第2章 微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
第1课时 一些典型分子的空间结构与杂化轨道理论
1．乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是( )
A．sp杂化 B．sp2杂化 C．sp3杂化 D．无法确定
2．在中，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
3．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( )
A．sp杂化 B．sp2杂化 C．sp3杂化 D．sp4杂化
4．在BrCH==CHBr分子中，C和Br成键采用的轨道是( )
A．sp p B．sp2 s C．sp2 p D．sp3 p
5．对SO2与CO2说法正确的是( )
A．都是直线形结构
B．中心原子都采取sp杂化
C．硫原子和碳原子上都没有孤对电子
D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构
6．有关原子杂化的说法正确的是( )
A．空间构型是正四面体的分子，中心原子都是以sp3杂化
B．苯分子中的碳原子以sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道也形成σ键
C．乙烯分子的碳原子以sp2杂化，其中，C—H之间是以sp2杂化轨道形成的σ键，C—C之间除了以sp2杂化轨道形成σ键外，未参加杂化的2p轨道也形成π键
D．只要分子的中心原子的杂化类型相同，分子的键角就一定相同
7．下列分子的空间构型是正四面体形的是( )
①CH4 ②NH3 ③CF4 ④SiH4 ⑤C2H4 ⑥CO2
A．①②③ B．①③④ C．②④⑤ D．①③⑤
8．已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl，下列有关说法正确的是( )
A．O原子发生sp杂化
B．O原子与H、Cl都形成σ键
C．该分子为直线形分子
D．该分子电子式是
9．甲烷中的碳原子采用sp3杂化，下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是( )
A．CHCH2CH3 B．*CH2===CHCH3
C．CH2===*CHCH2CH3 D．HC≡*CCH3
10．下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道
B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等
C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原则
C．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5°
11．下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是( )
A．由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成
B．共有3个能量相同的杂化轨道
C．每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一
D．sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
12．sp3杂化形成的AB4型分子的立体构型为( )
A．平面四边形 B．正四面体形 C．四角锥形 D．平面三角形
13．(1)对于CH4、NH3、H2O三分子，中心原子都采用________杂化，键角由大到小顺序是________。
(2)对于H2O、BeCl2、BF3、C2H2、C2H4、CH4、C6H6、NH3、CO2等分子，中心原子采用sp杂化的：________，sp2杂化的：________，sp3杂化的：________。
1．下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A．所有原子轨道都参与杂化
B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D．杂化轨道中不一定有电子
2．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A． CS2与C6H6 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4
3．下列粒子空间构型和中心原子杂化方式都正确的是( )
A．CH2Cl2、正四面体、sp3 B．H2O、V形、sp2
C．BCl3、平面三角形、sp2 D．、三角锥形、sp3
4．鲍林是两位获得诺贝尔奖不同奖项的人之一，杂化轨道是鲍林为了解释分子的立体结构提出的。下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是( )
A．sp杂化轨道的夹角最大 B．sp2杂化轨道的夹角最大
C．sp3杂化轨道的夹角最大 D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
5．关于原子轨道的说法正确的是( )
A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形
B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的
C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道
D．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
6．如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是( )
A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C．C—H之间是sp2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sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
7．了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关于有机物分子的成键方式的描述不正确的是( )
A．烷烃分子中碳原子均采用sp3杂化成键
B．炔烃分子中的碳碳叁键由1个σ键、2个π键组成
C．苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化成键，苯环中存在6个碳原子共有的大π键
D．甲苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化成键
8．甲烷分子(CH4)失去一个H＋，形成甲基阴离子(CH)，在这个过程中，下列描述不合理的是( )
A．碳原子的杂化类型发生了改变 B．微粒的形状发生了改变
C．微粒的稳定性发生了改变 D．微粒中的键角发生了改变
9．下列粒子的空间构型不同于其他三个的是( )
A．气态SeO3 B．气态SO3 C．SO32- D．NO3-
10．NO2+、NO2-、N2O、NO3-都是重要的含氮微粒。下列说法错误的是( )
A．NO2+与CS2互为等电子体 B．NO2-中心原子采取sp2杂化
C．键角：NO2+＞NO3-＞NO2- D．N2O的空间结构为角形
11．指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。
(1)CO2分子中的C为_____杂化，分子的结构式为_____，空间构型为___；
(2)CH2O分子中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________；
(3)CF4分子中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________；
(4)H2S分子中的S为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________。
12．元素X和Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。
(1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置分别为________、________。
(2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式_______；该分子的中心原子以_______杂化，分子构型为_______。
(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以________杂化，分子构型为________。
(4)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子构型为V形的是________(写分子式)。第2章 微粒间相互作用与物质性质
第2节 共价键与分子的空间结构
第1课时 一些典型分子的空间结构与杂化轨道理论
1．乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是( )
A．sp杂化 B．sp2杂化 C．sp3杂化 D．无法确定
【答案】A
【解析】乙炔的结构式为H—C≡C—H，其空间构型为直线形，属于sp杂化。
2．在中，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
【答案】C
【解析】 中碳原子形成了3个σ键，无未成键价电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2。两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。
3．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( )
A．sp杂化 B．sp2杂化 C．sp3杂化 D．sp4杂化
【答案】D
【解析】np轨道有三个：npx、npy、npz，当 s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化；②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化；③sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。
4．在BrCH==CHBr分子中，C和Br成键采用的轨道是( )
A．sp p B．sp2 s C．sp2 p D．sp3 p
【答案】C
【解析】BrCH===CHBr分子中C原子采用sp2杂化，每个C原子形成3个sp2杂化轨道分别与Br原子的p轨道、H原子的s轨道、另一个C原子的sp2轨道形成3个σ键。
5．对SO2与CO2说法正确的是( )
A．都是直线形结构
B．中心原子都采取sp杂化
C．硫原子和碳原子上都没有孤对电子
D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构
【答案】D
【解析】CO2中碳原子是sp杂化，是直线形结构，SO2中硫原子是sp2杂化，是V形结构，有1对孤对电子。
6．有关原子杂化的说法正确的是( )
A．空间构型是正四面体的分子，中心原子都是以sp3杂化
B．苯分子中的碳原子以sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道也形成σ键
C．乙烯分子的碳原子以sp2杂化，其中，C—H之间是以sp2杂化轨道形成的σ键，C—C之间除了以sp2杂化轨道形成σ键外，未参加杂化的2p轨道也形成π键
D．只要分子的中心原子的杂化类型相同，分子的键角就一定相同
【答案】C
【解析】A项，比如白磷分子虽然为正四面体，但却不发生杂化；B项，苯分子中的碳原子发生sp2杂化，碳原子之间以sp2杂化轨道形成σ键，每个碳原子上的未杂化的2p轨道重叠形成π键；D项，分子的中心原子的杂化类型相同，比如都是以sp3杂化的分子，由于中心原子上的孤对电子不同，对杂化轨道的排斥能力不同，导致分子的键角不同。
7．下列分子的空间构型是正四面体形的是( )
①CH4 ②NH3 ③CF4 ④SiH4 ⑤C2H4 ⑥CO2
A．①②③ B．①③④ C．②④⑤ D．①③⑤
【答案】B
【解析】C原子与Si原子的价电子层都是ns2np2结构，参与成键时都是形成了4个sp3杂化轨道，故它们形成的①CH4，③CF4和④SiH4的空间构型都是正四面体形。而NH3为三角锥形，C2H4为平面形，CO2为直线形。
8．已知次氯酸分子的结构式为H—O—Cl，下列有关说法正确的是( )
A．O原子发生sp杂化
B．O原子与H、Cl都形成σ键
C．该分子为直线形分子
D．该分子电子式是
【答案】B
【解析】HClO分子的结构式为H—O—Cl，O原子应为sp3杂化，形成4个杂化轨道，其中有2个是孤对电子，另2个杂化轨道分别与H原子和Cl原子各形成1个σ键。因为O原子是sp3杂化，所以分子构型为V形，其电子式为，故B项正确。
9．甲烷中的碳原子采用sp3杂化，下列用*标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是( )
A．CHCH2CH3 B．*CH2===CHCH3
C．CH2===*CHCH2CH3 D．HC≡*CCH3
【答案】A
【解析】CH4中碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化。A项，亚甲基碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化；B、C项，C===C中的不饱和碳原子采用sp2杂化；D项，C≡C中的不饱和碳原子采用sp杂化。A项符合题意。
10．下列有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时，能重新组合成能量相等的新轨道
B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等
C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、能量最低原则
C．CH4分子中两个sp3杂化轨道的夹角为109.5°
【答案】B
【解析】轨道数目杂化前后一定相等。
11．下列有关sp2杂化轨道的说法错误的是( )
A．由同一能层上的s轨道与p轨道杂化而成
B．共有3个能量相同的杂化轨道
C．每个sp2杂化轨道中s能级成分占三分之一
D．sp2杂化轨道最多可形成2个σ键
【答案】D
【解析】同一能层上s轨道与p轨道的能量差异不是很大，相互杂化的轨道的能量差异也不能过大，A项正确；同种类型的杂化轨道能量相同，B项正确；sp2杂化轨道是由一个s轨道与2个p轨道杂化而成的，C项正确；sp2杂化轨道最多可形成3个σ键，D项错误。
12．sp3杂化形成的AB4型分子的立体构型为( )
A．平面四边形 B．正四面体形 C．四角锥形 D．平面三角形
【答案】B
【解析】sp3杂化形成的AB4型分子的立体构型应该为正四面体形，例如甲烷、四氯化碳等。
13．(1)对于CH4、NH3、H2O三分子，中心原子都采用________杂化，键角由大到小顺序是________。
(2)对于H2O、BeCl2、BF3、C2H2、C2H4、CH4、C6H6、NH3、CO2等分子，中心原子采用sp杂化的：________，sp2杂化的：________，sp3杂化的：________。
【答案】(1)sp3 CH4＞NH3＞H2O
(2)BeCl2、C2H2、CO2 BF3、C2H4、C6H6 CH4 H2O NH3
1．下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A．所有原子轨道都参与杂化
B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D．杂化轨道中不一定有电子
【答案】A
【解析】参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s轨道与2s、2p轨道能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A项错误，B项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项正确。
2．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A. CS2与C6H6 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4
【答案】B
【解析】A项，CS2：S===C===S，C原子采用sp杂化，C6H6：，C原子采用sp2杂化；B项，CH4和NH3分子中C、N原子均采用sp3杂化；C项，BeCl2分子中Be原子为sp杂化，BF3分子中B原子为sp2杂化；D项，C2H2分子中C原子为sp杂化，C2H4分子中C原子为sp2杂化。
3．下列粒子空间构型和中心原子杂化方式都正确的是( )
A．CH2Cl2、正四面体、sp3 B．H2O、V形、sp2
C．BCl3、平面三角形、sp2 D．、三角锥形、sp3
【答案】C
【解析】A项，CH2Cl2中心原子C与H和Cl形成4个共价键，采取sp3，分子构型为四面体、，故A错误；B项，H2O中心原子的价层电子对为4，有两对孤电子对，采取sp3，分子构型为V形，故B错误；C项，BCl3中心原子的价层电子对为3，采取sp2，分子构型为平面三角形，故C正确；D项，NH4+中心原子的价层电子对为4，采取sp3，分子构型为正四面体形，故D错误；故选C。
4．鲍林是两位获得诺贝尔奖不同奖项的人之一，杂化轨道是鲍林为了解释分子的立体结构提出的。下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是( )
A．sp杂化轨道的夹角最大 B．sp2杂化轨道的夹角最大
C．sp3杂化轨道的夹角最大 D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
【答案】A
【解析】sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°。
5．关于原子轨道的说法正确的是( )
A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其空间结构都是正四面体形
B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的
C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道
D．凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
【答案】C
【解析】中心原子采取sp3杂化，分子的空间结构可能为正四面体形，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构不是正四面体形。CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的。AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。
6．如图在乙烯分子中有5个σ键、一个π键，它们分别是( )
A．sp2杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键
B．sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键
C．C—H之间是sp2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sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
【答案】A
【解析】乙烯分子中每个碳原子均采取sp2杂化，其中杂化轨道形成5个σ键，未杂化的2p轨道形成π键。
7．了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关于有机物分子的成键方式的描述不正确的是( )
A．烷烃分子中碳原子均采用sp3杂化成键
B．炔烃分子中的碳碳叁键由1个σ键、2个π键组成
C．苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化成键，苯环中存在6个碳原子共有的大π键
D．甲苯分子中所有碳原子均采用sp2杂化成键
【答案】D
【解析】甲苯分子中，苯环上的碳原子都采用sp2杂化，但甲基上的碳原子采用sp3杂化，D错。
8．甲烷分子(CH4)失去一个H＋，形成甲基阴离子(CH)，在这个过程中，下列描述不合理的是( )
A．碳原子的杂化类型发生了改变 B．微粒的形状发生了改变
C．微粒的稳定性发生了改变 D．微粒中的键角发生了改变
【答案】A
【解析】CH4为正四面体结构，而CH为三角锥形结构，形状、键角、稳定性均发生改变，但杂化类型不变，仍是sp3杂化。
9．下列粒子的空间构型不同于其他三个的是( )
A．气态SeO3 B．气态SO3 C．SO32- D．NO3-
【答案】C
【解析】A项，SeO3中Se是sp2杂化，形成3个等价sp2轨道，键角120°，与氧形成一个键，并且和氧原子p轨道p-π共轭形成4中心6电子的离域大π键，为平面三角形结构；B项，三氧化硫中硫是sp2杂化，形成3个等价sp2轨道，键角120°，与氧形成一个键，并且和氧原子p轨道p-π共轭形成4中心6电子的离域大π键，为平面三角形结构；C项，亚硫酸根离子中的硫采用的是sp3杂化，空间构型为三角锥形；D项，硝酸根离子中N和O都是sp2杂化，N在中间，O位于三角形顶点，为平面三角形；空间构型不同于其他三个的是SO32-，故选C。
10．NO2+、NO2-、N2O、NO3-都是重要的含氮微粒。下列说法错误的是( )
A．NO2+与CS2互为等电子体 B．NO2-中心原子采取sp2杂化
C．键角：NO2+＞NO3-＞NO2- D．N2O的空间结构为角形
【答案】D
【解析】A项，NO2+与CS2所含原子数相同，价电子数均为16，互为等电子体，故A正确；B项，NO2-中心N原子的价层电子对数，N原子采取sp2杂化，故B正确；C项，NO2+中心N原子的价层电子对数，N 原子采取sp杂化，离子呈直线形；NO3-中心N原子的价层电子对数，N 原子采取sp2杂化，离子呈平面三角形；NO2-中心N原子的价层电子对数，N原子采取sp2杂化，且存在一对孤对电子，其键角小于NO3-，故知三种离子键角NO2+＞NO3-＞NO2-，故C正确；D项，N2O与CO2互为等电子体，其构型与CO2相同呈直线形，故D错误；故选D。
11．指出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。
(1)CO2分子中的C为_____杂化，分子的结构式为_____，空间构型为___；
(2)CH2O分子中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________；
(3)CF4分子中的C为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________；
(4)H2S分子中的S为________杂化，分子的结构式为________，空间构型为________。
【答案】(1)sp O===C===O 直线形
(2)sp2 平面三角形
(3)sp3 正四面体形
(4)sp3 H—S—H V形
【解析】解答本题应首先通过资料或所学知识掌握各分子的杂化轨道类型或分子空间构型，然后再推断其他问题。杂化轨道类型决定了分子(或离子)的空间构型，如sp2杂化轨道的键角为120°，空间构型为平面三角形。因此，也可根据分子的空间构型确定分子(或离子)中杂化轨道的类型，如CO2为直线形分子，因此分子中杂化轨道类型为sp杂化。
12．元素X和Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。
(1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置分别为________、________。
(2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式_______；该分子的中心原子以_______杂化，分子构型为_______。
(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以________杂化，分子构型为________。
(4)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子构型为V形的是________(写分子式)。
【答案】(1)第2周期ⅥA族 第3周期ⅥA族
(2)SO2 sp2 V形
(3)SO3 sp2 平面三角形
(4)H2O2 H2O
【解析】根据氢化物化学式H2X，知×100%＝88.9%，M(X)≈16。可推知，X的相对原子质量为16，则Y为S，其氧化物分别为SO2、SO3，根据杂化轨道理论易确定其分子构型、极性。X元素为O，与氢元素形成两种化合物H2O和H2O2，其中H2O的分子构型为V形，H2O2分子中含有非极性键“—O—O—”。
