人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构精品课时训练

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第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构课时精讲10 杂化轨道理论【目标导航】1．了解杂化轨道理论的基本内容。2．会用杂化轨道理论判断分子的空间构型，对分子的空间构型进行解释和预测。【知识导图】一、轨道杂化和杂化轨道1．轨道杂化2．甲烷中碳原子的杂化类型二、三种杂化轨道比较三、判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法1．根据杂化轨道的空间分布构型判断(1)若杂化轨道在空间的分布为正四面体形，则分子的中心原子发生_____杂化。(2)若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生_____杂化。(3)若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生______杂化。2．根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则分子的中心原子发生______杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生______杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生______杂化。四、中心原子杂化类型的判断杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子，所以有公式：杂化轨道数＝中心原子的孤电子的对数＋中心原子的σ键个数。五、中心原子杂化类型和分子构型的相互判断中心原子的杂化类型和分子构型有关，二者之间可以相互判断。六、分子空间构型的确定【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。1．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化( )2．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键3．杂化轨道中不一定有电子(　　)4．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对(　　) 5．分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构(　　) 6．NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化(　　) 7．只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化(　　) 8．中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形(　　) 9．PCl3分子是三角锥形，这是因为P原子是以sp2杂化的结果(　　) 10．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个sp3杂化轨道(　　) 11．凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是(正)四面体(　　) 12．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构(　　) 13．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对(　　) 14．NH3和CH4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键(　　) 16．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对(　　)17．NH3和CH4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键(　　)18．中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是四面体形(　　)19．CH4中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混杂而形成的(　　)20．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混杂形成的一组能量相同的新轨道(　　)21．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采取sp3杂化轨道成键(　　)22．SO2中硫原子采取sp2杂化，则CO2中碳原子也采取sp2杂化(　　)23．AlCl3中Al原子是sp2杂化，则Al2Cl6中Al原子也是sp2杂化(　　)24．丙烯腈分子中，碳原子的杂化方式有sp3、sp2(　　)25．中硼原子的杂化类型与苯中碳原子的杂化类型相同26．H2O和PO43-中心原子均为sp3杂化，前者空间结构为形，后者为正四面体形(　　)考点一 杂化轨道理论【例1】下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　)A．CO2和SO2 B．CH4与NH3C．BeCl2与BF3 D．C2H4与C2H2(C2H2的结构简式为CH≡CH)【答案】B【解析】CO2分子中，C原子为sp杂化，SO2分子中的S原子为sp2杂化；CH4分子中C原子为sp3杂化，NH3分子中N原子也为sp3杂化；BeCl2分子中Be原子为sp杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化；C2H2分子中C原子为sp杂化，而C2H4分子中C原子为sp2杂化。【例2】对乙烯分子中的化学键分析正确的是(　　)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杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键D．C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未能参加杂化的2p轨道形成的π键【答案】A【解析】乙烯分子中存在4个C—H键和1个C===C键，C原子上孤电子对数为0，σ键电子对数为3，则C原子采取sp2杂化，C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，还有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键。【解题技法】【对点训练1】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、能量最低原则D．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5°2．在中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是(　　)A．sp2　sp2 B．sp3　sp3 C．sp2　sp3 D．sp1　sp3考点二 杂化轨道理论与分子空间构型的关系【例3】下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 (　　)【答案】D【解析】NH2-中N原子采取sp3杂化，且孤电子对数为2，离子的空间结构为V形，A项错误；SO2中S原子的价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=2+12×(6-2×2)=3，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，孤电子对数为1，分子的空间结构为V形，B项错误； CO32-中C原子的价层电子对数=3+12×(4+2-3×2)=3，不含孤电子对，杂化轨道数为3，采取sp2杂化，离子空间结构为平面三角形，C项错误；C2H2中C原子采取sp杂化，且C原子的价电子均参与成键，所以分子的空间结构为直线形，D项正确。【例4】下列分子中，杂化类型相同，空间结构也相同的是( )A．BeCl2、CO2 B．H2O、NH3 C．NH3、HCHO D．H2O、SO2【答案】A【解析】A项，氯化铍分子中铍原子的价层电子对数2、孤对电子对数为0，铍原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形，二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数2、孤对电子对数为0，碳原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形，则两者的杂化类型相同，空间结构也相同，故A正确；B项，水分子中氧原子的价层电子对数4、孤对电子对数为2，分子的空间结构为V形，氨分子中氮原子的价层电子对数4、孤对电子对数为1，分子的空间结构为三角锥形，两者的空间结构比同，故B错误；C项，氨分子中氮原子的价层电子对数4，氮原子的杂化方式为sp3杂化，甲醛分子中双键碳原子的杂化方式为sp2杂化，两者的杂化方式不同，故C错误；D项，水分子中氧原子的价层电子对数4，氧原子的杂化方式为sp3杂化，二氧化硫分子中硫原子的杂化方式为sp2杂化，两者的杂化方式不同，故D错误；故选A。【解题技法】【对点训练2】3．下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是　 (　　)4．下列粒子空间构型和中心原子杂化方式都正确的是( )A．CH2Cl2、正四面体、sp3 B．H2O、V形、sp2C．BCl3、平面三角形、sp2 D．、三角锥形、sp31．下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是(　　)A．由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成B．共有3个能量相同的杂化轨道C．每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一D．sp2杂化轨道最多可形成2个σ键2．在BrCH==CHBr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－p3．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是(　　)①BF3　②CH2==CH2　③　④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4A．①②③ B．①⑤⑥C．②③④ D．③⑤⑥4．乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是(　　)A．sp1杂化 B．sp2杂化 C．sp3杂化 D．无法确定5．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　)A．CS2与C6H6 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H46．根据价电子对互斥理论及杂化轨道理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式为(　　)A．直线形，sp1杂化 B．三角形，sp2杂化C．三角锥形，sp2杂化 D．三角锥形，sp3杂化7．氨气分子的空间结构是三角锥形，而甲烷分子的空间结构是正四面体形，这是因为 (　　)A．两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NH3中N原子为sp2杂化，而CH4中C原子是sp3杂化B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道C．NH3分子中中心原子上有一对未成键的孤电子对，它对成键电子对的排斥作用较强D．氨气是四原子化合物，甲烷为五原子化合物8．CHeq \o\al(＋,3)、—CH3、CHeq \o\al(－,3)都是重要的有机反应中间体，有关它们的说法正确的是(　　)A．它们互为等电子体，碳原子均采取sp2杂化B．CHeq \o\al(－,3)与NH3、H3O＋互为等电子体，中心原子均为sp3杂化，几何构型均为正四面体形C．CHeq \o\al(＋,3)中的碳原子采取sp2杂化，所有原子共平面D．CHeq \o\al(＋,3)中的碳原子采取sp3杂化，所有原子均共面9．下列说法正确的是( )A．某化合物M的结构式如图，则碳、氮原子的杂化方式相同B．上述化合物M中，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C．I3+的立体构型为V形，中心原子的杂化方式为sp3D．S8分子中S原子的采取的轨道杂化方式为sp10．(1)对于CH4、NH3、H2O三分子，中心原子都采用________杂化，键角由大到小顺序是________。(2)对于H2O、BeCl2、BF3、C2H2、C2H4、CH4、C6H6、NH3、CO2等分子，中心原子采用sp1杂化的：________，sp2杂化的：________，sp3杂化的：________。11．根据理论预测下列分子或离子的空间构型。杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1个s和1个p1个s和2个p1个s和3个p杂化轨道数________________________杂化轨道间夹角________________________空间指向直线正三角形三个顶点正四面体四个顶点代表物杂化轨道数中心原子杂化轨道类型CO20＋2＝2______CH2O0＋3＝3______CH40＋4＝4______SO21＋2＝3______NH31＋3＝4______H2O2＋2＝4______分子组成(A为中心原子)中心原子的弧电子对数中心原子的杂化方式分子空间构型示例AB20sp______形BeCl21sp2______形SO22sp3______形H2OAB30sp2______形BF31sp3______形NH3AB40sp3______形CH4轨道杂化类型电子对的空间构型成键电子对数孤对电子数电子对的排列方式分子的空间构型实例sp1直线型20______形HC≡CH BeCl2 CO2sp2平面三角形30______形BF3 BCl321______形SnBr2 PbCl2sp3四面体40______形CH4 CCl431______形NH3 NF322______形H2O杂化轨道只用于形成σ键(以sp3杂化形成的都是σ键)或用来容纳孤电子对，如乙烯和二氧化碳中碳原子分别采取sp2、sp杂化，则杂化过程中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。对杂化过程的理解：杂化轨道类型的判断技巧：利用中心原子的孤电子对数与相连的其他原子个数之和判断。若之和为2，则中心原子为sp杂化；若之和为3，则中心原子为sp2杂化；若之和为4，则中心原子为sp3杂化。例如：NH3中N原子有1对孤电子对，另外与3个氢原子成键，所以之和为1＋3＝4，为sp3杂化，理论构型为正四面体形，由于N原子有1对孤电子对，实际构型为三角锥形。再如CO2中C原子没有孤电子对，与2个氧原子成键，所以和为0＋2＝2，为sp杂化。选项粒子空间结构解释A氨基负离子(NH2-)直线形N原子采取sp杂化B二氧化硫(SO2)V形S原子采取sp3杂化C碳酸根离子(CO32-)三角锥形C原子采取sp3杂化D乙炔(C2H2)直线形C原子采取sp杂化且C原子的价电子均参与成键选项粒子空间结构杂化方式ASO3平面三角形S原子采取sp杂化BSO2V形S原子采取sp3杂化CCO32-三角锥形C原子采取sp2杂化DC2H2直线形C原子采取sp杂化CO2COeq \o\al(2－,3)POeq \o\al(3－,4)SOeq \o\al(2－,4)杂化类型空间构型键角