鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 共价键与分子的空间结构课后测评

分子空间结构的理论分析

(40分钟　70分)

一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)

1.(2021·菏泽高二检测)下列分子价电子对互斥模型与分子空间结构不一致的是 (　　)

A.SO3　　　B.BF3　　　C.NH3　　　D.CH4

【解析】选C。SO3的孤电子对数为(a-xb)=(6-3×2)=0,σ=3,价电子对数=3+0=3;分子价电子对互斥模型:平面三角形;孤电子对数为0,即分子的空间结构为平面三角形,分子价电子对互斥模型与分子空间结构一致,故A错误;BF3的孤电子对数为(a-xb)=(3-3×1)=0,σ=3,价电子对数=3+0=3;分子价电子对互斥模型:平面三角形,孤电子对数为0,去掉孤电子对即为分子的空间结构,为平面三角形,分子价电子对互斥模型与分子空间结构一致,故B错误;NH3的孤电子对数为(a-xb)=(5-3×1)= 1,σ=3,价电子对数=3+1=4;分子价电子对互斥模型:四面体形;孤电子对数为1,去掉孤电子对即为分子的空间结构,为三角锥形,分子价电子对互斥模型与分子空间结构不一致,故C正确;CH4的孤电子对数为(a-xb)=(4-4×1)=0,σ=4,价电子对数=4+0=4;分子价电子对互斥模型:正四面体形,孤电子对数为0,去掉孤电子对即为分子的空间结构,为正四面体形,分子价电子对互斥模型与分子空间结构一致,故D错误。

2.(2020·威海高二检测)下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是 (　　)

①BF3　②CH2CH2　③　④CH≡CH

⑤NH3　⑥CH4

A.①②③   B.①⑤⑥   C.②③④   D.③⑤⑥

【解析】选A。①BF3为平面三角形结构且B—F键夹角为120°,B原子为sp2杂化;②C2H4中C原子采取sp2杂化,且未杂化的2p轨道形成π键;③苯中C原子采取sp2杂化;④乙炔中的C原子采取sp杂化;⑤NH3中N原子采取sp3杂化;⑥CH4中的C原子采取sp3杂化。

3.丙酮是重要的有机合成原料,其结构简式为,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.sp、sp3

【解析】选C。两边的碳原子分别形成4个σ键,应采用sp3杂化,中间的碳原子形成3个σ键,1个π键,应采用sp2杂化。

4.(2021年辽宁适应性测试)短周期元素X、Y、Z、M原子序数依次增大,Z的基态原子2p轨道半充满,M的最高正价与最低负价绝对值之差为4,它们组成的一种分子结构如图。下列说法正确的是              (　　)

A.电负性:X>Y>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】选B。根据Z的基态原子2p轨道半充满,推断Z是氮元素;M的最高正价与最低负价绝对值之差为4,则M是硫元素;根据分子结构图推断X是氢元素;Y是碳元素。电负性N>C,A错误;原子半径C>N>H,B正确;分子结构图中氮是sp3杂化,C错误;碳酸是弱酸,D错误。

5.三氯化砷为腐蚀物品,毒性分级是高毒。据价电子对互斥理论及杂化轨道理论可判断出AsCl3分子的空间构型和中心原子的杂化方式分别为              (　　)

A.直线形、sp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

【解析】选D。AsCl3分子的中心原子含有的孤电子对数是(5-1×3)÷2=1,所以AsCl3分子是三角锥形结构,氮原子采取sp3杂化。

6.(双选)对二氧化硫和二氧化碳的说法中正确的是 (　　)

A.中心原子杂化方式不同,分别是sp2和sp杂化

B.中心原子都采取sp杂化

C.硫原子和碳原子上都没有孤电子对

D.SO2为角形结构,CO2为直线形结构

【解析】选A、D。根据价电子对互斥理论可知,SO2分子中S原子价电子对数为3,孤电子对对数为1,采取sp2杂化,空间构型为角形;CO2分子中C原子价电子对数为2,孤电子对对数为0,采取sp杂化,空间构型为直线形。

7.(2021·龙岩高二检测)用价电子对互斥(VSEPR)理论可以预测许多分子或离子的空间结构,也可推测键角大小,下列判断正确的是              (　　)

A.CS2键角等于120°

B.BeCl2是角形分子

C.COCl2(光气)是平面三角形分子

D.N键角小于109°28'

【解析】选C。CS2中价电子对个数=2+×(4-2×2)=2,为直线形结构,故A错误;BeCl2中价电子对个数=2+×(2-2×1)=2,为直线形结构,故B错误;COCl2中价电子对个数=2+1+×(4-2×1-1×2)=3,无孤电子对,为平面三角形结构,故C正确;N中价电子对个数=4+×(5-1-1×4)=4,无孤电子对,为正四面体形结构,所以N键角等于109°28',故D错误。

8.下列微粒中,中心原子价电子对的空间构型为四面体且微粒空间构型为角形的是 (　　)

A.N   B.PH3   C.H3O+   D.OF2

【解析】选D。A项中,中心原子价电子对数=×(5+4-1)=4,成键电子对数也为4,故离子空间构型为四面体形。B项中,PH3的空间构型为三角锥形。C项中,中心原子价电子对数=×(6+3-1)=4,成键电子对数为3,孤电子对对数为1,离子的空间构型为三角锥形结构。D项中,中心原子价电子对数=×(6+2)=4,空间构型为四面体形,因成键电子对数为2,分子的空间构型为角形。

二、非选择题(本题包括3小题,共30分)

9.(10分)磷不仅在地壳中分布广泛,也存在于动植物体内,是动植物不可缺少的元素之一。请回答下列问题:

(1)次磷酸H3PO2分子中只有一个羟基,只有羟基才能电离。H3PO2与足量烧碱中和的产物的化学式为______________________。 

(2)磷的氢化物(PH3)是一种无色、剧毒、有鱼腥臭味的气体,该分子的空间构型为___________________________。 

(3)磷的含氧酸根有P、P、P,它们的空间构型分别是________、________、______________。 

【解析】(1)H3PO2是一元酸,生成的正盐是NaH2PO2。(2)PH3的结构与NH3类似,为三角锥形。(3)P、P、P中,P的价电子对数均为=4,孤电子对数分别为2、1、0,则P为角形,P为三角锥形,P为正四面体形。

答案:(1)NaH2PO2　(2)三角锥形　(3)角形　三角锥形　正四面体形

10.(10分)(2020·青岛高二检测)臭氧(O3)能吸收有害紫外线,保护人类赖以生存的环境。O3分子的结构如图所示:呈角形,键角为116.5°,三个氧原子以一个氧原子为中心,与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键;中间氧原子提供2个电子,旁边两个氧原子提供一个电子,构成一个特殊的化学键(虚线内部分),分子中三个氧原子均等地享有这4个电子。请回答:

(1)题中非极性共价键是________键,特殊的化学键是________键。 

(2)臭氧与氧气的关系是互为_________________。 

(3)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是________。 

A.H2O   B.CO2   C.SO2    D.BeCl2

(4)分子中某一原子有一对没有跟其他原子共用的电子叫孤电子对。那么,O3分子中有________对孤电子对。 

【解析】(1)由题意可知,中心氧原子以2个σ键和1个π键与周围2个氧原子连接。

(2)O2和O3互为同素异形体。

(3)H2O分子中氧原子采用sp3杂化方式;CO2中碳原子采用sp杂化方式;BeCl2中Be原子采用sp杂化方式;SO2中S元素和O元素为同族元素,所以SO2和O3结构最相似。(4)中心氧原子有一对孤电子对,其余二个氧原子各有二对孤电子对。

答案:(1)σ　π　(2)同素异形体　(3)C　(4)5

11.(10分)1919年,Langmuir提出等电子原理:

原子数相同、价电子总数相同的分子,互称为等电子体。有些等电子体化学键和构型类似。可用以推测某些物质的构型和预测新化合物的合成和结构。

(1)根据上述原理,仅由第2周期非金属主族元素原子构成的共价分子中,互为等电子体的是__________和__________;__________和__________。 

(2)此后,等电子原理又有所发展。例如:由短周期元素原子构成的微粒,只要其原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互称为等电子体,它们也具有相似的结构特征。在短周期元素原子构成的微粒中,与N互为等电子体的分子有________、________。 

(3)SF6的空间构型如图1所示,请再按照图1的表示方法在图2中表示出OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键,S、F间为共价单键。

【解析】(1)仅由第2周期非金属主族元素原子构成的共价分子,即B、C、N、O、F组成的共价分子,其中N2与CO价电子总数均为10,N2O与CO2价电子总数均为16,且原子数相同分别互为等电子体。(2)依题意可知,只要原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,即可互称为等电子体,N为三原子微粒,最外层电子数之和为5+6×2+1=18,SO2、O3也为三原子微粒,各原子最外层电子数之和为6×3=18。(3)OSF4与PCl5互为等电子体,为三角双锥形结构,分子中只含有1个氧原子,结合“已知OSF4分子中O、S间为共价双键,S、F间为共价单键”分析O、S、F原子的空间位置。

答案:(1)N2　CO　N2O　CO2　(2)SO2　O3

(3)

(20分钟　30分)

一、选择题(本题包括2小题,每小题5分,共10分)

12.(2021·临沂高二检测)已知Zn2+的4s轨道和4p轨道可以形成sp3型杂化轨道,那么[ZnCl4]2-的空间构型为              (　　)

A.直线形      B.平面正方形

C.正四面体形    D.正八面体形

【解析】选C。根据杂化轨道理论知,Zn2+的4s轨道和4p轨道形成的sp3杂化轨道为正四面体形,Zn2+再结合4个Cl-形成[ZnCl4]2-,其中Zn2+的孤电子对数为0,所以[ZnCl4]2-的空间构型为正四面体形。

13.(双选)下列说法正确的是 (　　)

A.H2SO4分子中三种原子均以杂化轨道成键

B.N的电子式为,该离子呈正四面体形

C.CH4分子中的4个C—H键都是由氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道重叠形成的

D.CH4分子中碳原子的sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—H键

【解析】选B、D。H2SO4分子中H、O原子没有发生轨道杂化,A项错误;N呈正四面体形,B项正确;CH4分子中碳原子的2s轨道与2p轨道进行杂化形成4个sp3杂化轨道,然后碳原子的sp3杂化轨道与氢原子的1s轨道重叠形成C—H σ键,C项错误,D项正确。

二、非选择题(本题包括2小题,共20分)

14.(10分)A、B、C、D为四种短周期元素,A元素的原子最外层电子排布式为ms1,B元素的原子价电子排布式为ns2np2,C元素位于第2周期且原子中p轨道与s轨道电子总数相等,D元素原子的M电子层的p轨道中有3个未成对电子。

(1)若A为非金属元素,则A与D形成的简单化合物的分子式为________________,中心原子的杂化类型为______________,分子空间构型是_____________。 

(2)若n=2,则B的氢化物B2H4的结构式为____________,B的杂化类型为____________,B2H4分子中含有的键是______________(填“σ键”“π键”或“σ键和π键”)。 

(3)C和氢形成的一种阳离子,含有10个电子,该离子的价电子对互斥模型为______________,离子的空间构型为______________,其离子中心原子的孤电子对数为__________________________________________________。 

【解析】根据已知信息可知,A为第ⅠA族元素,B为第ⅣA族元素,C为O元素,D为P元素。(1)若A为非金属元素,则A为H元素,H与P形成的简单化合物的分子式为PH3,中心原子P的价电子对数为=4,为sp3杂化,分子空间构型为三角锥形。(2)由n=2可确定B为C元素,C2H4的结构式为,C原子的杂化类型为sp2杂化,分子中含有σ键和π键。(3)O与H形成的含有10个电子的阳离子为H3O+,价电子对数为4,该离子的价电子对互斥模型为四面体形,离子的空间构型为三角锥形,中心原子有1个孤电子对。

答案:(1)PH3　sp3杂化　三角锥形

(2)　sp2杂化　σ键和π键

(3)四面体形　三角锥形　1

15.(10分)(2020·潍坊高二检测)伟大的化学家、1954年诺贝尔化学奖得主、著名的化学结构大师、20世纪的科学怪杰鲍林教授谢世后,人们打开他的办公室,发现里面有一块黑板,画得满满的,其中一个结构式如图所示。

老人为什么画这个结构式?它能合成吗?它有什么性质?这是鲍林留给世人的谜题,也许这是永远无法解开的谜,也许有朝一日你就能解开它。不管结果如何,让我们先对这个结构作一番了解:

(1)写出它的分子式______________________________________。  

(2)它的所有原子是否可能处于同一个平面上?

______________(填“可能”或“不可能”)。  

(3)它是否带有电荷?________________________。  

(4)该分子中sp杂化的氮原子有__________个;sp2杂化的氮原子有__________个;sp3杂化的氮原子有__________个。  

(5)为什么人们推测它是炸药?______________。  

(6)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是______________杂化、________杂化。 

【解析】(1)根据有机物分子结构简式的书写规则,不难确定,每个环上除3个氮原子外还有3个碳原子,由此可以确定其分子式;(2)碳原子和氮原子均相当于有3个价电子对,根据价电子对互斥理论,可知它们为平面三角形结构,由此推出由碳原子和氮原子构成的环为平面结构,氧原子有4对电子对,它们的排列方式为四面体结构,故与氧原子连接的氢原子可能在平面内,与环不直接连接的2个氮原子也在平面内;(3)由电子数可以确定,该分子不带电荷;(4)根据氮原子的成键特征和结构(或价电子对互斥理论)可以确定,采用sp2杂化方式的氮原子数为8个,采用sp3杂化方式的氮原子数为2个,无sp杂化方式;(5)物质越稳定,能量越低,反应放出的能量越多;(6)氮和碳的杂化轨道数目都是4,故都是sp3杂化。

答案:(1)C6H2O2N10　(2)可能　(3)否　(4)0　8　2　(5)它分解能放出大量的热生成大量稳定气体——N2　(6)sp3　sp3