高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子的空间结构同步达标检测题

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第二节分子的空间结构
课时2　杂化轨道理论简介
【基础巩固】
1.C中，碳原子的杂化轨道类型和分子空间结构分别是 (　　)
A.sp杂化，平面三角形　B.sp2杂化，平面三角形
C.sp2杂化，三角锥形　D.sp3杂化，三角锥形
解析：在C中，中心原子C原子的价层电子对数为3+×(4+2-2×3)=3，为sp2杂化，由于C原子上没有孤电子对，所以C为平面三角形。
答案：B　
2.下列分子中，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BF3 D.C2H4与C2H2
解析：CO2中碳原子为sp杂化，SO2中硫原子为sp2杂化，A项不正确；CH4中碳原子为sp3杂化，NH3中氮原子为sp3杂化，B项正确；BeCl2中铍原子为sp杂化，BF3中硼原子为sp2杂化，C项不正确；C2H4中碳原子为sp2杂化，C2H2中碳原子为sp杂化，D项不正确。
答案：B　
3.下列有关杂化轨道的说法中不正确的是 (　　)
A.杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变
B.sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°
C.四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
解析：杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。
答案：D　
4.(2022·广东佛山)根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断，下列正确的是 (　　)
选项
分子或
离子
中心原子杂化
方式
价层电子对互
斥模型
分子或离子的
空间结构
A

sp
直线形
直线形
B
HCHO

平面三角形
三角锥形
C


四面体形
平面三角形
D


四面体形
三角锥形
解析：SO2中S原子的价电子对数是2+=3，S原子杂化方式是sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，有1个孤电子对，分子的空间结构是V形， A项错误；HCHO中C原子的价电子对数是=3，C原子杂化方式是sp2，价层电子对互斥模型为平面三角形，无孤电子对，分子的空间结构是平面三角形， B项错误；NCl3中N原子的价电子对数是=4，N原子杂化方式是sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，有1个孤电子对，分子的空间结构是三角锥形， C项错误；H3O+中O原子的价电子对数是=4，O原子杂化方式是sp3，价层电子对互斥模型为四面体形，有1个孤电子对，分子的空间结构是三角锥形， D项正确。
答案：D　
5.(2022·广东惠州)氯元素有多种化合价，可形成Cl-、ClO-、Cl、Cl、Cl等离子。下列说法错误是 (　　)
A.基态Cl原子的价电子数为7
B.孤电子对数：ClCl， B项错误；Cl中氯原子价层电子对数为4，孤电子对数是1，空间结构为三角锥形， C项正确；Cl、Cl、Cl中氯原子价层电子对数均为4，所以这几种粒子中氯原子都采用sp3杂化，D项正确。
答案：B　
6.三氯化磷分子的中心原子以sp3杂化，下列有关叙述中正确的是 (　　)
①3个P—Cl的键长、键角均相等
②空间结构为平面三角形
③空间结构为正四面体形
④空间结构为三角锥形
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
解析：PCl3中P采取sp3杂化，有一个孤电子对，结构类似于NH3分子，3个P—Cl的键长、键角均相等，空间结构为三角锥形。故选B项。
答案：B　
7.下列分子所含碳原子中，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
解析：乙醛中甲基的碳原子采取sp3杂化，醛基中碳原子采取sp2杂化；丙烯腈中碳碳双键的两个碳原子采取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；丙炔中甲基碳原子采取sp3杂化，碳碳三键中两个碳原子采取sp杂化。
答案：A　
8.形成下列分子时，中心原子采用sp3杂化轨道和另一个原子的p轨道成键的是 (　　)
①PF3　　②CF4　　③NH3　　④H2O
A.①②　　B.②③　　C.③④　　D.①④
解析：PF3、CF4、NH3、H2O分子中P原子、C原子、N原子、O原子都采取sp3杂化， NH3和H2O分子中H原子以1s轨道与N或O原子形成σ键，PF3和CF4分子中F原子以2p轨道分别与P和C原子形成σ键。
答案：A　
9.(1)BF3分子的空间结构为　　　　　，NF3分子的空间结构为　　　　　。 
(2)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　　　　　　　(填结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是　　　　　　　　，采取sp3杂化的分子是　　　　　　。试写出一种有机化合物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：　　　　　　　　　　。 
解析：(1)BF3分子中的B原子采取sp2杂化，所以其分子的空间结构为平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3杂化，其中一个杂化轨道中存在一个孤电子对，所以其分子的空间结构为三角锥形。
(2)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化合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。
答案：(1)平面三角形　三角锥形
(2)　CH2CH2、　CH3CH3
(答案合理即可)
10.下图是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题。

甲醛分子的空间填充模型　甲醛分子的球棍模型
(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与C—H间的夹角　　(填“=”“>”或“Z
B.原子半径：Y>Z>X
C.分子中Z原子的杂化方式均为sp2
D.Y、Z、M的最高价氧化物的水化物均为强酸
解析：已知X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期元素，Z的基态原子2p轨道半充满，则Z为N元素，M的最高正价与最低负价绝对值之差为4，则M为S元素，根据题图中共价键数目可推知，X为H元素，Y为C元素。因此，电负性：N>C>H，A项错误；H原子核外有1个电子层，而C、N原子核外均有2个电子层，电子层数越多，半径越大，电子层数相同，核电荷数越大，半径越小，则原子半径：C>N>H，B项正确；分子中N原子均形成共价单键，为sp3杂化，C项错误；C元素的最高价氧化物的水化物为H2CO3，H2CO3为弱酸，D项错误。
答案：B　
15.(2022·广东佛山)能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。
(1)钛铁合金具有吸氢特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应用前景，基态Ti原子核外有　　　　个运动状态不同的电子，在基态Fe2+中，电子占据的能量最高的轨道为　　　　。 
(2)多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)薄膜电池等。镉(Cd)在周期表中位于第五周期，与Zn同族，则Cd的价层电子排布式为　　　，第一电离能：Ga　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)As；H2S分子的VSEPR模型为　。 
(3)三氟化氮(NF3)是一种无色、无臭、无毒且不可燃的气体，在太阳能电池制造中得到广泛应用。NF3的沸点比NH3的沸点更低，原因是 　。 
(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的结构如图所示，分子中碳原子轨道的杂化类型为　　　　；1个C60分子中σ键的数目为　　　　个。 

解析：(1)Ti为22号元素，一个电子就是一种运动状态，因此基态Ti原子核外有22个运动状态不同的电子；Fe为26号元素，其基态原子价层电子排布式为[Ar]3d64s2，其基态Fe2+的价层电子排布式为3d6，电子占据的能量最高的轨道为3d。(2)Zn的价电子排布式为3d104s2，镉Cd在周期表中位于第五周期，与Zn同族，则Cd的价电子排布式为4d105s2；同周期从左到右，第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族大于第ⅢA族，第ⅤA族大于第ⅥA族，因此第一电离能：Ga小于As；H2S分子中心原子价层电子对数为2+(6-1×2)=2+2=4，其VSEPR模型为四面体形。
(4)根据结构分析，分子中每个碳原子形成3个σ键，不含孤电子对，因此碳轨道的杂化类型为sp2；由于分子中每个碳原子形成3个σ键，每个碳原子占有个σ键，则1个C60分子中σ键的数目为×60=90个。
答案：(1)22　3d
(2)4d105s2　小于　四面体形
(3)NH3存在分子间氢键，分子间作用力大，沸点高
(4)sp2　90
【挑战创新】
16. (1)丙烯醇及其化合物可制成甘油、医药、农药、香料等，合成维生素E及天然抗癌药物紫杉醇中都含有关键的丙烯醇结构。丙烯醇的结构简式为CH2CH—CH2OH。请回答下列问题。
①基态镍原子的价层电子排布式为　　　　　　　　。 
②1 mol CH2CH—CH2OH含　　　　　mol σ键，该分子中碳原子的杂化轨道类型为　　　　　　　　　。 
(2)乙炔是有机合成工业的一种原料，工业上曾用CaC2与水反应生成乙炔。
①将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液中生成Cu2C2红棕色沉淀。基态Cu+的核外电子排布式为　。 
②乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈(H2CCH—C≡N)。丙烯腈分子中碳原子杂化轨道类型是　　　　　；分子中处于同一直线上的原子数目最多为　　　。 
解析：(1)①基态Ni原子的价层电子排布式为3d84s2。
②1个CH2CH—CH2OH分子含9个σ键，1 mol CH2CH—CH2OH含9 mol σ键，该分子中前两个碳原子的价层电子对数为3，后一个碳原子的价层电子对数为4，根据价层电子对互斥理论判断碳原子的杂化轨道类型，前两者是 sp2，后一个是sp3。
(2)①铜原子失去4s能级上的一个电子生成Cu+，根据构造原理书写该基态离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
②乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈(H2CCH—C≡N)，丙烯腈分子中前两个碳原子的价层电子对数是3，后一个是2，根据价层电子对互斥模型判断碳原子杂化轨道类型，前两者为sp2，后者为sp；乙烯分子中所有原子共平面，乙炔分子中所有原子共直线，据此判断丙烯腈分子中处于同一直线上的原子数目最多为3。
答案：(1)①3d84s2　②9　sp2、sp3
(2)①1s22s22p63s23p63d10　②sp、sp2　3
17.(2022·广东东莞)磷是人体含量较多的元素之一，磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛。请回答下列问题。
(1)酸性关系：H3PO4　　　　　 (填“>”“”“”“