(　　)

A.C2H2 B.CO2

C.BeCl2 D.BF3

答案C

解析C2H2的结构简式为CH≡CH,分子中含有三键,所以有π键,碳原子采用sp杂化,分子的空间结构为直线形,不符合题意,故不选A;CO2的结构式为OCO,分子中含有π键,碳原子采用sp杂化,分子的空间结构都为直线形,不符合题意,故不选B;BeCl2分子中,铍原子形成两个共价单键,不含孤电子对,中心原子以sp杂化轨道成键,分子的空间结构为直线形,分子中不含π键,故选C;BF3为平面结构,中心原子硼原子为sp2杂化,故不选D。

16.已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl,下列有关说法正确的是(　　)

A.氧原子发生sp杂化

B.氧原子与H、Cl都形成σ键

C.该分子为直线形分子

D.该分子电子式是Cl

答案B

解析HClO分子的结构式为H—O—Cl,氧原子应为sp3杂化,形成四个杂化轨道,其中有两对孤电子对分布在两个杂化轨道上,另两个杂化轨道分别与氢原子和氯原子各形成一个σ键。因为氧原子是sp3杂化,所以分子结构为角形,其电子式为,故B项正确。

17.如图是甲醛分子的模型,根据下图和所学化学知识回答下列问题:

(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键与C—H键间的夹角　　　(填“=”“>”或“<”)120°,出现该现象的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)sp2　甲醛分子的空间结构为三角形

(2)②⑤　(3)<　碳氧双键中存在π键,它对C—H键的排斥作用较强

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,甲醛分子为三角形,所以甲醛分子中的碳原子采用sp2杂化。

(2)醛类分子中都含有CO键,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键的排斥作用较强,所以甲醛分子中C—H键与C—H键之间的夹角小于120°。

18.判断下列中心原子的杂化轨道类型(标“·”的原子为中心原子)。

答案①4　sp3　②3　sp2　③4　sp3　④4　sp3

⑤4　sp3

解析杂化轨道数为2时杂化方式为sp,杂化轨道数为3时杂化方式为sp2,杂化轨道数为4时杂化方式为sp3,类比H2O、NH3、CH4等分子中中心原子的杂化类型可得出正确答案。

学科素养拔高练

19.“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌,三鹿奶粉中掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体,请回答下列问题:

(1)写出基态碳原子的电子排布式　。 

(2)氰胺中—C≡N中的氮原子、三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子,这三种氮原子的杂化轨道类型分别是　　　　、　　　　　　、　　　　　　。 

(3)一个三聚氰胺分子中有　　　　个σ键。 

(4)三聚氰胺与三聚氰酸()分子相互之间通过氢键结合,在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中碳原子采取　　　　杂化。该分子的结构简式中,形成双键的两个原子之间的共价键是　　　　　　(填字母)。 

A.两个σ键

B.两个π键

C.一个σ键,一个π键

答案(1)1s22s22p2　(2)sp　sp2　sp3

(3)15　(4)sp2　C

解析(2)—C≡N中的氮原子、三聚氰胺分子中环上的氮原子、—NH2中的氮原子分别形成1、2、3个σ键且均有一对孤电子对,所以分别采取sp、sp2、sp3杂化。

(3)除每个双键中有一个π键外,其余均为σ键,共15个。

(4)由于该分子中碳原子形成双键,则应采取sp2杂化。形成双键的两个原子之间有一个σ键、一个π键。