人教版 (2019)第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构第二课时课堂检测

第二课时　杂化轨道理论

课后篇素养形成

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杂化轨道由孤对电子占据

答案D

解析甲烷中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.(双选)下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是 (　　)

A.C6H6 B.CO2

C.SO3 D.NH3

答案AC

解析苯分子中的碳原子采取sp2杂化,A项正确;CO2分子中的碳原子采取sp杂化,B项错误;三氧化硫分子中的S原子采取sp2杂化,C项正确;NH3分子中的氮原子采取sp3杂化,D项错误。

3.在BrCHCHBr分子中,C—Br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取sp2杂化,溴原子的价层电子排布式为4s24p5,4p轨道上的一个未成对电子与碳原子的一个sp2杂化轨道上的一个电子成键。

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°

答案C

解析由于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原子有一对孤电子对,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.下列关于N、NH3、N三种微粒的说法不正确的是(　　)

A.三种微粒所含有的电子数相等

B.三种微粒中氮原子的杂化方式相同

C.三种微粒的空间结构相同

D.键角大小关系:N>NH3>N

答案C

解析N、NH3、N含有的电子数均为10,A正确;N、NH3、N三种微粒中氮原子的杂化方式均为sp3杂化,B正确;N空间结构为正四面体形,NH3为三角锥形,N为V形,C错误;N、NH3、N三种微粒的键角大小关系为N>NH3>N,D正确。

6.(1)指出下列中心原子的杂化轨道类型。

①CO2　　　　。 

②SiF4　　　　。 

③BCl3　　　　。 

④NF3　　　　。 

⑤N　　　　。 

⑥N2H4　　　　。 

(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　　　　　　　　。 

答案(1)①sp　②sp3　③sp2　④sp3　⑤sp2　⑥sp3

(2)直线形　V形　三角锥形　正四面体形

解析(1)①CO2:C以2个sp杂化轨道分别与2个O形成σ键,C上另两个未杂化的p轨道分别与两个O上的p轨道形成π键,分子空间结构为直线形。②SiF4:Si以4个sp3杂化轨道分别与4个F形成σ键,分子空间结构为正四面体形。③BCl3:B采取sp2杂化,3个杂化轨道分别与3个Cl形成σ键,分子空间结构为平面三角形。④NF3:N采取sp3杂化,其中1个杂化轨道上有1对孤电子对,不参与成键,另外3个杂化轨道分别与3个F形成σ键,由于1对孤电子对的存在,3个F不可能平分N周围的空间,而是被孤电子对排斥到一侧,形成三角锥形结构。⑤NO2:N采取sp2杂化,其中两个杂化轨道分别与两个O形成σ键,另有1对孤电子对,形成V形结构。⑥N2H4:N采取sp3杂化,4个杂化轨道中的3个分别与1个N和2个H形成3个σ键,每个N上还有1对孤电子对,故不可能为平面结构。

(2)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)。

关键能力提升练

7.(双选)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

答案CD

解析中心原子采取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。

8.下列有关NCl3分子的叙述正确的是(　　)

A.NCl3分子中的N原子采取sp2杂化

B.NCl3分子为平面三角形

C.NCl3分子中Cl—N—Cl键角小于109°28'

D.NCl3分子中含有非极性键

答案C

解析NCl3分子中心原子N原子的杂化轨道数为n=×(5+3)=4,N原子的杂化类型为sp3,其中1个杂化轨道含有1对孤对电子,对成键电子对具有排斥作用,使键角小于109°28',NCl3分子为三角锥形,分子中N—Cl为极性键。

9.下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是 (　　)

答案D

解析A项,SO3分子中硫原子的价层电子对数=3+×(6-3×2)=3,不含孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为平面三角形,错误;B项,SO2分子中硫原子的价层电子对数=2+×(6-2×2)=3,含1对孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为V形,错误;C项,C中碳原子价层电子对数=3+×(4+2-3×2)=3,不含孤电子对,采取sp2杂化,空间结构为平面三角形,错误;D项,乙炔(CH≡CH)分子中每个碳原子均形成2个σ键和2个π键,价层电子对数是2,为sp杂化,空间结构为直线形,正确。

10.(双选)化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式如图所示:,下列说法正确的是(　　)

A.碳、氮原子的杂化类型相同

B.氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化

C.1 mol A分子中所含σ键的数目为11NA

D.编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内

答案BC

解析A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子有1对孤电子对而碳原子没有,故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化,A项错误、B项正确;A分子中有一个碳氧双键,故有12对共用电子对、11个σ键,C项正确;氮原子为sp3杂化,相应的四个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D项错误。

11.已知:①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5,氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。

②PCl5分子中,磷原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道,PCl5分子呈三角双锥形()。

(1)NH3、PCl3和PCl5分子中,所有原子的最外层电子数都是8的是　　　　(填分子式),该分子的形状(空间结构)是　　　　　　　。 

(2)有同学认为,NH5与PCl5类似,氮原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价:　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)经测定,NH5中存在离子键,氮原子最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5的电子式是　　　　　　　　。 

答案(1)PCl3　三角锥形

(2)不对,因为氮原子没有2d轨道

(3)[H]+H]-

解析写出NH3、PCl3和PCl5分子的电子式不难发现,氢原子是2e-稳定,氯原子是8e-稳定,在PCl3中磷原子外围是8e-,PCl5中磷原子外围是10e-,所有原子的最外层电子数都是8的只有PCl3,联想到氨分子的空间结构,PCl3分子的形状(空间结构)是三角锥形。要满足氮原子最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5的电子式必须是[H]+H]-。

12.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　　　　　　,不同之处为　　　(填字母)。 

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　 

　。 

答案(1)V形　sp3　(2)ABD　C　(3)sp3　(4)sp3　H3O+中O原子只有1对孤电子对,H2O中O原子有2对孤电子对,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对孤电子对,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。

学科素养拔高练

13.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　　　　　　　　。 

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。