专题4 分子的空间结构与物质性质
第一单元 分子的空间结构
第1课时 杂化轨道理论
1．下列说法错误的是( )
A．ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道混合起来而形成的
C．孤电子对有可能参加杂化
D．s轨道和p轨道杂化不可能出现sp4杂化
2．下列分子中键角最大的是 ( )
A．CO2 B．NH3 C．H2O D．CH2＝CH2
3．下列分子中，各原子均处于同一平面上的是 ( )
A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．P4
4．下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是( )
A．C2H2 B．CS2 C．HCHO D．C3H8
5．甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子杂化类型一致的是( )
A．CH≡CH3 B.H2==CHCH3
C．CH2==HCH3 D．CH2==CHH3
6．在BrCH==CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是( )
A．sp-p B．sp2-s C．sp2-p D．sp3-p
7．下列分子中的中心原子为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．BBr3
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
9．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①CO ②CH2=CH2 ③苯 ④CH≡CH ⑤NH3 ⑥CH4
A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥
10．下列推断正确的是 ( )
A．BF3为三角锥型分子
B．NH的电子式为，呈平面正方形结构
C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s pσ键
D．乙炔分子为直线形，有2个π键相互垂直且垂直于直线
1．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由NO和NO构成，已知其阴离子结构为平面三角形，阳离子中氮的杂化方式为sp，则其阳离子的结构和阴离子中氮的杂化方式为( )
A．直线形 sp2 B．V形 sp
C．平面三角形 sp2 D．平面三角形 sp3
2．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
3．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sp3杂化与sp2杂化
C．1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA
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
4．“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌，三鹿奶粉中被掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，请回答下列问题：
(1)三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子的杂化轨道类型分别是_________、_________。
(2)一个三聚氰胺分子中有______个σ键。
(3)三聚氰胺与三聚氰酸(如图所示)分子相互之间通过氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取_______杂化。该分子的结构简式中，碳氧原子之间的共价键是________(填选项)。
A．2个σ键 B．2个π键 C．1个σ键，1个π键
5．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为
它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为__________________。
(2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型有__________，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。
(3)已知，可用异氰酸苯酯与2-氯-4-氨基吡啶反应生成氯吡苯脲：
反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂______mol σ键，断裂________mol π键。
(4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。
①请用共价键的相关知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因：
___________________________________________________。
②H2O、NH3、CO2分子的空间构型分别是_______________________________，中心原子的杂化类型分别是_____________________。 专题4 分子的空间结构与物质性质
第一单元 分子的空间结构
第1课时 杂化轨道理论
1．下列说法错误的是( )
A．ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和1个C原子的2p轨道混合起来而形成的
C．孤电子对有可能参加杂化
D．s轨道和p轨道杂化不可能出现sp4杂化
答案 B
解析 ⅠA族元素的外围电子排布式为ns1，由于只有1个ns电子，因此不可能形成杂化轨道；H2O分子中的氧原子采用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；由于np能级只有3个原子轨道，所以s轨道和p轨道杂化方式只有sp3、sp2、sp 3种，不可能出现sp4杂化。
2．下列分子中键角最大的是 ( )
A．CO2 B．NH3 C．H2O D．CH2＝CH2
答案 A
解析 CO2为直线形，键角为180°。
3．下列分子中，各原子均处于同一平面上的是 ( )
A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．P4
解析 C
4．下列分子中的碳原子采用sp2杂化的是( )
A．C2H2 B．CS2 C．HCHO D．C3H8
答案 C
5．甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子杂化类型一致的是( )
A．CH≡CH3 B.H2==CHCH3
C．CH2==HCH3 D．CH2==CHH3
答案 D
解析 D项中用*表示的碳原子形成了四个σ键，与甲烷类似，其为sp3杂化。
6．在BrCH==CHBr分子中，C—Br键采用的成键轨道是( )
A．sp-p B．sp2-s C．sp2-p D．sp3-p
答案 C
7．下列分子中的中心原子为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．BBr3
答案 C
解析 CH≡CH和CO2中的C原子均采取sp杂化，且都含有π键；BeCl2分子中Be采取sp杂化，没有形成π键；BBr3中B原子采取sp2杂化，且没有π键。
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
答案 A
解析 PF3、CF4、NH3、H2O分子中的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轨道分别与N和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。
9．下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①CO ②CH2=CH2 ③苯 ④CH≡CH ⑤NH3 ⑥CH4
A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥
答案 A
解析 ①②③中的中心原子是sp2杂化，④中的中心原子是sp杂化，⑤⑥中的中心原子是sp3杂化。
10．下列推断正确的是 ( )
A．BF3为三角锥型分子
B．NH的电子式为，呈平面正方形结构
C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的2p轨道形成的s pσ键
D．乙炔分子为直线形，有2个π键相互垂直且垂直于直线
答案 D
解析 A选项，BF3为平面三角形，错误；B选项，NH为正四面体结构，错误；C选项，CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的sp3杂化轨道形成的s sp3σ键，错误。故选D。
1．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由NO和NO构成，已知其阴离子结构为平面三角形，阳离子中氮的杂化方式为sp，则其阳离子的结构和阴离子中氮的杂化方式为( )
A．直线形 sp2 B．V形 sp
C．平面三角形 sp2 D．平面三角形 sp3
答案 A
解析 NO结构为平面三角形，其中氮的杂化方式为sp2；NO中氮的杂化方式为sp，则其结构为直线形。
2．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 甲基中C原子为sp3杂化，—CHO中C原子为sp2杂化，A项正确；碳碳双键中C原子为sp2杂化，—CN中C原子为sp杂化，B项错误；—CHO中C原子为sp2杂化，C项错误；甲基中C原子为sp3杂化，碳碳三键中C原子为sp杂化，D项错误。
3．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sp3杂化与sp2杂化
C．1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA
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 A分子中有一个碳氧双键，故有11个σ键，C项错误；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项错误。
4．“三鹿奶粉事件”在社会上引起了人们对食品质量的恐慌，三鹿奶粉中被掺杂了被称为“蛋白精”的工业原料三聚氰胺。已知三聚氰胺的结构简式如图所示。三聚氰胺是氰胺(H2N—C≡N)的三聚体，请回答下列问题：
(1)三聚氰胺环状结构中的氮原子和氨基中的氮原子的杂化轨道类型分别是_________、_________。
(2)一个三聚氰胺分子中有______个σ键。
(3)三聚氰胺与三聚氰酸(如图所示)分子相互之间通过氢键结合，在肾脏内易形成结石。三聚氰酸分子中C原子采取_______杂化。该分子的结构简式中，碳氧原子之间的共价键是________(填选项)。
A．2个σ键 B．2个π键 C．1个σ键，1个π键
答案 (1)sp2 sp3 (2)15 (3)sp2 C
解析 (1)杂化轨道数目=σ键数+孤电子对数，环状结构中的氮原子形成了1个双键和2个单键，有3个σ键，杂化轨道是3，所以是sp2杂化，氨基中氮原子形成了3个单键，还有一对孤电子对，杂化轨道数为4，所以是sp3杂化。
(2)每一个共价键中含一个σ键，故σ键数为15。
(3)碳原子形成了2个单键和1个双键，无孤电子对，所以σ键数为3，为sp2杂化，碳氧原子间的以双键结合，所以含1个σ键，1个π键。选C。
5．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为
它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为__________________。
(2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型有__________，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。
(3)已知，可用异氰酸苯酯与2-氯-4-氨基吡啶反应生成氯吡苯脲：
反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂______mol σ键，断裂________mol π键。
(4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。
①请用共价键的相关知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因：
___________________________________________________。
②H2O、NH3、CO2分子的空间构型分别是_______________________________，中心原子的杂化类型分别是_____________________。
答案 (1)1 (2)sp2、sp3 sp2 (3)1 1
(4)①H—O键的键能大于H—N键的键能
②V形、三角锥型、直线形 sp3、sp3、sp
解析 (1)根据构造原理可知，氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5，所以未成对电子数为1。
(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知，有2个氮原子均形成3个单键，孤电子对数为1，采取sp3杂化，剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，采取sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，采取sp2杂化。
(3)由于σ键比π键稳定，根据反应方程式可知，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N=C键中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H键。
(4)①O、N属于同周期元素，O的原子半径小于N，H—O键的键能大于H—N键的键能，所以H2O分子比NH3分子稳定。
②H2O分子中O原子的价层电子对数是4，孤电子对数为2，所以其空间构型为V形，O原子采取sp3杂化；NH3分子中N原子的价层电子对数是4，孤电子对数为1，所以其空间构型为三角锥型，N原子采取sp3杂化；CO2分子中C原子的价层电子对数是2，不含孤电子对，所以其空间构型为直线形，C原子采取sp杂化。
