2025人教版高中化学选择性必修2强化练习题--第2课时 杂化轨道理论（含解析）
文档属性
| 名称 | 2025人教版高中化学选择性必修2强化练习题--第2课时 杂化轨道理论（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 618.7KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-12-24 09:06:54 | ||
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文档简介
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2025人教版高中化学选择性必修2
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第2课时 杂化轨道理论
基础过关练
题组一 杂化轨道理论
1.(教材深研拓展)下列叙述不正确的是( )
A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
B.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
C.杂化轨道不一定全部参与形成化学键
D.sp3、sp2、sp三种杂化轨道中,sp3杂化轨道的夹角最大
2.(2024北京东城开学考)下列说法中正确的是( )
A.AB3型的分子中心原子A必为sp2杂化
B.PCl3是三角锥形分子,这是因为P原子是以sp杂化的结果
C.中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构不一定都是四面体形
D.sp2杂化轨道是由任意的1个s轨道和2个p轨道混合形成的
3.(2024北京东直门中学月考)下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是( )
A.CH3CHCH2 B.
C.CH3CH2OH D.
4.(2024河北张家口检测)下列粒子的中心原子采取sp杂化的是( )
A.SeO2 B.NF3 C.H3O+ D.CO2
5.(2024山东省实验中学检测)下列分子的中心原子采用sp2杂化的是( )
①CH4 ②CH2CH2 ③
④ ⑤BBr3
A.①②③ B.①②④ C.③④⑤ D.②③⑤
6.(2023湖北武汉六中月考)乙烯分子结构如图所示,其一个分子中有5个σ键、1个π键,下列表述正确的是( )
A.C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成σ键
B.C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成π键
C.C原子的2p轨道与C原子的2p轨道形成σ键
D.C原子的sp2杂化轨道与C原子的sp2杂化轨道形成π键
题组二 杂化轨道理论与粒子空间结构的关系
7.(2024广东广州真光中学月考)下列各组物质中粒子空间结构相同,中心原子杂化轨道类型也相同的是( )
A.NO2和CS2 B.N和PCl3
C.BF3和SO3 D.CH4和H2O
8.(2024辽宁沈阳辽中第一私立高级中学期末)回答下列问题:
(1)在SO2分子中,S原子采取 杂化,SO2的键角 (填“大于”“等于”或“小于”)120°,SO3分子中S原子采取 杂化,SO3分子的空间结构为 。
(2)N的空间结构是 ,N原子采取 杂化。
(3)S、S的空间结构分别为 、 ,S原子的杂化轨道类型分别为 、 。
能力提升练
题组一 杂化方式及空间结构的判断
1.(2024北京海淀期末)下列微粒的空间结构以及中心原子的杂化方式都相同的是( )
A.BeCl2和BF3 B.N和N
C.S和Cl D.C2H2和SeO3
2.(2023福建龙岩一中月考)BeCl2是共价分子,可以以单体、二聚体和多聚体形式存在,三者的结构依次如图所示。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为( )
Cl—Be—Cl、、
A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3
C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3
3.(2024海南海口期中)下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是( )
选项 微粒 中心原子杂化类型 VSEPR模型名称 空间结构
A H2F+ sp 直线形 直线形
B N sp3 四面体形 V形
C PCl3 sp3 四面体形 四面体形
D B sp3 四面体形 三角锥形
4.(2024北京东城统考)下列微粒的中心原子是sp2杂化的是( )
A.C
5.(经典题)已知XY2为V形分子,下列说法正确的是( )
A.X原子一定采取sp2杂化
B.X原子一定采取sp3杂化
C.X原子上一定存在孤电子对
D.VSEPR模型一定是平面三角形
6.(2023重庆八中月考)下列描述中错误的是( )
A.BF3和B的中心原子杂化方式不同
B.C和Cl具有相同的空间结构
C.BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构
D.三氧化硫的三聚分子()中S原子的杂化轨道类型为sp3
7.(2024山东潍坊昌乐二中统考)下列微粒的中心原子形成sp3杂化轨道且该粒子的空间结构为三角锥形的是( )
A.N D.[PCl4]+
题组二 杂化轨道理论的应用
8.(2024浙江诸暨中学月考)下列一组粒子的中心原子杂化轨道类型相同,分子(或离子)的键角不相同的是( )
A.CCl4、SiCl4、SiH4 B.H2Se、NF3、CH4
C.BCl3、NH3、CO2 D.TeO3、BF3、H3O+
9.(2024广东东莞一中月考)下列有关三硫化磷(P4S3)的说法中不正确的是( )
A.P4S3中各原子最外层均满足8电子稳定结构
B.P4S3中P元素均为+3价
C.P4S3中P原子和S原子均为sp3杂化
D.1molP4S3分子中含有6molP—Sσ键
10.(2024山东泰安新泰第一中学月考)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2,下列说法错误的是( )
A.1molCH3OH中含5molσ键
B.N2H4分子中所有原子不可能处于同一平面
C.三者孤电子对数相同
D.三者中C、O、N杂化方式不相同
11.(2024辽宁朝阳建平实验中学期末)二硫代磷酸酯的分子结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.电负性:O>S>P
B.1个该分子中含有23个σ键
C.碳原子的杂化方式为sp、sp2
D.氮原子的杂化方式为sp3
12.(2024山东聊城期中)氨基乙酸钠(H2NCH2COONa)用于有机产品的合成、工业洗涤剂中间体以及生化研究。下列说法正确的是( )
A.碳、氮原子的杂化类型相同
B.氨基乙酸钠中N原子的价层电子对数为4
C.1mol氨基乙酸钠中所含σ键为10mol
D.氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
13.目前我国研制的稀土催化剂转化汽车尾气过程示意图如下,汽车尾气的主要成分有CO、NO等。下列有关说法正确的是( )
A.C3H8和H2O的中心原子杂化轨道类型均为sp3
B.H2O中的H—O—H键角小于H2S中的H—S—H键角
C.CO2和SO2的空间结构均为直线形
D.反应过程中没有非极性键的断裂和形成
14.(原创题)聚氯乙烯的一种制备流程如下:
对于该流程中涉及的几种物质及反应,下列说法正确的是( )
A.乙炔分子中的C原子用sp杂化轨道形成了一个σ键和两个π键
B.氯乙烯分子中所有原子都在同一平面上
C.氯乙烯和聚氯乙烯分子中C原子采取的杂化方式相同
D.上述流程中发生加成反应和加聚反应的过程中,C原子的杂化方式不一定发生改变
15.(1)AsCl3分子的空间结构为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
(2)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为 。
(3)在硅酸盐中,Si四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根离子,其中Si原子的杂化轨道类型为 ,Si与O的原子数之比为 ,化学式为 。
图(a)
图(b)
(4)S单质的常见形式为S8,其结构如图所示,S原子采取的杂化方式是 。
答案与分层梯度式解析
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第2课时 杂化轨道理论
基础过关练
1.D 原子轨道发生杂化时,轨道数目不变,但形状发生了变化,A正确;分子的中心原子采取sp3杂化,当中心原子分别有0、1、2个孤电子对时,空间结构分别为四面体形、三角锥形、V形,B正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键的孤电子对,C正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°,sp杂化轨道的夹角最大,D错误。
2.C 如BF3分子中B为sp2杂化,NH3是三角锥形,N采取sp3杂化,A错误、C正确;PCl3中心原子P的价层电子对数是4,有1个孤电子对,P采取sp3杂化,空间结构为三角锥形,B错误;sp2杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和2个p轨道混合形成的,D错误。
3.B A项CH3CHCH2中碳原子为sp2杂化和sp3杂化;B项中碳原子为sp3杂化和sp杂化;C项CH3CH2OH中碳原子为sp3杂化;D项中碳原子为sp杂化。
方法规律
有机物中碳原子杂化类型的判断
饱和碳原子采取sp3杂化,碳碳双键的碳原子采取sp2杂化,碳碳三键的碳原子采取sp杂化。
4.D 分析微粒组成价层电子对数中心原子杂化类型,价层电子对数为4、3、2的分别为sp3、sp2、sp杂化。SeO2、NF3、H3O+、CO2中心原子的价层电子对数分别为3、4、4、2,则中心原子分别采取sp2、sp3、sp3、sp杂化,故选D。
5.D 分析所给分子中心原子的价层电子对数,确定杂化轨道类型:
分子 CH4 CH2CH2 BBr3
中心原子的价层电子对数 0+4 0+3 0+3 0+2 0+3
杂化轨道类型 sp3 sp2 sp2 sp sp2
6.A C—H键是C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成的σ键,故A正确;CC键中一个C原子的2p轨道与另一个C原子的2p轨道形成π键,故B、D错误;CC键中C原子的sp2杂化轨道与另一个C原子的sp2杂化轨道形成σ键,故C错误。
7.C
粒子 空间结构 中心原子杂化轨道类型
A NO2 V形 sp2
CS2 直线形 sp
B N 平面三角形 sp2
PCl3 三角锥形 sp3
C BF3 平面三角形 sp2
SO3 平面三角形 sp2
D CH4 正四面体形 sp3
H2O V形 sp3
8.答案 (1)sp2 小于 sp2 平面三角形
(2)V形 sp2
(3)正四面体形 三角锥形 sp3 sp3
解析 (1)SO2分子中,S原子的孤电子对数=(6-2×2)=1,价层电子对数=2+1=3,S原子采取sp2杂化,因有1个孤电子对,所以键角小于120°。SO3分子中S原子的孤电子对数为0,价层电子对数为3,S原子采取sp2杂化,SO3的空间结构为平面三角形。(2)N中N的杂化轨道数为3,N原子含有1个孤电子对,采取sp2杂化,故N的空间结构为V形。(3)S中S原子的杂化轨道数为4,S原子采取sp3杂化,S的空间结构为正四面体形。S中S原子杂化轨道数为4,采取sp3杂化,S原子含有1个孤电子对,S的空间结构为三角锥形。
能力提升练
1.C
微粒 空间结构 中心原子的杂化方式
A BeCl2 直线形 sp
BF3 平面三角形 sp2
B N 直线形 sp
N 平面三角形 sp2
C S 正四面体形 sp3
Cl 正四面体形 sp3
D C2H2 直线形 sp
SeO3 平面三角形 sp2
2.D Cl—Be—Cl中Be原子形成2个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为2,杂化轨道类型为sp;中每个Be原子形成3个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为3,杂化轨道类型为sp2;中每个Be原子形成4个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为4,杂化轨道类型为sp3。
3.B H2F+、N、PCl3、B中心原子的价层电子对数都是4,为sp3杂化,VSEPR模型均为四面体形,空间结构分别为V形、V形、三角锥形、正四面体形,B正确。
4.B C中C原子的价层电子对数为3+=4,C原子采用sp3杂化,A不符合题意;C中C原子的价层电子对数为3+=3,C原子采用sp2杂化,B符合题意;中N原子的价层电子对数为2+=2,N原子采用sp杂化,C不符合题意;AlC中Al原子的价层电子对数为4+=4,Al原子采用sp3杂化,D不符合题意。
5.C 解法1:理论分析法
则A、B项错误,C项正确。若X原子采用sp2杂化,则VSEPR模型是平面三角形;若X原子采用sp3杂化,则VSEPR模型为四面体形,D项错误。
解法2:列举实例法
若XY2为SO2,SO2中S原子采用sp2杂化,S原子上有1个孤电子对,其VSEPR模型为平面三角形,空间结构为V形;若XY2为OF2,OF2中O原子采用sp3杂化,O原子上有2个孤电子对,其VSEPR模型为四面体形,空间结构为V形。由以上分析可知,C项正确。
6.B BF3中心原子是sp2杂化,B中心原子是sp3杂化,A正确;C是平面三角形,Cl是三角锥形,B错误;BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构,BBr3中B原子形成3个σ键,没有孤电子对,是6电子结构,SF6中S原子形成6个σ键,没有孤电子对,是12电子结构,C正确;SO3的三聚分子()中S原子均形成4个σ键,没有孤电子对,杂化轨道类型为sp3,D正确。
7.B 根据价层电子对互斥模型判断如下:
微粒 价层电 子对数 孤电 子对数 中心原子 杂化类型 粒子的 空间结构
N 2 0 sp 直线形
NCl3 4 1 sp3 三角锥形
Cl 4 2 sp3 V形
[PCl4]+ 4 0 sp3 正四面体形
8.B CCl4、SiCl4、SiH4分子的键角均为109°28',A项不符合题意;H2Se、NF3、CH4中心原子的价层电子对数均为4,孤电子对数分别为2、1、0,中心原子均采取sp3杂化,其空间结构分别为V形、三角锥形和正四面体形,H2Se、NF3、CH4的键角依次增大,B项符合题意;BCl3、NH3、CO2分子的中心原子的杂化轨道类型分别为sp2、sp3、sp,TeO3、BF3、H3O+中心原子的杂化轨道类型分别为sp2、sp2、sp3,C、D项不符合题意。
9.B
每个P形成3个共价键,还有1个孤电子对,每个S形成2个共价键,还有2个孤电子对,两种原子均采取sp3杂化,C正确;1个P4S3分子中含有6个P—Sσ键,D正确。
10.D CH3OH的结构式为,1molCH3OH中含5molσ键,A正确;N2H4中两个N都是sp3杂化,分子中所有原子不可能处于同一平面,B正确;CH3OH中羟基氧上有2个孤电子对,N2H4有两个孤电子对,2个N上分别有1个,(CH3)2NNH2中有两个孤电子对,2个N上分别有1个,C正确;三者中C、O、N杂化方式相同,均为sp3杂化,D错误。
11.C
12.B 氨基乙酸钠中氮原子是sp3杂化,而碳原子是sp3、sp2杂化,A错误;氨基乙酸钠中存在2个N—H键、1个C—N键,N原子上含有1个孤电子对,则N原子的价层电子对数为4,B正确;1mol氨基乙酸钠中有8molσ键,C错误;由于氮原子为sp3杂化,故氮原子和与其成键的另外三个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D错误。
13.A C3H8中碳原子均为饱和碳原子,碳原子为sp3杂化,1个H2O分子中含有2个σ键,氧原子上有2个孤电子对,氧原子为sp3杂化,A正确;氧的电负性大于S,O与H之间的两对成键电子对比S与H之间的两对成键电子对更靠近中心原子,因此O与H之间的两对成键电子对排斥力大,键角大,B错误;SO2的价层电子对数=2+(6-2×2)=3,该分子为V形结构,CO2的价层电子对数=2+(4-2×2)=2,该分子是直线形结构,C错误;反应过程中有非极性键OO键的断裂和键的形成,D错误。
14.B 乙炔分子中的C原子采用sp杂化,形成的杂化轨道用于形成σ键,没有杂化的p轨道“肩并肩”重叠形成π键,A项错误;氯乙烯分子中的C原子采用sp2杂化,整个分子呈平面形,所有原子都在同一平面上,B项正确;聚氯乙烯分子中的C原子全部形成单键,均采取sp3杂化,C项错误;由流程可知,加成反应和加聚反应中,均有π键的断裂,C原子的杂化方式也随之发生改变,D项错误。
15.答案 (1)三角锥形 sp3 (2)sp3、sp2 (3)sp3 1∶3 [SiO3 (4)sp3
解析 (1)AsCl3的中心原子(As原子)的价层电子对数为3+×(5-1×3)=4,所以As是sp3杂化,有1个孤电子对,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(2)乙醛分子结构简式为CH3CHO,甲基C原子为sp3杂化,醛基C原子为sp2杂化。(3)依据图(a)可知,Si的空间结构类似于甲烷分子,为正四面体形,硅原子的杂化轨道类型和甲烷分子中碳原子的杂化轨道类型相同,为sp3;图(b)是一种无限长单链结构的多硅酸根离子,每个结构单元中两个氧原子被两个结构单元顶角共用,所以每个结构单元含有1个Si原子、3个O原子,Si原子和O原子数目之比为1∶3,化学式可表示为[SiO3。(4)由题图结构可知,每个硫原子形成2个共价键,且含有2个孤电子对,S原子的杂化轨道数为4,故硫原子采取sp3杂化。
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2025人教版高中化学选择性必修2
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第2课时 杂化轨道理论
基础过关练
题组一 杂化轨道理论
1.(教材深研拓展)下列叙述不正确的是( )
A.杂化前后的轨道数不变,但轨道的形状发生了改变
B.部分四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释
C.杂化轨道不一定全部参与形成化学键
D.sp3、sp2、sp三种杂化轨道中,sp3杂化轨道的夹角最大
2.(2024北京东城开学考)下列说法中正确的是( )
A.AB3型的分子中心原子A必为sp2杂化
B.PCl3是三角锥形分子,这是因为P原子是以sp杂化的结果
C.中心原子采取sp3杂化的分子,其空间结构不一定都是四面体形
D.sp2杂化轨道是由任意的1个s轨道和2个p轨道混合形成的
3.(2024北京东直门中学月考)下列有机物分子中的碳原子既有sp3杂化又有sp杂化的是( )
A.CH3CHCH2 B.
C.CH3CH2OH D.
4.(2024河北张家口检测)下列粒子的中心原子采取sp杂化的是( )
A.SeO2 B.NF3 C.H3O+ D.CO2
5.(2024山东省实验中学检测)下列分子的中心原子采用sp2杂化的是( )
①CH4 ②CH2CH2 ③
④ ⑤BBr3
A.①②③ B.①②④ C.③④⑤ D.②③⑤
6.(2023湖北武汉六中月考)乙烯分子结构如图所示,其一个分子中有5个σ键、1个π键,下列表述正确的是( )
A.C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成σ键
B.C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成π键
C.C原子的2p轨道与C原子的2p轨道形成σ键
D.C原子的sp2杂化轨道与C原子的sp2杂化轨道形成π键
题组二 杂化轨道理论与粒子空间结构的关系
7.(2024广东广州真光中学月考)下列各组物质中粒子空间结构相同,中心原子杂化轨道类型也相同的是( )
A.NO2和CS2 B.N和PCl3
C.BF3和SO3 D.CH4和H2O
8.(2024辽宁沈阳辽中第一私立高级中学期末)回答下列问题:
(1)在SO2分子中,S原子采取 杂化,SO2的键角 (填“大于”“等于”或“小于”)120°,SO3分子中S原子采取 杂化,SO3分子的空间结构为 。
(2)N的空间结构是 ,N原子采取 杂化。
(3)S、S的空间结构分别为 、 ,S原子的杂化轨道类型分别为 、 。
能力提升练
题组一 杂化方式及空间结构的判断
1.(2024北京海淀期末)下列微粒的空间结构以及中心原子的杂化方式都相同的是( )
A.BeCl2和BF3 B.N和N
C.S和Cl D.C2H2和SeO3
2.(2023福建龙岩一中月考)BeCl2是共价分子,可以以单体、二聚体和多聚体形式存在,三者的结构依次如图所示。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为( )
Cl—Be—Cl、、
A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3
C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3
3.(2024海南海口期中)下表中关于各微粒的描述完全正确的一项是( )
选项 微粒 中心原子杂化类型 VSEPR模型名称 空间结构
A H2F+ sp 直线形 直线形
B N sp3 四面体形 V形
C PCl3 sp3 四面体形 四面体形
D B sp3 四面体形 三角锥形
4.(2024北京东城统考)下列微粒的中心原子是sp2杂化的是( )
A.C
5.(经典题)已知XY2为V形分子,下列说法正确的是( )
A.X原子一定采取sp2杂化
B.X原子一定采取sp3杂化
C.X原子上一定存在孤电子对
D.VSEPR模型一定是平面三角形
6.(2023重庆八中月考)下列描述中错误的是( )
A.BF3和B的中心原子杂化方式不同
B.C和Cl具有相同的空间结构
C.BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构
D.三氧化硫的三聚分子()中S原子的杂化轨道类型为sp3
7.(2024山东潍坊昌乐二中统考)下列微粒的中心原子形成sp3杂化轨道且该粒子的空间结构为三角锥形的是( )
A.N D.[PCl4]+
题组二 杂化轨道理论的应用
8.(2024浙江诸暨中学月考)下列一组粒子的中心原子杂化轨道类型相同,分子(或离子)的键角不相同的是( )
A.CCl4、SiCl4、SiH4 B.H2Se、NF3、CH4
C.BCl3、NH3、CO2 D.TeO3、BF3、H3O+
9.(2024广东东莞一中月考)下列有关三硫化磷(P4S3)的说法中不正确的是( )
A.P4S3中各原子最外层均满足8电子稳定结构
B.P4S3中P元素均为+3价
C.P4S3中P原子和S原子均为sp3杂化
D.1molP4S3分子中含有6molP—Sσ键
10.(2024山东泰安新泰第一中学月考)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2,下列说法错误的是( )
A.1molCH3OH中含5molσ键
B.N2H4分子中所有原子不可能处于同一平面
C.三者孤电子对数相同
D.三者中C、O、N杂化方式不相同
11.(2024辽宁朝阳建平实验中学期末)二硫代磷酸酯的分子结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.电负性:O>S>P
B.1个该分子中含有23个σ键
C.碳原子的杂化方式为sp、sp2
D.氮原子的杂化方式为sp3
12.(2024山东聊城期中)氨基乙酸钠(H2NCH2COONa)用于有机产品的合成、工业洗涤剂中间体以及生化研究。下列说法正确的是( )
A.碳、氮原子的杂化类型相同
B.氨基乙酸钠中N原子的价层电子对数为4
C.1mol氨基乙酸钠中所含σ键为10mol
D.氮原子和与其成键的另外三个原子在同一平面内
13.目前我国研制的稀土催化剂转化汽车尾气过程示意图如下,汽车尾气的主要成分有CO、NO等。下列有关说法正确的是( )
A.C3H8和H2O的中心原子杂化轨道类型均为sp3
B.H2O中的H—O—H键角小于H2S中的H—S—H键角
C.CO2和SO2的空间结构均为直线形
D.反应过程中没有非极性键的断裂和形成
14.(原创题)聚氯乙烯的一种制备流程如下:
对于该流程中涉及的几种物质及反应,下列说法正确的是( )
A.乙炔分子中的C原子用sp杂化轨道形成了一个σ键和两个π键
B.氯乙烯分子中所有原子都在同一平面上
C.氯乙烯和聚氯乙烯分子中C原子采取的杂化方式相同
D.上述流程中发生加成反应和加聚反应的过程中,C原子的杂化方式不一定发生改变
15.(1)AsCl3分子的空间结构为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
(2)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为 。
(3)在硅酸盐中,Si四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根离子,其中Si原子的杂化轨道类型为 ,Si与O的原子数之比为 ,化学式为 。
图(a)
图(b)
(4)S单质的常见形式为S8,其结构如图所示,S原子采取的杂化方式是 。
答案与分层梯度式解析
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
第2课时 杂化轨道理论
基础过关练
1.D 原子轨道发生杂化时,轨道数目不变,但形状发生了变化,A正确;分子的中心原子采取sp3杂化,当中心原子分别有0、1、2个孤电子对时,空间结构分别为四面体形、三角锥形、V形,B正确;杂化轨道用于形成σ键和容纳未成键的孤电子对,C正确;sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28'、120°、180°,sp杂化轨道的夹角最大,D错误。
2.C 如BF3分子中B为sp2杂化,NH3是三角锥形,N采取sp3杂化,A错误、C正确;PCl3中心原子P的价层电子对数是4,有1个孤电子对,P采取sp3杂化,空间结构为三角锥形,B错误;sp2杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和2个p轨道混合形成的,D错误。
3.B A项CH3CHCH2中碳原子为sp2杂化和sp3杂化;B项中碳原子为sp3杂化和sp杂化;C项CH3CH2OH中碳原子为sp3杂化;D项中碳原子为sp杂化。
方法规律
有机物中碳原子杂化类型的判断
饱和碳原子采取sp3杂化,碳碳双键的碳原子采取sp2杂化,碳碳三键的碳原子采取sp杂化。
4.D 分析微粒组成价层电子对数中心原子杂化类型,价层电子对数为4、3、2的分别为sp3、sp2、sp杂化。SeO2、NF3、H3O+、CO2中心原子的价层电子对数分别为3、4、4、2,则中心原子分别采取sp2、sp3、sp3、sp杂化,故选D。
5.D 分析所给分子中心原子的价层电子对数,确定杂化轨道类型:
分子 CH4 CH2CH2 BBr3
中心原子的价层电子对数 0+4 0+3 0+3 0+2 0+3
杂化轨道类型 sp3 sp2 sp2 sp sp2
6.A C—H键是C原子的sp2杂化轨道与H原子的1s轨道形成的σ键,故A正确;CC键中一个C原子的2p轨道与另一个C原子的2p轨道形成π键,故B、D错误;CC键中C原子的sp2杂化轨道与另一个C原子的sp2杂化轨道形成σ键,故C错误。
7.C
粒子 空间结构 中心原子杂化轨道类型
A NO2 V形 sp2
CS2 直线形 sp
B N 平面三角形 sp2
PCl3 三角锥形 sp3
C BF3 平面三角形 sp2
SO3 平面三角形 sp2
D CH4 正四面体形 sp3
H2O V形 sp3
8.答案 (1)sp2 小于 sp2 平面三角形
(2)V形 sp2
(3)正四面体形 三角锥形 sp3 sp3
解析 (1)SO2分子中,S原子的孤电子对数=(6-2×2)=1,价层电子对数=2+1=3,S原子采取sp2杂化,因有1个孤电子对,所以键角小于120°。SO3分子中S原子的孤电子对数为0,价层电子对数为3,S原子采取sp2杂化,SO3的空间结构为平面三角形。(2)N中N的杂化轨道数为3,N原子含有1个孤电子对,采取sp2杂化,故N的空间结构为V形。(3)S中S原子的杂化轨道数为4,S原子采取sp3杂化,S的空间结构为正四面体形。S中S原子杂化轨道数为4,采取sp3杂化,S原子含有1个孤电子对,S的空间结构为三角锥形。
能力提升练
1.C
微粒 空间结构 中心原子的杂化方式
A BeCl2 直线形 sp
BF3 平面三角形 sp2
B N 直线形 sp
N 平面三角形 sp2
C S 正四面体形 sp3
Cl 正四面体形 sp3
D C2H2 直线形 sp
SeO3 平面三角形 sp2
2.D Cl—Be—Cl中Be原子形成2个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为2,杂化轨道类型为sp;中每个Be原子形成3个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为3,杂化轨道类型为sp2;中每个Be原子形成4个Be—Cl键,中心原子没有孤电子对,杂化轨道数目为4,杂化轨道类型为sp3。
3.B H2F+、N、PCl3、B中心原子的价层电子对数都是4,为sp3杂化,VSEPR模型均为四面体形,空间结构分别为V形、V形、三角锥形、正四面体形,B正确。
4.B C中C原子的价层电子对数为3+=4,C原子采用sp3杂化,A不符合题意;C中C原子的价层电子对数为3+=3,C原子采用sp2杂化,B符合题意;中N原子的价层电子对数为2+=2,N原子采用sp杂化,C不符合题意;AlC中Al原子的价层电子对数为4+=4,Al原子采用sp3杂化,D不符合题意。
5.C 解法1:理论分析法
则A、B项错误,C项正确。若X原子采用sp2杂化,则VSEPR模型是平面三角形;若X原子采用sp3杂化,则VSEPR模型为四面体形,D项错误。
解法2:列举实例法
若XY2为SO2,SO2中S原子采用sp2杂化,S原子上有1个孤电子对,其VSEPR模型为平面三角形,空间结构为V形;若XY2为OF2,OF2中O原子采用sp3杂化,O原子上有2个孤电子对,其VSEPR模型为四面体形,空间结构为V形。由以上分析可知,C项正确。
6.B BF3中心原子是sp2杂化,B中心原子是sp3杂化,A正确;C是平面三角形,Cl是三角锥形,B错误;BBr3和SF6的中心原子均不满足8电子结构,BBr3中B原子形成3个σ键,没有孤电子对,是6电子结构,SF6中S原子形成6个σ键,没有孤电子对,是12电子结构,C正确;SO3的三聚分子()中S原子均形成4个σ键,没有孤电子对,杂化轨道类型为sp3,D正确。
7.B 根据价层电子对互斥模型判断如下:
微粒 价层电 子对数 孤电 子对数 中心原子 杂化类型 粒子的 空间结构
N 2 0 sp 直线形
NCl3 4 1 sp3 三角锥形
Cl 4 2 sp3 V形
[PCl4]+ 4 0 sp3 正四面体形
8.B CCl4、SiCl4、SiH4分子的键角均为109°28',A项不符合题意;H2Se、NF3、CH4中心原子的价层电子对数均为4,孤电子对数分别为2、1、0,中心原子均采取sp3杂化,其空间结构分别为V形、三角锥形和正四面体形,H2Se、NF3、CH4的键角依次增大,B项符合题意;BCl3、NH3、CO2分子的中心原子的杂化轨道类型分别为sp2、sp3、sp,TeO3、BF3、H3O+中心原子的杂化轨道类型分别为sp2、sp2、sp3,C、D项不符合题意。
9.B
每个P形成3个共价键,还有1个孤电子对,每个S形成2个共价键,还有2个孤电子对,两种原子均采取sp3杂化,C正确;1个P4S3分子中含有6个P—Sσ键,D正确。
10.D CH3OH的结构式为,1molCH3OH中含5molσ键,A正确;N2H4中两个N都是sp3杂化,分子中所有原子不可能处于同一平面,B正确;CH3OH中羟基氧上有2个孤电子对,N2H4有两个孤电子对,2个N上分别有1个,(CH3)2NNH2中有两个孤电子对,2个N上分别有1个,C正确;三者中C、O、N杂化方式相同,均为sp3杂化,D错误。
11.C
12.B 氨基乙酸钠中氮原子是sp3杂化,而碳原子是sp3、sp2杂化,A错误;氨基乙酸钠中存在2个N—H键、1个C—N键,N原子上含有1个孤电子对,则N原子的价层电子对数为4,B正确;1mol氨基乙酸钠中有8molσ键,C错误;由于氮原子为sp3杂化,故氮原子和与其成键的另外三个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D错误。
13.A C3H8中碳原子均为饱和碳原子,碳原子为sp3杂化,1个H2O分子中含有2个σ键,氧原子上有2个孤电子对,氧原子为sp3杂化,A正确;氧的电负性大于S,O与H之间的两对成键电子对比S与H之间的两对成键电子对更靠近中心原子,因此O与H之间的两对成键电子对排斥力大,键角大,B错误;SO2的价层电子对数=2+(6-2×2)=3,该分子为V形结构,CO2的价层电子对数=2+(4-2×2)=2,该分子是直线形结构,C错误;反应过程中有非极性键OO键的断裂和键的形成,D错误。
14.B 乙炔分子中的C原子采用sp杂化,形成的杂化轨道用于形成σ键,没有杂化的p轨道“肩并肩”重叠形成π键,A项错误;氯乙烯分子中的C原子采用sp2杂化,整个分子呈平面形,所有原子都在同一平面上,B项正确;聚氯乙烯分子中的C原子全部形成单键,均采取sp3杂化,C项错误;由流程可知,加成反应和加聚反应中,均有π键的断裂,C原子的杂化方式也随之发生改变,D项错误。
15.答案 (1)三角锥形 sp3 (2)sp3、sp2 (3)sp3 1∶3 [SiO3 (4)sp3
解析 (1)AsCl3的中心原子(As原子)的价层电子对数为3+×(5-1×3)=4,所以As是sp3杂化,有1个孤电子对,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(2)乙醛分子结构简式为CH3CHO,甲基C原子为sp3杂化,醛基C原子为sp2杂化。(3)依据图(a)可知,Si的空间结构类似于甲烷分子,为正四面体形,硅原子的杂化轨道类型和甲烷分子中碳原子的杂化轨道类型相同,为sp3;图(b)是一种无限长单链结构的多硅酸根离子,每个结构单元中两个氧原子被两个结构单元顶角共用,所以每个结构单元含有1个Si原子、3个O原子,Si原子和O原子数目之比为1∶3,化学式可表示为[SiO3。(4)由题图结构可知,每个硫原子形成2个共价键,且含有2个孤电子对,S原子的杂化轨道数为4,故硫原子采取sp3杂化。
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