专题4第一单元　分子的空间结构课时1　分子的空间结构模型(杂化轨道理论) 课后练 （含解析）

专题4 分子空间结构与物质性质
第一单元　分子的空间结构
课时1　分子的空间结构模型(杂化轨道理论)
1. (2021·东台中学质检)在CH3COCH3分子中，羰基(—CO—)碳原子与甲基(—CH3)碳原子成键时所采取的杂化方式分别为(　　)
A. sp2杂化；sp3杂化
B. sp3杂化；sp3杂化
C. sp3杂化；sp2杂化
D. sp2杂化；sp2杂化
A. 甲醛分子中有4个σ键
B. 甲醛分子中的C原子为sp3杂化
C. 甲醛分子中的O原子为sp杂化
D. 甲醛分子为平面三角形，有一个π键垂直于三角形平面
3. 下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　)
①BF3　②CH2===CH2　③
④CH≡CH　⑤NH3　⑥CH4
A. ①②③　 B. ①⑤⑥
C. ②③④　 D. ③⑤⑥
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. C2H2与C2H4
5. 下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是(　　)
A. CH≡CH 　 B. CO2
C. BeCl2　 D. BF3
6. 下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(　　)
①BF3　②OSClCl　③OCHH
④C2H2　⑤N2H4　⑥苯分子
A. ①②③ B. ①③⑥
C. ②③⑤ D. ③④⑥
7. 甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用“*”表示的碳原子的杂化和甲烷中的碳原子杂化状态一致的是(　　)
A. CH≡CH3
B. H2===CHCH3
C. CH2===HCH3
D. CH2===CHH3
8. (2021·莆田质检)CO2的资源化利用是解决温室效应的重要途径。以下是在一定条件下用NH3捕获CO2生成重要化工产品三聚氰酸(如下图所示), 有关三聚氰酸的说法不正确的是(　　)
A. 分子式为C3H3N3O3
B. 分子中只含极性键，不含非极性键
C. 属于共价化合物
D. 该分子中的N原子采用sp杂化、C原子采用sp2杂化
9. (2021·镇江一中期末模拟)氮及其化合物具有广泛应用，如液态肼(N2H4)可作火箭发动机的燃料，反应为2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　 ΔH＝－1 136 kJ·mol－1，下列关于N2H4与N2O4的反应说法正确的是 (　　)
A. 总键能： E总(反应物)＜E总(生成物)
B. N2H4中的氮原子轨道杂化类型为sp2
C. 氧化产物和还原产物的质量比为1∶2
D. 每生成3 mol N2，转移的电子为4 mol
10. (2021·黄冈质检)在乙炔分子中有3个σ键、2个π键，它们分别是(　　)
A. sp杂化轨道形成σ键、未杂化的两个2p轨道形成两个π键，且互相垂直
B. sp杂化轨道形成σ键、未杂化的两个2p轨道形成两个π键，且互相平行
C. C—H之间是sp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sp形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
11. 氨气分子空间结构是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为(　　)
A. 两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化
B. NH3分子中N原子形成3个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道
C. NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
D. 氨气的相对分子质量大于甲烷
12. 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(　　)
A. 碳、氮原子的杂化类型相同
B. 氮原子与碳原子分别为sp2杂化与sp3杂化
C. 1 mol A分子中所含σ键的数目为11NA
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
13. 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。
14. 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________，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键与C—H键间的夹角________(填“＝”“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是______________________________________________________________________。
15. (2021·如皋中学阶段考试 )天门冬氨酸锌是一种补锌剂，可以用天门冬氨酸和锌的化合物为原料制备。
(1) 天门冬氨酸分子中氮原子的轨道杂化类型为________；天门冬氨酸所含σ键和π键的数目之比为________；其所含四种元素电负性由大到小的顺序为________________。
(2) Zn(NO3)2中所含NO的空间结构为______________。
(3) 工业ZnCl2中常混有杂质TiCl4，TiCl4室温下为无色液体，熔、沸点低，易升华，可溶于甲苯和氯代烃等非极性溶剂中，它的晶体类型是________。Ti的核外电子排布式为________________。
(4) ZnO的晶胞结构如图所示，Zn2＋的配位数为________。
16. (2021·全国高考真题)我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：
(1) 太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为________；单晶硅的晶体类型为________。SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为________。SiCl4可发生水解反应，机理如下：
含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________(填标号)。
(2) 1个CO2分子中存在________个σ键和________个π键。
(3) 甲醇的沸点(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH3SH，7.6℃)之间，其原因是_____________________________________________________________。
(4) 我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4＋离子在晶胞中的配位数是________。
专题4　分子空间结构与物质性质
第一单元　分子的空间结构
课时1　分子的空间结构模型(杂化轨道理论)
1. A　解析：在CH3COCH3(丙酮)分子中，羰基碳原子含有3个σ键且不含孤电子对，所以采用sp2杂化，甲基碳原子含有4个σ键且不含孤电子对，所以采用sp3杂化，A正确。
2. D　解析：从结构式看，甲醛分子为平面三角形结构，所以中心原子应为sp2杂化，形成三个杂化轨道，分别与O原子和两个H原子形成σ键，还有一个未参与杂化的p轨道与O原子形成π键，该π键垂直于杂化轨道的平面。O原子不是中心原子，不发生轨道杂化。
3. A　解析：sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。
4. B　解析：CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，A错误；均为sp3杂化，B正确；BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，C错误；C2H2为sp杂化，C2H4为sp2杂化，D错误。
5. C　解析：CH≡CH中含有三键，所以有π键，A不符合题意；CO2的结构式为O===C===O，分子中含有碳氧双键，含有π键，B不符合题意；氯化铍分子中，铍原子含有两个共价单键，不含孤电子对，所以价层电子对数是2，中心原子以sp杂化轨道成键，分子中不含π键，C符合题意；BF3中B原子含有3个共价单键，所以价层电子对数是3，中心原子以sp2杂化轨道成键，D不符合题意。
6. B　解析：①BF3分子中硼原子杂化轨道数为3，所以采取sp2杂化，符合题意；②OSClCl分子中硫原子杂化轨道数为4，所以采取sp3杂化，不符合题意；③OCHH分子中碳原子杂化轨道数为3，所以采取sp2杂化，符合题意；④CH≡CH分子中每个碳原子杂化轨道数为2，所以采取sp杂化，不符合题意；⑤N2H4分子中每个氮原子杂化轨道数为4，所以采取sp3杂化，不符合题意；⑥苯分子中每个碳原子杂化轨道数为3，所以采取sp2杂化，符合题意。
7. D　解析：CH2===CHCH3*中用“*”表示的碳原子形成了四个σ键，与甲烷类似，其杂化类型为sp3杂化。
8. D　解析：由三聚氰酸的结构简式可知，其分子式为C3H3N3O3，A正确；分子中化学键都是不同原子之间形成的共价键，都是极性键，不存在非极性键，B正确；三聚氰酸分子是原子之间通过共价键形成的分子，属于共价化合物，C正确；分子中N原子形成2个σ键，且有1个孤电子对，为sp2杂化，D错误。
9. A　解析：2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)正反应放热，所以总键能： E总(反应物)＜E总(生成物)，A正确； N2H4中N原子杂化轨道数为＝4，氮原子轨道杂化类型为sp3，B错误；N2H4中N元素化合价由－2价升高为0价，N2O4中N元素化合价由＋4价降低为0价，根据得失电子守恒，氧化产物和还原产物的质量比为2∶1，C错误；2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)，N2H4中N元素化合价由－2价升高为0价，每生成3 mol N2，转移8 mol电子，D错误。
10. A　解析：碳原子形成乙炔时，一个2s轨道和一个2p轨道杂化形成两个sp杂化轨道，另外2个2p轨道保持不变。其中一个sp轨道与H原子的1s轨道“头碰头”重叠形成C—H σ键，另外一个sp轨道与另外一个碳原子的sp轨道“头碰头”重叠形成C—C σ键，碳原子剩余的两个p轨道则“肩并肩”重叠形成两个C—C π键，且这两个π键相互垂直，故选A。
11. C　解析：NH3中N原子形成3个σ键，有一对未成键的孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，孤电子对对成键电子的排斥作用较强，N—H之间的键角小于109°28′，所以氨气分子空间结构是三角锥形；CH4分子中C原子采取sp3杂化，杂化轨道全部用于成键，碳原子连接4个相同的原子，C—H之间的键角相等为109°28′，故CH4为正四面体形，A、B、D错误，C正确。
12. C　解析：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、B错误；分子中有一个碳氧双键，故有12对共用电子对、11个σ键，C正确；氮原子为sp3杂化，相应的四个原子形成的是三角锥形结构，不可能共平面，D错误。
13. (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除了与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。
14. (1) sp2　甲醛分子的空间结构为平面三角形
(2) ②⑤
(3) <　碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强
15. (1) sp3　15∶2　O>N>C>H
(2) 平面正三角形
(3) 分子晶体　[Ar]3d24s2　(4) 4
解析：(1) 天门冬氨酸分子中氨基(—NH2)氮原子形成3个σ键，含有1对孤电子对，N原子杂化轨道数目为4，N原子轨道的杂化类型是sp3；天门冬氨酸故分子中含有13个单键，和2个C===O双键，则σ键和π键的数目之比为(13＋2)∶2＝15∶2；同周期元素非金属性越强，电负性越强，则电负性：O>N>C，H原子吸引电子能力小于C，所以电负性小于C，故四种元素电负性由大到小的顺序为O>N>C>H。(2) NO中N原子价层电子对为＝3, 且不含孤电子对，所以是平面正三角形。(3) TiCl4室温下为无色液体，熔、沸点低，它的晶体类型为分子晶体；Ti是22号元素，原子核外电子数为22，其基态原子的电子排布式[Ar]3d24s2。(4) 根据ZnO的晶胞结构图可知，每个Zn2＋连接4个O2－，所以其配位数是4。
16. (1) 3s23p2　共价晶体　sp3　②　(2) 2　2
(3) 甲硫醇不能形成分子间氢键，而水和甲醇均能，且水比甲醇的氢键多
(4) 8
解析：(1) 基态Si原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，因此Si的价电子层的电子排式为3s23p2；晶体硅中Si原子与Si原子之间通过共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构，因此晶体硅为共价晶体；SiCl4中Si原子价层电子对数为4＋＝4，因此Si原子采取sp3杂化；由图可知，SiCl4(H2O)中Si原子的σ键数为5，说明Si原子的杂化轨道数为5，由此可知Si原子的杂化类型为sp3d；(2) CO2的结构式为O===C===O，1个双键中含有1个σ键和1个π键，因此1个CO2分子中含有2个σ键和2个π键；(3) 甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键，因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇，甲醇分子之间氢键的总强度低于水分子之间氢键的总强度，因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间；(4) 以晶胞中右侧面心的Zr4＋为例，同一晶胞中与Zr4＋连接最近且等距的O2－数目为4，同理可知右侧晶胞中有4个O2－与Zr4＋相连，因此Zr4＋离子在晶胞中的配位数是4＋4＝8。