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第1课时 分子的空间构型
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(每小题5分，共55分)
1．氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的几何构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是( )
A．三角锥型、sp3 B．V形、sp3
C．平面三角形、sp2 D．三角锥型、sp2
解析：氯化亚砜(SOCl2)中心原子S的价电子对为＝4，所以杂化类型为sp3，含一对孤电子，所以结构为三角锥型。故选A。
答案：A
2．下列对分子结构叙述正确的是( )
A．H2O2分子中，两个O之间形成2对共用电子对
B．N2的电子式是N⋮⋮N
C．CO2和CS2都是直线形分子
D．白磷和甲烷都是正四面体型，键角都是109°28′
解析：H2O2分子中，两个O之间形成一对共用电子对，A错；N2的电子式为N⋮⋮N，B错；CO2和CS2中中心碳原子以sp杂化，形成直线形分子，C正确；白磷和甲烷都是正四面体型，而白磷的键角为60°，D错。
答案：C
3．已知H2O分子的键角为104.5°，请推测水分子中氧原子的成键方式为( )
A．氧原子采用sp杂化；两个sp杂化轨道与两个氢原子形成两个σ键
B．氧原子采用sp2杂化；两个sp2杂化轨道与两个氢原子形成两个σ键
C．氧原子用两个2p轨道与两个氢原子形成两个σ键
D．氧原子采用sp3杂化；两个sp3杂化轨道与两个氢原子形成两个σ键
解析：水分子的键角是104.5°，一般sp3杂化轨道的键角都是109.5°，但是水分子中还有剩余的两对孤电子对，对形成σ键的电子云有排斥的作用，所以水的键角是104.5°，故采用sp3杂化。
答案：D
4．下列物质中既有极性键，又有非极性键的非极性分子是( )
A．二氧化碳 B．四氯化碳
C．双氧水 D．乙炔
解析：二氧化碳分子中只有极性键，A错误；四氯化碳分子中只有极性键，B错误； 双氧水分子中既有极性键，又有非极性键，但其为极性分子，C错误；乙炔中既有极性键，又有非极性键，其分子结构对称且四原子共线，故其为非极性分子，D正确。
答案：D
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几何构型都是正四面体
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近的新轨道
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
解析：中心原子采取sp3杂化的分子，根据孤电子对占据杂化轨道数目的多少，其分子构型可以呈现V形(H2O)，三角锥型(NH3)，A错；形成CH4时，碳原子的sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的2s轨道和3个2p轨道杂化形成，与氢原子结合时，四个杂化轨道分别和四个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H σ键，B错；形成BF3时，硼原子采用sp2杂化，D错；故C正确。
答案：C
6．CH、—CH3、CH都是重要的有机反应中间体，有关它们的说法错误的是( )
A．它们互为等电子体，碳原子均采取sp2杂化
B．CH与NH3、H3O＋互为等电子体，几何构型均为三角锥型
C．CH中的碳原子采取sp2杂化，所有原子均共面
D．两个—CH3或一个CH和一个CH结合均可得到CH3CH3
解析：CH、—CH3、CH分别具有6个、7个和8个价电子，电子总数分别是：8个、9个和10个，它们不是等电子体，A错误；CH与NH3、H3O＋均具有8个价电子、4个原子，互为等电子体，几何构型均为三角锥型，B正确；根据价层电子对互斥模型，CH中C原子的价电子对数为3 ，碳原子采取sp2杂化，其空间构型是平面三角形，C正确；两个—CH3或一个CH和CH结合都能得到CH3CH3, D正确。故选A。
答案：A
7．科学家最近研制出可望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法正确的是( )
A．分子中N、O间形成的共价键是非极性键
B．分子中四个氮原子共平面
C．该分子中的中心氮原子采取sp3杂化
D．15.2 g该物质含有6.02×1022个原子
解析：根据该分子的N—N—N键角是108.1°可知，中心氮原子与其相连的3个氮原子形成三角锥型，即中心氮原子采取sp3杂化，B错，C正确；分子中N、O间形成极性键，A错；15.2 g该物质为0.1 mol，含有原子数为0.1 mol×10×6.02×1023 mol－1＝6.02×1023，D错。
答案：C
8．已知具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构，这一原理称为“等电子原理”。根据等电子原理，下列各组粒子结构不相似的是( )
A．BCl3和PH3 B．NH和CH4
C．NO和CO D．CO2和N2O
解析：BCl3为平面正三角形，PH3为三角锥型，A错；NH和CH4均为正四面体，B正确；NO和CO均为平面正三角形，C正确；CO2和N2O均为直线形，D正确。
答案：A
9．预测H2S 和BF3的立体结构，两个结论都正确的是( )
A．V形；平面三角形
B．V 形；三角锥型
C．直线形；平面三角形
D．直线形； 三角锥型
解析：H2S中中心原子S有2个σ键，孤电子对数为(6－2×1)/2＝2，价层电子对数为4，空间构型为V形；BF3中中心原子B有3个σ键，孤电子对数为(3－3×1)/2＝0，价层电子对数为3，空间构型为平面三角形，故选A。
答案：A
10．“笑气”(N2O)是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。下列说法合理的是( )
A．依据等电子原理N2O与SiO2分子具有相似的结构(包括电子式)
B．已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则N2O的电子式可表示：
C．N2O与CO2互为等电子体，因此不含非极性键
D．N2O为三角形分子
解析：依据等电子原理N2O与CO2分子具有相似的结构，则N2O的电子式，为直线形分子，含有N===N的非极性键，故B正确。
答案：B
11．甲醛(H2C===O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)，以下说法中不正确的是( )
A．甲醇分子内C原子的杂化方式为sp3杂化
B．甲醇分子内O—C—H键角大于甲醛分子内的O—C—H 键角
C．甲醇分子内C原子上无孤电子对
D．甲醇分子两个C—H键夹角小于120°
解析：CH3OH分子中心C原子的价电子对数为4，采取sp3杂化，A正确；甲醇分子是四面体结构，O—C—H键角约为110°，甲醛分子是平面三角形，O—C—H键角约为120°，即前者小于后者，B错；甲醛分子内C原子的4个价电子全部参与成键，无孤电子对，C正确；甲醛分子内的羰基氧原子有孤电子对对成键电子的排斥，使得两个C—H键夹角小于120°，D正确。
答案：B
二、非选择题(共45分)
12．(12分)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采取________杂化，分子的结构式________，空间构型________。
(2)CH2O分子中的C采取________杂化，分子的结构式________，空间构型________。
(3)CH4分子中的C采取________杂化，分子的结构式________，空间构型________。
(4)H2S分子中的S采取________杂化，分子的结构式________，空间构型________。
解析：杂化轨道所用原子轨道的能量相近，且杂化轨道只能用于形成σ键，剩余的p轨道还可以形成π键。杂化轨道类型决定了分子(或离子)的空间构型，CO2分子中心原子以sp杂化，键角为180°，为直线形分子；CH2O分子中中心原子以sp2杂化，键角为120°，为平面形分子；CH4、H2S分子中中心原子均以sp3杂化，键角应为109.5°，且为正四面体型，但由于H2S分子中中心原子还有2对孤电子对，对σ键电子云有排斥作用，使得H2S空间构型为V形。
答案：(1)sp O===C===O 直线形
13．(9分)下表为元素周期表中前四周期的部分元素，表中所列的字母分别代表一种化学元素，根据要求回答下列各题：
(1)元素非金属性强弱比较有很多方法，其中f和j的非金属性强弱的研究方案中不可行的是________(填序号)。
a．比较两种单质的颜色
b．比较氢化物的稳定性
c．依据两元素在周期表的位置
d．比较电负性
e．比较最高价氧化物对应水化物的酸性
(2)①元素i的氢化物分子属于________(填“极性”或“非极性”)分子，其分子的空间构型为________，该氢化物分子中i原子轨道的杂化类型是________； 由i与e形成的ie离子，其空间构型为______________(用文字描述)。
②已知cd－ 与 d2 结构相似，1 mol cd－ 中π键数目为________，由d形成的离子d与CO2互为等电子体，则d的分子构型为________。
③f2通入稀NaOH溶液中可生成Of2，Of2分子构型为________，其中氧原子的杂化方式为________。
④化合物j2e的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________。
解析：(1)颜色属于物理性质，不能比较非金属性强弱，a错误；非金属性越强，气态氢化物越稳定，可以比较非金属性强弱，b正确；f为F元素、j为Cl元素，同一主族元素，随着原子序数增大，元素的非金属性减弱，可以比较非金属性强弱，c正确；非金属性越强，电负性越大，可以比较非金属性强弱，d正确；f为F元素，无最高价氧化物对应的水化物，不能比较非金属性强弱，e错误。
(2)①H2S分子的中心原子价层电子对数为＝4，则S原子的杂化类型为sp3，孤电子对数为2，所以H2S分子的空间构型为V形，属于极性分子；SO的中心原子价层电子对数为＝4，孤电子对数为0，则SO的空间构型为正四面体。②1个N2分子中含有1个σ键和2个π键，CN－与N2的结构相似，则1 mol CN－中π键数目为2NA，CO2是直线形分子，N与CO2互为等电子体，则N的分子构型为直线形。③F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子的中心原子价层电子对数为＝4，孤电子对数为2，则其分子空间构型为V形，氧原子的杂化方式为sp3。④化合物Cl2O的中心原子价层对数为＝4，孤电子对数为2，则其立体构型为V形。
答案：(1)ae (2)①极性 V形 sp3 正四面体
②2NA 直线形 ③V形 sp3 ④V形 4
14．(15分)1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。
(1)根据上述原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：________和________；________和________。
(2)此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有：________、________；这些等电子体的微粒构型为________形。
(3)CS2、BeCl2(g)、NO具有相同的通式：AX2，它们的价电子总数都是16，因此，它们的结构与由第2周期两元素组成的________分子的结构相同，微粒呈________形，中心原子采取________杂化轨道。
(4)CO、NO等微粒具有相同的通式：________，它们的总价电子数都等于________，因此，它们与由ⅥA族两元素组成的________分子结构有相同，呈________形，中心原子都采取________杂化。
解析：根据等电子原理分析。
答案：(1)N2 CO CO2 N2O
(2)O3 SO2 V
(3)CO2 直线 sp
(4)AX3 24 SO3 平面三角形 sp2
15．(9分)20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子立体结构。其要点可以概括为：
Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥，均匀的分布在中心原子周围的空间；
Ⅱ.分子的立体构型是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为：ⅰ.孤电子对之间的斥力＞孤电子对与共用电子对之间的斥力＞共用电子对之间的斥力；ⅱ.双键与双键之间的斥力＞双键与单键之间的斥力＞单键与单键之间的斥力；ⅲ.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强；ⅳ.其他。
请仔细阅读上述材料，回答下列问题：
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：
n＋m
2
VSEPR理想模型
正四面体
价层电子对之间的理想键角
109°28′
(2)H2O分子的立体构型为：________，请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围________。
(3)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子，S===O之间以双键结合，S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的立体构型： _______________________________________________________________，
SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(填“<”“>”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。
(4)用价层电子对互斥理论(VSEPR)判断SO离子的空间构型：__________________。
解析：(1)AXnEm中n＋m＝2时，最理想的模型是直线形，键角为180°；若是正四面体，n＋m＝4。(2)水分子属于AX2E2，n＋m＝4，有两对孤电子对，应为V形，VSEPR理想模型为正四面体，价电子对之间的夹角均为109°28′，再根据Ⅲ中的ⅰ可知，H2O分子中O原子上的孤电子对的排斥作用使得∠H—O—H<109°28′。(3)SO2Cl2和SO2F2中n＋m＝4，分子的立体构型应是四面体型，根据Ⅲ中的ⅲ可知，F原子得电子能力大于Cl原子得电子能力，则S－F形成的共用电子对之间的斥力弱，形成的F—S—F的夹角越小，所以SO2Cl2中的∠Cl—S—Cl>SO2F2中的∠F—S—F。(4)SO的价
层电子对数为＝4，VSEPR的理想模型应为正四面体，但中心原子S上有一孤电子对，所以SO为三角锥型。
答案：(1)
n＋m
2
4
VSEPR理想模型
直线形
正四面体
价层电子对之间的理想键角
180°
109°28′
(2)V形 ∠H—O—H<109°28′ (3)四面体 > (4)三角锥型
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