化学选择性必修2第二节 分子的空间结构第2课时随堂练习题

第2课时　杂化轨道理论简介

课后·训练提升

基础巩固

1.以下有关杂化轨道的说法中错误的是(　　)。

A.第ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道

B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键

C.孤电子对有可能参加杂化

D.s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现

答案B

解析第ⅠA族元素的价层电子排布式为ns1,由于只有1个ns电子,因此不可能形成杂化轨道,A项正确。杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对,B项错误。H2O分子中的氧原子采取sp3杂化,其sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的,所以孤电子对有可能参加杂化,C项正确。由于np能级只有3个原子轨道,所以s轨道和p轨道杂化只有sp3、sp2、sp3种,不可能出现sp4杂化,D项正确。

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B,则BF3和B中B原子的杂化轨道类型分别是(　　)。

A.sp2、sp2 B.sp3、sp3

C.sp2、sp3 D.sp、sp2

答案C

解析BF3中B原子的价层电子对数为3,所以B原子采取sp2杂化;B中B原子的价层电子对数为4,所以B原子采取sp3杂化。

3.已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl,下列说法正确的是(　　)。

A.O发生sp杂化

B.O与H、Cl都形成π键

C.该分子为V形分子

D.该分子的电子式是Cl

答案C

解析中心原子O与H和Cl分别形成了2个σ键,另外还有两个孤电子对,所以O采取的是sp3杂化方式;由于孤电子对的影响,分子的空间结构是V形;单键都是σ键;电子式中应该写出孤电子对。

4.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是(　　)。

A.CO2与SO2 B.CH4与NH3

C.BeCl2与BF3 D.C2H4与C2H2

答案B

解析CO2中C为sp杂化,SO2中S为sp2杂化,A项不合题意。CH4中C为sp3杂化,NH3中N也为sp3杂化,B项符合题意。BeCl2中Be为sp杂化,BF3中B为sp2杂化,C项不合题意。C2H4中C为sp2杂化,C2H2中C为sp杂化,D项不合题意。

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

A.碳原子的杂化类型发生了改变

B.粒子的空间结构发生了改变

C.粒子的稳定性发生了改变

D.粒子中的键角发生了改变

答案A

解析CH4为正四面体形结构,而C为三角锥形结构,空间结构、键角、稳定性均发生改变,但碳原子的杂化类型不变,仍是sp3杂化。

6.在乙烯分子中有5个σ键、1个π键,它们分别是(　　)。

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形成的σ键,C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键

D.C—C之间是sp2形成的σ键,C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键

答案A

解析乙烯中的碳原子采取sp2杂化,有两个杂化轨道分别与氢原子形成σ键,另一个杂化轨道与另一个碳原子的杂化轨道形成σ键,两个碳原子中没有参与杂化的2p轨道形成π键。

7.下列关于N、NH3、N三种粒子的说法不正确的是 (　　)。

A.三种粒子所含有的电子数相等

B.三种粒子中氮原子的杂化方式相同

C.三种粒子的空间结构相同

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项正确。N、NH3、N三种粒子中氮原子的杂化方式均为sp3杂化,B项正确。N的空间结构为正四面体形,NH3的空间结构为三角锥形,N的空间结构为V形,C项错误。N、NH3、N三种粒子的键角大小关系为N>NH3>N,D项正确。

8.下列分子所含原子中,既有sp3杂化,又有sp2杂化的是 (　　)。

A.乙醛()

B.丙烯腈()

C.甲醛()

D.丙炔()

答案A

解析乙醛中甲基上的碳原子采取sp3杂化,醛基中的碳原子采取sp2杂化;丙烯腈中碳碳双键中的两个碳原子均采取sp2杂化,碳氮三键中碳原子采取sp杂化;甲醛中碳原子采取sp2杂化;丙炔中甲基上的碳原子采取sp3杂化,碳碳三键中的两个碳原子均采取sp杂化。

9.下列关于分子中中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构的说法错误的是(　　)。

A.CCl4中C原子采取sp3杂化,为正四面体形

B.H2S分子中,S采取sp2杂化,为直线形

C.CS2中C原子采取sp杂化,为直线形

D.BCl3中B原子采取sp2杂化,为平面三角形

答案B

解析CCl4分子中C原子的价层电子对数是4且不含孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断C原子采取sp3杂化,为正四面体形,A项正确;H2S分子中S原子的价层电子对数是4且含有2个孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断S原子采取sp3杂化,为V形,B项错误;CS2分子中C原子的价层电子对数是2且不含孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断C原子采取sp杂化,为直线形,C项正确;BCl3分子中B原子的价层电子对数是3且不含孤电子对,根据价层电子对互斥模型判断B原子采取sp2杂化,为平面三角形,D项正确。

10.石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(图乙)。

(1)图甲中,1号C与相邻C形成σ键的个数为　。 

(2)图乙中,1号C的杂化方式是　　　　　,该C与相邻C形成的键角　　　(填“>”“<”或“=”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。 

答案(1)3　(2)sp3　<

解析(1)图甲中,1号C与相邻的3个C形成3个σ键。

(2)图乙中,1号C除与3个C形成化学键外,还与羟基氧原子形成化学键,故该C采取sp3杂化。

能力提升

1.关于下表所列四种粒子的各项描述完全正确的选项是 (　　)。

答案C

解析H2F+中F的价层电子对数=2+=4,其中F有2个孤电子对,VSEPR模型为四面体形,中心原子F采用sp3杂化,H2F+的空间结构为V形,A项错误;PCl3中P的价层电子对数=3+=4,其中P有1个孤电子对,VSEPR模型为四面体形,中心原子P采用sp3杂化,PCl3的空间结构为三角锥形,B项错误;N中N的价层电子对数=2+=3,其中N有1个孤电子对,VSEPR模型为平面三角形,中心原子采用sp2杂化,N的空间结构为V形,C项正确;B中B的价层电子对数=4+=4,B无孤电子对,VSEPR模型名称为正四面体形,中心原子采用sp3杂化,B的空间结构为正四面体,D项错误。

2.C、—CH3、C都是重要的有机反应中间体,有关它们的说法正确的是(　　)。

A.碳原子均采取sp2杂化

B.C的空间结构为正四面体形

C.C中的碳原子采取sp2杂化,所有原子共平面

D.C与OH-形成的化合物中含有离子键

答案C

解析A项,C、—CH3、C中的碳原子分别采用sp2杂化、sp3杂化、sp3杂化,A项错误。C中碳原子上的价层电子对数是4且孤电子对数为1,C的空间结构为三角锥形,B项错误。C中碳原子价层电子对数是3且不含孤电子对,所以碳原子采取sp2杂化,为平面三角形,所有原子共平面,C项正确。C与OH-形成的化合物为CH3OH,只含共价键,不含离子键,D项错误。

3.下列说法中正确的是(　　)。

A.NCl3分子呈三角锥形,这是氮原子采取sp2杂化的结果

B.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4个sp3杂化轨道

C.中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形

D.AB3型分子的空间结构必为平面三角形

答案C

解析NCl3分子中氮原子上的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=3+=4,因此NCl3分子中氮原子以sp3杂化,A项错误。sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道混杂起来,形成能量相同、方向不同的4个轨道,B项错误。中心原子采取sp3杂化的分子的空间结构可能为四面体形,如甲烷分子,但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据,则分子的空间结构发生变化,如NH3、PCl3是三角锥形,C项正确,D项错误。

4.化合物M是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式为,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 M分子中所含σ键的数目为10NA(设NA代表阿伏加德罗常数的值)

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B

解析M分子中碳、氮原子各形成了3个σ键,氮原子上均有一个孤电子对,而碳原子没有,故氮原子均是sp3杂化,而碳原子是sp2杂化,A项错误,B项正确。一个M分子中有11个σ键,C项错误。由于氮原子均为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.(1)化合物H3O+[]-中阳离子的空间结构为　　　　,阴离子的中心原子采用　　　　杂化。 

(2)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　　　　。 

(3)S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示,S采用的杂化方式是　　　　。 

(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)三角锥形　sp3

(2)sp3

(3)sp3

(4)sp3　H3O+中氧原子上只有1个孤电子对,H2O中氧原子上有2个孤电子对,前者σ键电子对对孤电子对的排斥力较小,因而键角大

解析(1)阳离子是H3O+,呈三角锥形;阴离子是[]-,硼原子与其他4个原子形成4个σ键,硼原子采用sp3杂化。(2)G是NH3,NH3中氮原子采取sp3杂化。(3)每个硫原子形成2个S—S,每个硫原子上还有2个孤电子对,硫原子采用sp3杂化。(4)H2O和H3O+中氧原子均采取sp3杂化,其键角的差异是由于σ键电子对与孤电子对之间的斥力差异所造成的。

6.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　　　　(填分子式),该分子的空间结构是　　　　。 

(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:　。 

(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　　　　　　。 

答案(1)PCl3　三角锥形

(2)不对,因为N原子没有2d轨道

(3)[H]+H]-

解析(1)写出NH3、PCl3和PCl5分子的电子式不难发现,氢原子最外层是2e-,氯原子最外层是8e-。在PCl3中磷原子最外层是8e-,PCl5中磷原子最外层是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,可知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[H]+H]-。