2.2 分子的空间结构【考试必过】化学人教版选择性必修2

2.2 分子的空间结构 一、单选题（每题只有一个正确答案，每题3分，共42分） 1．不能够测定分子结构和化学键的方法是 A．质谱法 B．红外光谱 C．紫外光谱 D．核磁共振氢谱 2．下列微粒中，含有孤电子对的是 A． B． C． D． 3．下列图形表示杂化轨道的电子云轮廓图的是 A． B． C． D． 4．用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是 A．CH4与CH2Cl2均为正四面体 B．BeCl2与SO2为直线形 C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO与CO为平面三角形 5．确定的模型与空间结构，判断下列说法中正确的是 A．的键电子对数分别为2、3、4 B．的中心原子上的价层电子对数均为4，所以空间结构均为正四面体 C．分子的键角为 D．的模型与空间结构相同 6．有关杂化轨道理论的说法不正确的是 A．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180° C．四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道解释 D．杂化轨道全部参加形成化学键 7．简单分子的空间结构可以用价层电子对互斥模型预测，用杂化轨道理论解释。下列表格中说法错误的是 选项 分子 中心原子的价层电子对数 VSEPR模型 空间结构 中心原子的杂化轨道类型 A 4 四面体形 V形 B 3 四面体形 三角锥形 C HCN 2 直线形 直线形 sp D 3 平面三角形 平面三角形 8．下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是 A．H2O B．HCl C． D．PCl3 9．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 10．下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 选项 粒子 空间结构 解释 A 三氟化硼（） 直线形 B原子采取杂化 B 二氧化硫（） V形 S原子采取杂化 C 碳酸根离子（） 三角锥形 C原子采取杂化 D 乙炔（） 直线形 C原子采取杂化且C原子的价电子均参与成键 11．下列分子中，杂化类型相同，空间结构也相同的是 A．H2O、SO2 B．BeCl2、CO2 C．H2O、NH3 D．NH3、HCHO 12．从微粒结构角度分析，下列说法错误的是 A．N的空间结构为直线形，中心原子的杂化方式为sp B．H2CO3中C原子的杂化方式为sp2 C．S2O(S2O相当于SO中一个氧被硫替代)中心原子S的杂化方式为sp3 D．三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体( )两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同 13．下列关于原子轨道的说法正确的是 A．杂化轨道形成共价键时，只能形成σ键不能形成π键 B．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 C．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 D．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 14．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 二、非选择题（共4小题，共58分） 15．（16分）试回答下列问题： （1）指出下列分子或离子的空间构型： ；CS2 。 （2）有两种活性反应中间体微粒，它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据如图所示的两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：A ；B 。 （3）按要求写出由第2周期非金属主族元素原子构成的分子的化学式： 平面三角形分子 ，三角锥形分子 ，正四面体形分子 。 （4）下列微粒的键角由大到小的顺序为 (填序号)。 ①HCN　②SiF4　③SCl2　④　⑤H3O＋ 16．（12分）试回答下列问题： （1）利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的立体构型： SeO3 ；SCl2 ；NO ； （2）利用价层电子对互斥理论推断键角的大小： ①甲醛中H—C—H的键角 120°(填“>”、“＜”或“=”，下同)； ②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角 120°； ③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角 109.5°。 17．（14分）回答下列问题 （1）在分子中，的键角是 ，硼原子的杂化轨道类型为 。和过量作用可生成，的空间构型为 。 （2）肼()分子可视为分子中的一个氢原子被(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。分子的空间构型是 ；分子中氮原子轨道的杂化类型是 。 （3）可与形成，中氧原子采用 杂化。中键角比中键角大，原因为 。 18．（16分）甲醇()空气氧化法是生产工业甲醛()的常用方法。发生反应为 2+ （1）的中心原子上的孤电子对数为 。 （2）分子内σ键与π键个数之比为 。 （3）的空间结构为 。 （4）分子中碳原子的杂化轨道类型为 。 （5）甲醇氧化生成时，会产生、、等副产物。相同条件下，的沸点比的高，主要原因为 。 （6）工业上利用甲醛易溶于水的性质吸收产品，解释甲醛易溶于水的原因： 。 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.2 分子的空间结构 一、单选题（每题只有一个正确答案，每题3分，共42分） 1．不能够测定分子结构和化学键的方法是 A．质谱法 B．红外光谱 C．紫外光谱 D．核磁共振氢谱 【答案】A 【解析】A．利用质谱仪可以测定分子的相对分子质量，A错误；B．通过红外光谱可以测定物质所含化学键及官能团，能够测定分子结构和化学键，B正确；C．利用紫外光谱可鉴别物质是否含共轭体系或测定芳香结构，能够测定分子结构和化学键，C正确；D．核磁共振氢谱可以反映等效氢的种类及相对数目，能够测定分子结构和化学键，D正确； 故选A。 2．下列微粒中，含有孤电子对的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．的中心原子孤电子对数=(4-41)=0，无孤对电子，A错误；B．的中心原子孤电子对数=(6-21)=2，有2对孤对电子，B正确；C．的中心原子孤电子对数=(4-41)=0，无孤对电子，C错误；D．的中心原子孤电子对数=(5-1-41)=0，无孤对电子，D错误；答案选B。 3．下列图形表示杂化轨道的电子云轮廓图的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．该杂化轨道的空间结构为直线形，夹角为180°，共有2个杂化轨道，为杂化，故A错误；B．未形成杂化轨道，故B错误；C．杂化轨道的空间结构为正四面体形，共有4个杂化轨道，为杂化，故C错误；D．杂化轨道的空间结构为平面三角形，夹角为120°，共有3个杂化轨道，为杂化，故D正确；故选D。 4．用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是 A．CH4与CH2Cl2均为正四面体 B．BeCl2与SO2为直线形 C．BF3与PCl3为三角锥形 D．NO与CO为平面三角形 【答案】D 【解析】A．CH4分子中价层电子对个数= ，采用sp3杂化，不含孤电子对，所以其空间构型为正四面体，CH2Cl2分子中价层电子对个数=，采用sp3杂化，不含孤电子对，有H和Cl，所以其空间构型为四面体，A错误；B．BeCl2分子中价层电子对个数= ，采用sp杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为直线型结构，SO2分子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，含1个孤电子对，所以其空间构型为V形结构，B错误；C．BF3分子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，PCl3分子中价层电子对个数= ，采用sp3杂化，且含1个孤电子对，所以其空间构型为三角锥形结构，C错误；D． 离子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构， 离子中价层电子对个数= ，采用sp2杂化，且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形结构，D正确；故选D。 5．确定的模型与空间结构，判断下列说法中正确的是 A．的键电子对数分别为2、3、4 B．的中心原子上的价层电子对数均为4，所以空间结构均为正四面体 C．分子的键角为 D．的模型与空间结构相同 【答案】A 【解析】分子中C原子的价层电子对数为，不含孤电子对，所以是直线形结构；分子中P原子的价层电子对数为，孤电子对数为1，所以为三角锥形结构；的中心原子P原子的价层电子对数为，不含孤电子对，所以是正四面体形；A．分别形成2、3、4个共价键，键电子对数分别为2、3、4，故A正确；B．为直线形(键角为)、为正四面体形(键角为)；由于中心原子上存在1个孤电子对，为三角锥形，故B错误；C．为直线形，键角为，故C错误；D．的中心原子上的孤电子对数分别为0、1、0，与的模型与空间结构相同，分别为直线形、正四面体形；由于中心原子上存在1个孤电子对，模型是四面体形，的空间结构为三角锥形，故D错误；故选A。 6．有关杂化轨道理论的说法不正确的是 A．杂化前后的轨道数不变，但轨道的形状发生了改变 B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180° C．四面体形、三角锥形的结构可以用sp3杂化轨道解释 D．杂化轨道全部参加形成化学键 【答案】D 【解析】A．杂化前后的轨道数不变，各杂化轨道尽可能分散、对称分布，导致轨道的形状发生了改变，故A正确；B．sp3、sp2、sp杂化轨道的空间构型分别是正四面体型、平面三角形、直线形，所以其夹角分别为109.5°、120°、180°，故B正确；C．四面体型(4条共价键，无孤电子对)、三角锥型(3条共价键，1孤电子对)、V形分子(2条共价键，2孤电子对)的结构均为用sp3杂化轨，故C正确；D．杂化轨道可以部分参与形成化学键，如NH3分子中形成了 4个sp3杂化轨道，但是只有3个参与形成化学键，故D错误；答案选D。 7．简单分子的空间结构可以用价层电子对互斥模型预测，用杂化轨道理论解释。下列表格中说法错误的是 选项 分子 中心原子的价层电子对数 VSEPR模型 空间结构 中心原子的杂化轨道类型 A 4 四面体形 V形 B 3 四面体形 三角锥形 C HCN 2 直线形 直线形 sp D 3 平面三角形 平面三角形 【答案】B 【解析】根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对个数=配原子个数+孤电子对个数。A．中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为四面体形，有2对孤电子对，分子的立体构型为V形，杂化方式为，选项A正确；B．中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为四面体形，有1对孤电子对，分子的立体构型为三角锥，杂化方式为，选项B错误；C．HCN中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为直线形，无孤电子对，分子的立体构型为直线形，杂化方式为sp，选项C正确；D．中心原子价层电子对数为，VSEPR模型为平面三角形，无孤对电子，分子的立体构型为平面三角形，杂化方式为，选项D正确；故选B。 8．下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是 A．H2O B．HCl C． D．PCl3 【答案】A 【解析】A．氧原子未成键的价电子对=2，氧原子有两对未成键的价电子对；B．HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；C．氮原子未成键的价电子对=0，的中心原子的价电子全部参与成键；D．磷原子未成键的价电子对=1，磷原子有一对未成键的价电子对；未用于成键的价电子对最多的是A，故答案选A。 9．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】由于p能级含有3个轨道，所以s轨道和p轨道杂化的类型可以是sp杂化、sp2杂化、sp3杂化，不可能是sp4杂化；答案选D。 10．下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是 选项 粒子 空间结构 解释 A 三氟化硼（） 直线形 B原子采取杂化 B 二氧化硫（） V形 S原子采取杂化 C 碳酸根离子（） 三角锥形 C原子采取杂化 D 乙炔（） 直线形 C原子采取杂化且C原子的价电子均参与成键 【答案】D 【解析】A．中B原子的价层电子对数，不含孤电子对，杂化轨道数为3，采取杂化，空间结构为平面三角形，A错误；B．中S原子的价层电子对数，弧电子对数为1，杂化轨道数为3，采取杂化，空间结构为V形，B错误：C．中C原子的价层电子对数，不含孤电子对，杂化轨道数为3，采取杂化，空间结构为平面三角形，C错误；D．中C原子采取杂化，且C原子的价电子均参与成键，空间结构为直线形，D正确；答案选D。 11．下列分子中，杂化类型相同，空间结构也相同的是 A．H2O、SO2 B．BeCl2、CO2 C．H2O、NH3 D．NH3、HCHO 【答案】B 【解析】A．水中O原子价层电子对数为4，采取sp3杂化方式，含有的孤对电子对数＝(6-2×1)÷2＝2，水是V形结构；SO2中S原子价层电子对数为3，采取 sp2杂化方式，含有的孤对电子对数＝(6-2×2)÷2=1，SO2是V形结构，A不符合题意；B．Be原子是sp杂化，是直线形结构，CO2是直线形结构，碳原子是sp杂化，B符合题意；C．氨气中氮原子是sp3杂化，含有1对孤对电子，因此氨气是三角锥形结构，C不符合题意；D．甲醛中碳原子是sp2杂化，属于平面形结构，D不符合题意；故选：B。 12．从微粒结构角度分析，下列说法错误的是 A．N的空间结构为直线形，中心原子的杂化方式为sp B．H2CO3中C原子的杂化方式为sp2 C．S2O(S2O相当于SO中一个氧被硫替代)中心原子S的杂化方式为sp3 D．三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体( )两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同 【答案】D 【解析】A．N的空间结构为直线形，中心N原子价层电子对数为2+=2，所以N原子的杂化方式为sp杂化，A正确；B．H2CO3中C原子的价层电子对数为3+=3，因此C原子的杂化方式为sp2杂化，B正确；C．S2O(S2O相当于SO中一个氧被硫替代)中心原子S的价层电子对数为4+=4，因此S原子杂化方式为sp3杂化，C正确；D．SO3分子中的中心S原子价层电子对数为3+=3，则其中S原子杂化类型为sp2杂化；而三聚分子中每个S原子价层电子对数都是4个，所以其中S原子杂化类型是sp3杂化，两种形式中S原子的杂化轨道类型不相同，D错误；故合理选项是D。 13．下列关于原子轨道的说法正确的是 A．杂化轨道形成共价键时，只能形成σ键不能形成π键 B．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 C．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 D．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 【答案】A 【解析】A．杂化轨道形成共价键时，只能形成键，键由未杂化的p轨道形成（如乙烯中的双键），A正确；B．型分子中，的中心原子B采用杂化而非，B错误；C．杂化的分子可能因孤电子对导致结构变形（如为三角锥形，为V形），C错误；D．的杂化是C原子自身和轨道混合形成，与H的轨道无关，D错误；故选A。 14．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．白磷分子虽然为正四面体，但每个P原子并非是中心原子，故不发生杂化，A错误；B．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轨道重叠形成大π键，B错误；C．乙烯分子中，每个碳原子采用sp2杂化，三个sp2杂化轨道形成两个C—H σ键和一个C—C σ键，未杂化的2p轨道侧向重叠形成C—C π键，C正确；D．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数不同，对杂化轨道的排斥能力不同，导致分子的键角不同，D错误； 故选C。 二、非选择题（共4小题，共58分） 15．（16分）试回答下列问题： （1）指出下列分子或离子的空间构型： ；CS2 。 （2）有两种活性反应中间体微粒，它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据如图所示的两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：A ；B 。 （3）按要求写出由第2周期非金属主族元素原子构成的分子的化学式： 平面三角形分子 ，三角锥形分子 ，正四面体形分子 。 （4）下列微粒的键角由大到小的顺序为 (填序号)。 ①HCN　②SiF4　③SCl2　④　⑤H3O＋ 【答案】（1） 正四面体形 （2分） 直线形（2分） （2） CH（2分） CH（2分） （3） BF3 （2分） NF3 （2分） CF4（2分） （4）①④②⑤③（2分） 【解析】（1）中P原子采取sp3杂化，空间构型为正四面体形；CS2中S原子采取sp杂化，分子的空间构型与CO2一样，直线形。故答案为：正四面体形；直线形； （2）A含有1个碳原子和3个氢原子且为平面结构的微粒应该是CH，中心碳原子采取sp2杂化；B含有1个碳原子和3个氢原子且为三角锥形结构的微粒应该是CH，中心碳原子采取sp3杂化。故答案为：CH；CH； （3）第2周期的五种非金属主族元素原子B、C、N、O、F构成的分子中，平面三角形分子为BF3，三角锥形分子为NF3，正四面体形分子为CF4.。故答案为：BF3；NF3；CF4； （4）①HCN为直线形分子(中心碳原子采取sp杂化)，键角为180°；②SiF4为正四面体形结构，键角为109.5°；③SCl2为V形结构，键角接近104.5°；④为平面三角形结构，键角为120°；⑤H3O＋为三角锥形结构，键角接近107.3°。所以键角由大到小的顺序为①④②⑤③。故答案为：①④②⑤③。 16．（12分）试回答下列问题： （1）利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的立体构型： SeO3 ；SCl2 ；NO ； （2）利用价层电子对互斥理论推断键角的大小： ①甲醛中H—C—H的键角 120°(填“>”、“＜”或“=”，下同)； ②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角 120°； ③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角 109.5°。 【答案】（1） 平面三角形 （2分） V形（2分） 直线形（2分） （2） ＜ （2分） ＜ （2分） ＜（2分） 【解析】（1）分子中，Se的价电子数为： ，没有孤电子，为平面三角形；分子中S的价电子数为：，孤电子对为2，为V形；中的N原子，价电子数为：，孤电子对为0，为直线型； （2）甲醛为平面形分子，由于C=O与C—H之间的排斥作用大于2个C—H之间的排斥作用，所以甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角小于120°；SnBr2分子中，Sn原子的价电子对数目是，成键电子对数＝2，孤电子对数＝1，由于孤电子对与Sn—Br键的排斥作用大于Sn—Br键之间的排斥作用，故Br—Sn—Br的键角＜120°；PCl3分子中，P的价层电子对数为，含有1对孤电子对，由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用大于P—Cl键之间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109.5°。 17．（14分）回答下列问题 （1）在分子中，的键角是 ，硼原子的杂化轨道类型为 。和过量作用可生成，的空间构型为 。 （2）肼()分子可视为分子中的一个氢原子被(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。分子的空间构型是 ；分子中氮原子轨道的杂化类型是 。 （3）可与形成，中氧原子采用 杂化。中键角比中键角大，原因为 。 【答案】 （1） 120° （2分） sp2 （2分） 正四面体形（2分） （2） 三角锥形 （2分） sp3（2分） （3） sp3 （2分） H2O中氧原子有2对孤电子对，H3O＋中氧原子只有1对孤电子对，排斥力较小（2分） 【解析】 （1）BF3的价层电子对数为3，B原子采用sp2杂化，B原子上没有孤电子对，则BF3的分子构型为平面三角形，F-B-F的键角为120°，中B原子价层电子对数为4，B原子采用sp3杂化，没有孤电子对，则BF为正四面体； （2）NH3分子中心原子N的价层电子对数为，N原子采用sp3杂化，分子构型为三角锥形；N2H4中氮原子与NH3中氮原子杂化类型相同，均为sp3 杂化； （3）H3O+中价层电子对数为，O采用sp3杂化。H3O+中H-O-H键角比H2O中H-O-H键角大，因为H2O中氧原子有2对孤电子对，H3O+中氧原子只有1对孤电子对，排斥力较小。 18．（16分）甲醇()空气氧化法是生产工业甲醛()的常用方法。发生反应为 2+ （1）的中心原子上的孤电子对数为 。 （2）分子内σ键与π键个数之比为 。 （3）的空间结构为 。 （4）分子中碳原子的杂化轨道类型为 。 （5）甲醇氧化生成时，会产生、、等副产物。相同条件下，的沸点比的高，主要原因为 。 （6）工业上利用甲醛易溶于水的性质吸收产品，解释甲醛易溶于水的原因： 。 【答案】（1）2（3分） （2）3:1（3分） （3）平面三角形（3分） （4）sp2（3分） （5）CO2和O2都属于分子晶体，CO2相对分子质量大，范德华力强（2分） （6）甲醛分子与水分子能形成分子间氢键（2分） 【解析】（1）根据价电子对互斥理论可以求得的中心原子O上的孤电子对数为； （2）单键为σ键，双键中有1个σ键1个π键，根据分子的结构式可知，分子中σ键与π键个数之比为3:1； （3）HCHO分子中中心碳原子形成3个σ键，无孤对电子，其价层电子对数为：3，该分子为平面三角形； （4）HCHO分子中中心碳原子形成3个σ键，无孤对电子，碳原子的杂化轨道类型为sp2； （5）CO2的沸点比O2的高，主要原因为CO2和O2都属于分子晶体，CO2相对分子质量大，范德华力强； （6）甲醛与水分子之间能形成氢键，使得甲醛易溶于水。 学科网（北京）股份有限公司 $