2-2-3-杂化轨道理论(人教版2019选择性必修2)(解析版).docx

第二节 分子的空间结构
第3课时 杂化轨道理论
时间：40分钟
一、单选题(共40分)
1．白磷是一种能自燃的单质，其分子的球棍模型如图所示：，下列叙述错误的是（       ）
A．每个磷原子的价层电子对数为4，磷原子均为sp3杂化
B．每个磷原子形成3个σ键，磷原子为sp2杂化
C．1mol白磷中共含6mol非极性键
D．白磷的分子构型为正四面体形
【答案】B
【详解】A．由白磷分子的球棍模型如图所示，每个磷原子均形成了3个σ键，另外每个磷原子还有一对孤电子对，则每个磷原子的价层电子对数为4，磷原子均为sp3杂化，故A正确；
B．根据A项分析，每个磷原子形成3个σ键另外每个磷原子还有一对孤电子对，则每个磷原子的价层电子对数为4，磷原子为sp3杂化，故B错误；
C．由白磷分子的球棍模型如图所示，一个白磷分子含有6个非极性键，则1mol白磷中共含6mol非极性键，故C正确；
D．一个白磷的分子由4个磷原子构成，价层电子对数为4，磷原子为sp3杂化，空间构型为正四面体形，故D正确；
答案选B。
2．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空间结构和中心原子(S)采取的杂化方式的说法正确的是
A．三角锥形、sp3 B．平面三角形、sp3
C．平面三角形、sp2 D．三角锥形、sp2
【答案】A

【详解】根据价层电子对互斥模型确定微粒的空间结构，SOCl2中原子形成2个S-Cl键，1个S=O键，价层电子对数=σ键个数＋孤电子对数为：，杂化轨道数是4，故原子采取sp3杂化，由于中心S原子上有一个孤电子对，分子空间结构为三角锥形，故合理选项是A。
3．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
【详解】首先Br有7个电子，与C共用一个后有8个，所以是sp3杂化，成键时提供一个P轨道；而C首先有一个电子成π键，所以只有3个电子，是sp2杂化。所以选C。
【点睛】本题考查的是杂化轨道理论，难度中等判断中心原子的杂化轨道数是关键，
4．在SO2分子中，分子的立体构型为V形，S原子采用sp2杂化，那么SO2的键角
A．等于120° B．大于120°
C．小于120° D．等于180°
【答案】C
【详解】在SO2分子中，分子的空间结构为V形，S原子采用sp2杂化，由于在S原子上含有孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对的排斥作用，因此SO2的键角小于120°，故合理选项是C。
5．、、都是重要的有机反应中间体，下列说法不正确的是
A．碳原子均采取杂化 B．中所有原子共面
C．的空间结构为三角锥形 D．和结合可得到
【答案】A
【详解】A．和中碳原子采取杂化，A项错误；
B．中碳原子采取杂化，为平面三角形，所有原子共面，B项正确；
C．中C采取杂化，为三角锥形，C项正确；
D．和结合可得到，D项正确。
故选：A。
6．下列说法正确的是
①为V形分子
②的空间结构为平面三角形
③中有6对完全相同的成键电子对
④和的中心原子均采取杂化
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
【答案】C
【详解】①与的空间结构相同，均为直线形，错误；②中的价层电子对数，孤电子对数为1，则的空间结构为三角锥形，错误；③中含有6个S-F键，每个S-F键含有1对成键电子对，则分子中有6对完全相同的成键电子对，正确；④中的价层电子对数，中S的价层电子对数，则和的中心原子均采取杂化，正确；
故选C。
7．下列分子或离子中，其中心原子的杂化方式和分子或离子的空间结构均正确的是
A．：、直线形 B．：、三角锥形
C．：、V形 D．：、平面三角形
【答案】D
【详解】A．乙炔的结构式为，每个碳原子的价层电子对数是2，且不含孤电子对，所以C原子均采取杂化，的空间结构为直线形，A项错误；
B．的中心原子的价层电子对数，不含孤电子对，杂化轨道数为4，S原子采取杂化，分子的空间结构为正四面体形，B项错误；
C．的中心原子的价层电子对数，所以中心原子采取杂化，该离子中含有一对孤电子对，所以其空间结构为三角锥形，C项错误；
D．的中心原子的价层电子对数，杂化轨道数为3，所以B原子采取杂化，不含孤电子对，所以其空间结构为平面三角形，D项正确；
故选：D。
8．如图所示，在乙烯分子中有5个σ键和一个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σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成π键
D．C—C之间是sp2形成σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成π键
【答案】A
【详解】在乙烯分子中碳原子与相连的氢原子、碳原子形成平面三角形，所以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，故选：A。
9．下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是
A．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构
B．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对
C．NH3和CH4两个分子中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键
D．杂化轨道理论与VSEPR模型分析分子的空间构型结果常常相互矛盾
【答案】D
【详解】A．中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子可能是正四面体(如CH4)、三角锥(如NH3)或者V形(如H2O)，A正确；
B．π键是由未参与杂化的轨道“肩并肩”形成的，B正确；
C．正四面体形的CH4和三角锥形的NH3中中心原子N和C都是通过sp3杂化轨道成键，C正确；
D．杂化轨道理论和VSEPR模型都是为了解释分子的空间结构而提出的理论，两者不矛盾，可以先通过VSEPR模型判断出分子的构型，再判断出中心原子的杂化类型，D错误；
故选D。
10．已知某XY2分子属于V形分子，下列说法正确的是（  ）
A．X原子一定是sp2杂化 B．X原子一定为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
【答案】C
【详解】A.X原子可能是sp2杂化，如二氧化硫分子中价层电子对数为：2+1=3，含有2个o键和1个孤电子对，采用sp2杂化，分子构型为V形，所以X原子可能是sp2杂化，但也可能是sp3杂化，如OF2分子，A错误；
B.X可能是sp3杂化，如OF2分子中价层电子对数为：2+2=4，所以中心原子为sp3杂化，其VSEPR模型为正四面体，该分子中含有2个孤电子对，所以其空间构型为V形，但X原子可能是sp2杂化，如SO2，B错误；
C.X原子一定存在孤电子对，C正确；
D.VSEPR模型不一定是平面三角形，如OF2分子的VSEPR模型为正四面体，D错误；
答案选C。
二、多选题(共30分)
11．世界上产量最大的通用塑料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．乙炔分子中的原子用杂化轨道形成了一个键和两个键
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原子采取的杂化方式相同
D．加成反应和加聚反应的过程中，原子的杂化方式不一定发生改变
【答案】B
【详解】A．乙炔分子中的C原子采用sp杂化，形成的杂化轨道分别用于形成键和键，没有杂化的p轨道“肩并肩”重叠形成键，A项错误；
B．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；
C．氯乙烯分子中的C原子是sp2杂化，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；
D．由流程可知，加成反应和加聚反应中，均有键的断裂，C原子的杂化方式也将随之发生改变，D项错误；
故选B。
12．图中A、B、C、D、E表示周期表中的几种短周期元素，下列说法不正确的是

A．C、D的简单气态氢化物稳定性强弱和沸点高低顺序均为D>C
B．A、B、C对应的简单氢化物的还原性：C>B>A
C．和两分子的中心原子均为杂化，但两者的键角大小不同
D．分子中各原子均达8电子稳定结构
【答案】AB
【分析】由元素在周期表中位置，可知A为氮、B为氧、C为氟、E为Si、D为Cl。
【详解】A．非金属性F＞Cl，故简单氢化物稳定性HF＞HCl，由于氟化氢分子间存在氢键，所以沸点HF＞HCl，故A错误；
B．同周期主族元素自左而右非金属性逐渐增大，相应简单氢化物的还原性逐渐减弱，则A、B、C对应的简单氢化物的还原性：NH3＞H2O＞HF，故B错误；
C．NCl3中N原子价层电子对数=3+=4，SiCl4分子的Si原子价层电子对数=4+=4，二者中心原子均为sp3杂化，前者为三角锥形，后者为正四面体形，两者的键角大小不同，故C正确；
D．SiCl4分子中Si的化合价为+4价，Cl的化合价为-1价，Si的原子最外层电子数为4，Cl的原子最外层电子数为7，则各原子都达到了8电子稳定结构，故D正确；
故选AB。
13．科学家进行如图所示的制备及应用的研究，下列说法不正确的是

A．中C原子的杂化类型为
B．含有约个电子
C．和合成甲醇符合原子利用率100%
D．图中涉及反应包含非极性键的断裂和生成
【答案】CD
【详解】A．中C原子形成4个共价键，杂化类型为，A正确；
B．1分子二氧化碳含有22个电子，则含有电子22mol，数目约个电子，B正确；
C．中碳氧原子个数为1:2，甲醇中碳氧原子个数为1:1，故和合成甲醇原子利用率不会是100%，C错误；
D．反应中没有非极性键的形成，D错误；
故选CD。
14．(砒霜)是两性氧化物(分子结构如图所示)，溶于盐酸生成，用还原生成。下列说法正确的是

A．分子中As原子的杂化方式为杂化
B．为共价化合物
C．的空间结构为平面正三角形
D．分子的键角小于109°28′
【答案】D
【详解】A．分子中每个原子形成3个共价键，原子上还有1个孤电子对，原子的杂化轨道数目为4，所以原子的杂化方式为杂化，A错误；
B．为离子化合物，阳离子是，阴离子为，B错误；
C．中有3个键，孤电子对数为，原子采取杂化，含有1个孤电子对，所以空间结构为三角锥形，C错误；
D．分子中原子价层电子对数为，且含有1个孤电子对，所以该分子的空间结构为三角锥形，孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以键角小于，D正确；
故选D。
15．化合物A是近年来采用的锅炉水添加剂，其结构式如图所示，A能除去锅炉水中溶解的氧气。下列说法正确的是

A．A分子中所有原子都在同一平面内
B．A分子中所含的σ键与π键个数之比为10：1
C．A分子中C、N均为sp2杂化
D．A与足量O2反应生成CO2、N2、H2O的物质的量之比为1：2：3
【答案】D
【详解】A．由于氨气分子空间结构为三角锥形，即氮原子与所连的三个原子不在同一平面，所以A分子中所有原子不可能共平面，A错误；
B．共价单键都是σ，共价双键中一个是σ键，一个是π键。根据A结构式可知：在1个A分子中含有11个σ键和1个π键，σ键与π键个数之比为11：1，B错误；
C．A分子中N原子价层电子对数为3+=4，所以N原子杂化类型为sp3杂化，C错误；
D．根据质量守恒定律可知：1 mol A与足量O2反应生成CO2、N2、H2O的物质的量分别为1 mol、2 mol、3 mol，则A与足量O2反应生成CO2、N2、H2O的物质的量之比为1：2：3，D正确；
故合理选项是D。

三、填空题(共30分)
16．请依据相关化学知识与原理完成下列各题。
(1)下列一组微粒中键角按由大到小的顺序排列为___________(填编号)。
①HCN    ②    ③    ④        ⑤
(2)、、、中，Cl都是以杂化轨道方式与O原子成键，将它们的立体构型填入表格中：
离子

立体构型
______
______
______
__

(3)S单质的常见形式为，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是___________杂化。

(4)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。分子中氮原子轨道的杂化类型是___________杂化，中的六个原子___________(填“在”或“不在”)同一个平面上。
【答案】(1)①④②⑤③
(2)     直线形     V形     三角锥形     正四面体形
(3)
(4)          不在

【解析】（1）
①HCN分子中C原子孤电子对数为，C原子形成2个σ键，所以HCN为直线形分子，键角180°；
②分子中Si原子价电子对数是4，VSEPR构型为正四面体，无孤电子对；
③分子中S原子价电子对数是4，VSEPR构型为正四面体，有2个孤电子对；
④中碳原子价电子对数为3，VSEPR构型为平面三角形，无孤电子对；
⑤中O原子价电子对数是4，VSEPR构型为正四面体，有1个孤电子对；
所以键角按由大到小的顺序排列为①④②⑤③；
（2）
是2个原子构成的微粒，立体构型为直线形；中Cl价电子对数是4，有2个孤电子对，立体构型为V形；中Cl价电子对数是4，有1个孤电子对，立体构型为三角锥形；中Cl价电子对数是4，无孤电子对，立体构型为正四面体形；
（3）
中S原子孤电子对数为，有2个σ键，S原子采用的轨道杂化方式是杂化；
（4）
分子中氮原子形成3个σ键，孤电子对数为，轨道的杂化类型是杂化，中的六个原子不在同一个平面上。
17．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为___________，羰基碳原子的杂化轨道类型为___________。
(3)查文献可知，可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应，生成氯吡苯脲，其反应方程式如下：

反应过程中，每生成1mol氯吡苯脲，断裂___________个σ键，断裂个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请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因为___________。
②H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是______，中心原子的杂化类型分别是______。
【答案】(1)1
(2)     sp2、sp3     sp2
(3)     NA     NA
(4)     H—O键的键能大于H—N键的键能     V形、三角锥形、直线形     sp3、sp3、sp

【详解】（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，属于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，是sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，为sp2杂化。
（3）由于σ键比π键更稳定，根据反应方程式可以看出，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；故每生成1mol氯吡苯脲，断裂1mol σ键，断裂1mol π键，则断裂NA个σ键，断裂NA个π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=2＋=4，孤电子对数为2，所以为V形结构，O原子采用sp3杂化；
NH3分子中N原子的价层电子对数=3＋=4，孤电子对数为1，所以为三角锥形结构，N原子采用sp3杂化；
CO2分子中C原子的价层电子对数=2＋=2，不含孤电子对，所以是直线形结构，C原子采用sp杂化。