人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构第3课时一课一练

第二章　第二节　第3课时

A　级·基础达标练

一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)

1．甲烷中的碳原子采用sp3杂化，下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是(　A　)

A．CHCH2CH3

B．*CH2==CHCH3

C．CH2==*CHCH2CH3

D．HC≡*CCH3

解析：CH4中碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化。A项，亚甲基碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化；B、C项，C===C中的不饱和碳原子采用sp2杂化；D项，C≡C中的不饱和碳原子采用sp杂化。

2．BF3是典型的平面三角形分子，它溶于氢氟酸或NaF溶液中都形成BF，则BF3和BF中B原子的杂化轨道类型分别是(　C　)

A．sp2、sp2　　　　　　　　 B．sp3、sp3

C．sp2、sp3　 D．sp、sp2

3．下列分子所含碳原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是(　A　)

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，醛基中的碳原子采取sp2杂化；丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子均采取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；丙炔中甲基的碳原子采取sp3杂化，碳碳三键中两个碳原子均采取sp杂化。

4．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(　B　)

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键为10 mol

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

解析：A分子中碳、氮原子各形成了3个σ键，氮原子有一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项错误；由于氮原子为sp3杂化，故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。

5．下列分子中，各分子的空间构型、中心原子的杂化方式以及孤电子对数均正确的是(　B　)

解析：NH3中心原子的价层电子对数＝3＋(5－3×1)＝4，N原子的杂化方式为sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构型为三角锥形，A项错误；CCl4中心原子的价层电子对数＝4＋(4－4×1)＝4，C原子的杂化方式为sp3，没有孤电子对，分子的立体构型为正四面体，B项正确；H2O中心原子的价层电子对数＝2＋(6－2×1)＝4，O原子的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构型为V形，C项错误；CO中心原子的价层电子对数＝3＋(4＋2－3×2)＝3，C原子的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的立体构型为平面三角形，D项错误。

二、非选择题

6．如图是甲醛分子的模型，根据该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  sp2杂化  ，作出该判断的主要理由是  甲醛分子的空间结构为平面三角形  。

(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是  ②⑤  (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  碳氧双键中存在π键，它对C—H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C===O键，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。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°。

7．已知A、B、C、D四种分子所含原子的数目依次为1、3、6、6，且都含有18个电子，B、C由两种元素的原子组成，且分子中两种原子的个数比均为1∶2。D是假酒中一种有毒的有机物。

(1)构成A分子的原子的元素符号是  Ar  。

(2)已知B分子的键角为105°，判断该分子构型为  V形  ；中心原子杂化类型为  sp3杂化  。

(3)C分子为  N2H4  。

(4)D分子中共有  5  个σ键，  0  个π键。

解析：根据题目所给信息可以判断出A、B、C、D四种分子分别为Ar、H2S、N2H4、CH3OH。H2S中心S原子轨道杂化类型为sp3杂化，且有两个孤电子对，所以H—S—H键角为105°，立体构型为V形。假酒中含有毒的物质为甲醇(CH3OH)，在CH3OH中有5个共价键均为σ键，没有π键。

8．元素X和Y属于同一主族。负二价的元素X和氢形成的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数约为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。

(1)在X和Y两种元素形成的化合物中：

①X的质量分数为50%的化合物的化学式为  SO2  ；该分子的中心原子发生  sp2  杂化，分子构型为  V形  。

②X的质量分数为60%的化合物的化学式为  SO3  ；该分子的中心原子发生  sp2  杂化，分子构型为  平面三角形  。

(2)由元素X、Y和氢三种元素形成的化合物常见的有两种，其水溶液均呈酸性，试分别写出其分子式  H2SO3  、  H2SO4  ，两种酸的阴离子分别为  SO  和  SO  ，其立体构型分别为  三角锥形  和  正四面体形  。

(3)在由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是  H2O2  (写分子式)，分子构型为V形的是  H2O  (写分子式)。

解析：根据氢化物化学式H2X，知×100%≈88.9%。可推知X的相对原子质量为16，则X为O，Y为S，则其氧化物分别为SO2、SO3，形成的酸分别为H2SO3和H2SO4，对应的酸根阴离子分别为SO和SO。对于各种微粒的空间构型如SO2、SO3、SO和SO，可依据步骤依次判断如下：

氧元素与氢元素形成的化合物可能为H2O或H2O2，其中H2O分子为V形，H2O2分子中存在非极性键“—O—O—”。

9．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，P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个的是  PCl3  (填分子式)，该分子的空间结构是  三角锥形  。

(2)有同学认为，NH5与PCl5类似，N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：  不对，因为N原子没有2d轨道  。

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

解析：(1)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个的只有PCl3；联想到氨分子的空间结构，PCl3分子的空间结构是三角锥形。(3)要满足N原子的最外层电子数是8，所有氢原子的最外层电子数都是2，则NH5的电子式应是。

B　级·能力提升练

一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)

1．白磷是一种能自燃的单质，其分子的球棍模型如图所示：，下列叙述错误的是(　A　)

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 mol白磷中共含6 mol非极性键

D．白磷的分子构型为正四面体形

解析：由白磷分子的球棍模型图可知，每个磷原子均形成了3个σ键，且每个磷原子还有一对孤电子对，故价层电子对数为4，磷原子为sp3杂化，A项错误，B项正确；由图可知C、D项正确。

2．甲烷分子(CH4)失去一个H＋，形成甲基阴离子(CH)，在这个过程中，下列描述不合理的是(　A　)

A．碳原子的杂化类型发生了改变

B．微粒的形状发生了改变

C．微粒的稳定性发生了改变

D．微粒中的键角发生了改变

解析：CH4为正四面体结构，而CH为三角锥形结构，形状、键角、稳定性均发生改变，但杂化类型不变，仍是sp3杂化。

3．已知以下反应中的四种物质由三种元素组成，其中a的分子立体构型为正四面体形，组成a物质的两种元素的原子序数之和小于10，组成b物质的元素为第三周期元素。下列判断正确的是(　B　)

A．四种分子中的化学键均是极性键

B．a、c分子中中心原子均采用sp3杂化

C．四种分子中既有σ键，又有π键

D．b、d分子中共价键的键能：b>d

解析：由题意，可知a为甲烷、b为氯气，c为一氯甲烷、d为氯化氢，b是氯与氯形成的非极性共价键，故A项错误；甲烷中碳与氢形成4个碳氢σ键、一氯甲烷分子中形成三个碳氢σ键和一个碳氯σ键，中心原子均为sp3杂化，故B项正确；四种分子中只存在σ键而没有π键，故C项错误；氯的原子半径大于氢原子半径，所以氯气分子中的氯氯键的键能小于氯化氢分子中的氢氯键的键能，故D项错误。

4．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子构型为平面三角形，则其阳离子的构型和阳离子中氮的杂化方式为(　D　)

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

解析：氮的最高价氧化物为N2O5，由两种离子构成，其中阴离子构型为平面正三角形，化学式应为NO，则其阳离子的化学式为NO，其中心N原子价电子对数为2＋(5－1－2×2)＝2，所以其中的氮原子按sp方式杂化，阳离子的构型为直线型，故合理选项是D。

5．如图所示，在乙烯分子中有5个σ键和一个π键，它们分别是(　A　)

A．sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键

B．sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键

C．C—H之间是sp2形成σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成π键

D．C—C之间是sp2形成σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成π键

解析：在乙烯分子中碳原子与相连的氢原子、碳原子形成平面三角形，所以乙烯分子中每个碳原子均采取sp2杂化，其中杂化轨道形成5个σ键，未杂化的2p轨道形成π键。

二、非选择题

6．原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。

请回答下列问题：

(1)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  CH≡CH  (写结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是　CH2===CH2、　，采取sp3杂化的分子是  CH3CH3  。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：

　(其他合理答案均可)　。

(2)已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O，请分析可能的原因是  CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子中O原子上有2对孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥作用较大，故键角减小  。

(3)由于电荷的作用，阴、阳离子形成化合物时离子的电子云会发生变化，使离子键逐渐向共价键过渡。阳离子所带电荷数越多，阴离子半径越大时，电子云变化越大，导致所形成的化合物在水中的溶解度越小。由此可知，四种卤化银(AgF、AgCl、AgBr和AgI)在水中的溶解度由大到小的顺序为  AgF>AgCl>AgBr>AgI  。

解析：(1)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。

(2)H2O、NH3、CH4分子中的O、N、C均采取sp3杂化，而O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用最大，键角最小；N原子上有1对孤电子对，对成键电子对的排斥作用使键角缩小，但比水分子的键角要大；C原子上无孤电子对，键角最大。

7．按要求回答下列问题：

(1)CH3COOH中C原子的杂化轨道类型为  sp3、sp2  。

(2)醛基中碳原子的杂化轨道类型是  sp2  。

(3)化合物中阳离子的立体构型为  三角锥形  ，阴离子的中心原子轨道采用  sp3  杂化。

(4)X的单质与氢气可化合生成气体G，其水溶液pH>7。G分子中X原子的杂化轨道类型是  sp3  。

(5)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  sp3  。

(6)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采用  sp3  杂化。H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为  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)CH3COOH分子中，—CH3和—COOH上的碳原子的杂化轨道类型分别是sp3和sp2。

(2) 上的碳原子形成3个σ键和1个π键，是sp2杂化。

(4)G是NH3分子，N原子采取sp3杂化。

(5)硫原子形成2个S—S键，还有2对孤电子对，杂化方式为sp3。

(6)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。