《第一单元 分子的空间结构》（同步训练）高中化学选择性必修2-苏教版-2024-2025学年

《第一单元分子的空间结构》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有16小题，每小题3分，共48分）1、某化合物的空间结构如右图所示，该化合物的分子中心原子是：A.碳原子B.氮原子C.氢原子D.氧原子2、根据价层电子对互斥理论（VSEPR），以下哪个分子的空间结构是三角锥形？A.H2OB.CH4C.NH3D.BF33、以下分子中，空间构型为平面三角形的是（）A、CH4B、BF3C、NH3D、H2O4、已知化合物AB4是一种分子晶体，中心原子A的价电子数为4，与4个B原子形成共价键。如果B原子的最外层电子数为2，那么A原子的杂化轨道类型为（）A、spB、sp2C、sp3D、sp3d5、在下列分子中，哪个分子的中心原子采取的是sp3杂化？A、CH4B、BF3C、H2OD、NH36、下列分子或离子中，中心原子的杂化轨道类型为sp2杂化的是（）A、NH3B、BeCl2C、C2H4D、SO4^2-7、下列关于CH4分子中C-H键的描述，正确的是（

）A.C-H键的键长比C-H键的键能大B.C-H键的键长比C-C键长C.C-H键更容易断裂D.C-H键是非极性键，因为C和H的电负性相同8、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp杂化？A.CH4(甲烷)B.CO2(二氧化碳)C.NH3(氨气)D.H2O(水)9、下列关于分子空间结构的描述中，正确的是（）A.乙烯分子中碳原子形成的是sp²杂化B.二氧化硫分子中硫原子形成的是sp³杂化C.氯化氢分子中氢原子和氯原子都采取sp³杂化D.氨分子中氮原子形成的是sp²杂化10、下列分子中，空间构型为平面三角形的是：A.CH4（甲烷）B.NH3（氨）C.BF3（硼trifluoride）D.H2O（水）11、CH4分子中C-H键的夹角约为（）A.90°B.120°C.109°28′D.60°12、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp杂化轨道成键？A.H2OB.CH4C.CO2D.NH313、下列关于甲烷（CH4）分子空间结构的描述，正确的是（）A.甲烷分子是平面正方形结构B.甲烷分子是正四面体结构C.甲烷分子是线性结构D.甲烷分子是V形结构14、甲烷分子的空间结构是（）A、直线形B、三角锥形C、正四面体形D、平面正方形15、甲烷分子中碳原子采用哪种杂化轨道形成化学键？A.sp3杂化B.sp2杂化C.sp杂化D.spdy杂化16、下列分子中，中心原子采取sp3杂化的是：A.BF3B.CH4C.BeCl2D.CO2二、非选择题（本大题有4小题，每小题13分，共52分）第一题题目：已知甲烷（CH4）分子中，碳原子和氢原子的成键情况如下：C-H键为σ键，碳原子与氢原子之间的距离为1.09Å，键角约为109.5°。请回答以下问题：1.根据甲烷分子的结构，判断甲烷分子的立体构型。2.简述判断甲烷分子立体构型的依据。3.若将甲烷分子中的氢原子替换为氟原子，形成CF4分子，判断CF4分子的立体构型，并解释原因。第二题题目：已知某分子由中心原子C和四个不同的取代基组成，通过分析其分子的空间结构，可以预测其分子的空间构型。若某分子的中心碳原子采取了SP3杂化，且其空间构型类似氨气（NH3）分子，试回答以下问题：1.该分子的空间几何构型是什么？2.为什么该分子的空间构型趋于平面四面体而非四面体？3.若该分子中的一个取代基被另一个取代基取代或移除，分子的空间构型会发生怎样的变化？第三题题目：已知某有机化合物A的分子式为C5H10，A分子中存在一个环状结构，另一个碳原子与环和链结合。请推测该有机化合物A的空间构型可能的几何异构体，并简述其可能的结构特点。第四题题目描述：在氨气（NH₃）分子中，氮原子与三个氢原子通过共价键相连。已知氮原子的价电子层有5个电子，氢原子的价电子层有1个电子。试分析并回答下列问题：1.氨气分子中氮原子的杂化状态是什么？说明理由。2.描述氨气分子的空间构型，并解释其形成原因。3.氨气分子中的N-H键角大约是多少度？为什么会有这样的键角？4.如果将一个氢原子替换为甲基（-CH₃），形成的化合物是什么？它的空间构型如何变化？1.氨气分子中氮原子的杂化状态是什么？说明理由。2.描述氨气分子的空间构型，并解释其形成原因。3.氨气分子中的N-H键角大约是多少度？为什么会有这样的键角？4.如果将一个氢原子替换为甲基（-CH₃），形成的化合物是什么？它的空间构型如何变化？《第一单元分子的空间结构》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有16小题，每小题3分，共48分）1、某化合物的空间结构如右图所示，该化合物的分子中心原子是：A.碳原子B.氮原子C.氢原子D.氧原子答案：A解析：观察化合物的空间结构图，可以看到分子中心原子与周围的原子形成了四个σ键，且没有孤电子对，这符合甲烷（CH4）的结构特点，因此分子中心原子是碳原子。2、根据价层电子对互斥理论（VSEPR），以下哪个分子的空间结构是三角锥形？A.H2OB.CH4C.NH3D.BF3答案：C解析：根据VSEPR理论，NH3分子中氮原子有3个共价键和1个孤电子对，总共有4个电子对。根据理论，这些电子对将尽可能远地排列以减少电子对之间的排斥力，形成四面体结构。然而，由于孤电子对的存在，实际的分子结构是三角锥形。其他选项中，H2O分子具有2个共价键和2个孤电子对，形成弯曲形结构；CH4分子有4个共价键，形成正四面体结构；BF3分子有3个共价键，形成平面三角形结构。因此，正确答案是C。3、以下分子中，空间构型为平面三角形的是（）A、CH4B、BF3C、NH3D、H2O答案：B解析：BF3（硼trifluoride）中的硼原子采取sp2杂化，形成平面三角形的结构。而CH4（甲烷）是正四面体结构，NH3（氨）是三角锥型结构，H2O（水）是V型结构。4、已知化合物AB4是一种分子晶体，中心原子A的价电子数为4，与4个B原子形成共价键。如果B原子的最外层电子数为2，那么A原子的杂化轨道类型为（）A、spB、sp2C、sp3D、sp3d答案：A解析：中心原子A与B原子形成4个σ键，由于不影响杂化轨道类型的只有σ键，需要确定A原子的杂化轨道类型，去除孤电子对对杂化轨道的影响。B原子的最外层电子数为2，与A原子形成1个共价键，则其余3个轨道被3个孤电子对占据，因此A原子的价电子对总数为4，没有孤电子对。A原子的作用为形成4个共价键，因此其杂化轨道类型为sp杂化。5、在下列分子中，哪个分子的中心原子采取的是sp3杂化？A、CH4B、BF3C、H2OD、NH3答案：A解析：在CH4分子中，中心原子碳（C）形成了四个σ键，没有孤电子对，因此碳原子采取sp3杂化。而在BF3分子中，中心原子硼（B）形成了三个σ键，有一个孤电子对，因此硼原子采取sp2杂化；在H2O分子中，中心原子氧（O）形成了两个σ键，有两个孤电子对，因此氧原子采取sp3杂化；在NH3分子中，中心原子氮（N）形成了三个σ键，有一个孤电子对，因此氮原子采取sp3杂化。所以，选项A正确。6、下列分子或离子中，中心原子的杂化轨道类型为sp2杂化的是（）A、NH3B、BeCl2C、C2H4D、SO4^2-答案：C解析：本题考察分子或离子中心原子的杂化轨道类型。NH3（选项A）中氮原子以sp3杂化方式成键，带有1对孤对电子。BeCl2（选项B）中铍原子以sp杂化方式成键，没有孤对电子。C2H4（选项C）中的碳原子采取sp2杂化方式成键，以形成平面结构，并且每个碳原子上都有一个双键。SO4^2-（选项D）中的硫原子采取sp3杂化方式成键，形成一个四面体构型，没有sp2杂化形式。因此，正确答案是C。7、下列关于CH4分子中C-H键的描述，正确的是（

）A.C-H键的键长比C-H键的键能大B.C-H键的键长比C-C键长C.C-H键更容易断裂D.C-H键是非极性键，因为C和H的电负性相同答案：B解析：甲烷CH4是典型的四面体分子，C-H键是极性共价键，由于碳的电负性较氢略大，所以C-H键具有一定的极性。在甲烷中，由于碳氢原子半径的差异，C-H键长较短。A项不正确，因为键长通常远远长于键能；C项不正确，因为C-H键并不会因为其极性而更容易断裂；D项错了，因为C和H的电负性并不相同，它们之间的电负性差异导致C-H键是极性键。B项正确，因为在有机化合物中，C-H键的键长通常比C-C键短。8、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp杂化？A.CH4(甲烷)B.CO2(二氧化碳)C.NH3(氨气)D.H2O(水)答案：B解析：在分子的空间结构中，中心原子的杂化类型决定了分子的几何构型。杂化轨道是由同一原子内的一个或多个s轨道和一个或多个p轨道混合形成的等同轨道。选项中的分子中心原子的杂化类型分别为：A.CH4(甲烷)-中心碳原子采取sp3杂化，形成四个等同的sp3杂化轨道，每个轨道含有一个电子，与氢原子的1s轨道成键，形成正四面体结构。B.CO2(二氧化碳)-中心碳原子采取sp杂化，形成两个sp杂化轨道，分别与两个氧原子形成σ键，另外两个未成对的p轨道与氧原子形成π键，整个分子呈直线形。C.NH3(氨气)-中心氮原子采取sp3杂化，但是由于存在一对孤对电子，导致分子呈现三角锥形结构。D.H2O(水)-中心氧原子同样采取sp3杂化，但由于有两对孤对电子，因此分子呈现弯曲形结构。综上所述，只有CO2分子的中心原子采取sp杂化，故正确答案为B。9、下列关于分子空间结构的描述中，正确的是（）A.乙烯分子中碳原子形成的是sp²杂化B.二氧化硫分子中硫原子形成的是sp³杂化C.氯化氢分子中氢原子和氯原子都采取sp³杂化D.氨分子中氮原子形成的是sp²杂化答案：A解析：乙烯分子中碳原子有两个σ键和一个π键，共三个杂化轨道，故碳原子采取sp²杂化，形成平面三角形结构。二氧化硫分子中硫原子有两个σ键和两个π键，共四个杂化轨道，故硫原子采取sp²杂化，形成V形结构。氯化氢分子中氢原子和氯原子都只有一个σ键，故都采取sp杂化。氨分子中氮原子有三个σ键和一个孤对电子，共四个杂化轨道，故氮原子采取sp³杂化，形成三角锥形结构。因此，选项A正确。10、下列分子中，空间构型为平面三角形的是：A.CH4（甲烷）B.NH3（氨）C.BF3（硼trifluoride）D.H2O（水）答案：C解析：BF3中硼原子采取sp²杂化，形成3个等性的sp²杂化轨道，与3个氟原子形成σ键，且3个成键的原子都位于同一平面上，因此BF3的空间构型是平面三角形。甲烷（A）是正四面体结构，氨（B）是三角锥形结构，水（D）是弯曲形结构。11、CH4分子中C-H键的夹角约为（）A.90°B.120°C.109°28′D.60°答案：C解析：在CH4分子中，碳原子拥有四个价层电子对，且无孤电子对。根据VSEPR理论（价层电子对互斥理论），四个价层电子对会尽量远离，使分子尽可能减少电子对之间的斥力，形成一个正四面体结构。因此，CH4分子中C-H键的夹角为109°28′。A、B、D选项都不符合实际情况。12、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp杂化轨道成键？A.H2OB.CH4C.CO2D.NH3答案：C解析：A选项H2O分子中，氧原子采取sp3杂化，形成两个σ键和两对孤对电子，分子构型为弯曲形。B选项CH4分子中，碳原子采取sp3杂化，形成四个σ键，没有孤对电子，分子构型为正四面体。C选项CO2分子中，碳原子采取sp杂化，与两个氧原子形成两个σ键和两个π键，分子构型为直线形。D选项NH3分子中，氮原子采取sp3杂化，形成三个σ键和一对孤对电子，分子构型为三角锥形。因此，只有CO2分子中的碳原子采取的是sp杂化，故正确答案为C。13、下列关于甲烷（CH4）分子空间结构的描述，正确的是（）A.甲烷分子是平面正方形结构B.甲烷分子是正四面体结构C.甲烷分子是线性结构D.甲烷分子是V形结构答案：B解析：甲烷分子中，碳原子与四个氢原子通过共价键相连。由于碳原子有四个价电子，而氢原子各提供一个电子，形成四个等价的C-H键。根据VSEPR理论（价层电子对互斥理论），四个电子对会尽量远离，形成正四面体结构。因此，选项B正确。选项A、C、D的描述都与甲烷分子的实际空间结构不符。14、甲烷分子的空间结构是（）A、直线形B、三角锥形C、正四面体形D、平面正方形答案：C解析：甲烷（CH₄）分子由一个碳原子和四个氢原子组成，碳原子的四个价电子与四个氢原子形成四个σ键，没有任何孤对电子。碳原子的四个价电子在空间上均匀分布，指向四个顶点形成一个正四面体结构。因此，甲烷分子的空间结构是正四面体形。15、甲烷分子中碳原子采用哪种杂化轨道形成化学键？A.sp3杂化B.sp2杂化C.sp杂化D.spdy杂化答案：A解析：甲烷（CH4）分子中的碳原子通过sp3杂化形成四个等价的σ键，与四个氢原子相连，构成正四面体结构，因此正确答案为A。16、下列分子中，中心原子采取sp3杂化的是：A.BF3B.CH4C.BeCl2D.CO2答案：B.CH4解析：在选项中，只有CH4分子中的碳原子采用了sp3杂化轨道与四个氢原子成键，形成了正四面体的空间构型。BF3分子中的硼原子采取sp2杂化，BeCl2和CO2分子中的铍原子和碳原子均采取sp杂化，因此正确答案为B。二、非选择题（本大题有4小题，每小题13分，共52分）第一题题目：已知甲烷（CH4）分子中，碳原子和氢原子的成键情况如下：C-H键为σ键，碳原子与氢原子之间的距离为1.09Å，键角约为109.5°。请回答以下问题：1.根据甲烷分子的结构，判断甲烷分子的立体构型。2.简述判断甲烷分子立体构型的依据。3.若将甲烷分子中的氢原子替换为氟原子，形成CF4分子，判断CF4分子的立体构型，并解释原因。答案：1.甲烷分子的立体构型为正四面体形。2.判断甲烷分子立体构型的依据是：甲烷分子中碳原子与氢原子形成四个σ键，且四个σ键的键长和键角相等。3.CF4分子的立体构型为正四面体形。原因是CF4分子中碳原子同样与四个氟原子形成四个σ键，且四个σ键的键长和键角相等。解析：1.甲烷分子中碳原子与氢原子形成四个σ键，且四个σ键的键长和键角相等，因此甲烷分子的立体构型为正四面体形。2.判断甲烷分子立体构型的依据是：甲烷分子中碳原子与氢原子形成四个σ键，且四个σ键的键长和键角相等。这种情况下，碳原子周围形成四个杂化轨道，且四个杂化轨道之间的夹角相等，形成正四面体形。3.CF4分子中碳原子同样与四个氟原子形成四个σ键，且四个σ键的键长和键角相等。因此，CF4分子的立体构型也为正四面体形。第二题题目：已知某分子由中心原子C和四个不同的取代基组成，通过分析其分子的空间结构，可以预测其分子的空间构型。若某分子的中心碳原子采取了SP3杂化，且其空间构型类似氨气（NH3）分子，试回答以下问题：1.该分子的空间几何构型是什么？2.为什么该分子的空间构型趋于平面四面体而非四面体？3.若该分子中的一个取代基被另一个取代基取代或移除，分子的空间构型会发生怎样的变化？答案与解析：1.分子的空间几何构型是什么？该分子的空间几何构型是三角锥形。因为在C原子上进行SP3杂化后形成的四面体中有三个SP3杂化轨道各形成一个σ键，另一个SP3杂化轨道则是孤对电子，这三个σ键位于一个大体上扁平的三角锥形状。2.为什么该分子的空间构型趋于平面四面体而非四面体？分子的空间构型趋于平面四面体而非普通的四面体，是因为中心原子的SP3杂化轨道对应的四个方向在分子内部存在着较弱的孤对电子所提供的排斥力。这三个方向彼此成120°，因此趋向于两个平面构成一个平坦的三角锥形，而不是四个方向垂直的直角四面体。这个性质类似于氨气（NH3）分子的空间构型，氮氮之间形成键角略小于109.5°（氨分子实际的键角为107°）的现象。3.若该分子中的一个取代基被另一个取代基取代或移除，分子的空间构型会发生怎样的变化？若该分子中的一个取代基被另一个取代基替代：由于分子中唯一的SP3杂化轨道被一个新的取代基占据，这意味着原先的孤对电子会消失，而被一个新的σ键取代。因此，分子的整体空间构型不会发生变化，仍然保持三角锥形。若分子中的一个取代基移除：当分子中的一个取代基被移除后，原先用于形成该σ键的SP3杂化轨道则变成了一个孤对电子的轨道。此时，分子空间构型将从具有三个普通σ键和支持三个键的平面区域的三角锥形，过渡到一个无需考虑孤电子对的简单平面三角形结构，实际的键角会因为电子对间的排斥力会变大接近120°。总结：通过考虑中心原子的SP3杂化及孤对电子对立体结构的影响，我们可以准确预测分子的空间几何构型，并理解取代基的改变如何影响分子的空间构型。第三题题目：已知某有机化合物A的分子式为C5H10，A分子中存在一个环状结构，另一个碳原子与环和链结合。请推测该有机化合物A的空间构型可能的几何异构体，并简述其可能的结构特点。答案：有机化合物A的空间构型可能的几何异构体有三种：1.环戊烷（Cyclopentane）：环戊烷的环状结构为平面型，分子中碳原子之间通过sp³杂化轨道形成σ键，整个环状结构为非共轭的碳环，无π键，分子中没有碳碳双键和三键。2.环戊烯（Cyclopentene）：环戊烯的环状结构为平面型，其中一个碳原子与环和链结合，形成碳碳双键。碳碳双键中的两个碳原子通过sp²杂化轨道形成σ键和一个π键，分子中存在π电子，使部分碳原子呈现出sp²杂化轨道形成的三面体形状。3.环戊二烯（Cyclopentadiene）：环戊二烯的环状结构中存在两个碳碳双键，分子中存在π电子，使部分碳原子呈现出sp²杂化轨道形成的三面体形状。由于分子中存在碳碳双键，部分位置上的氢原子可能会在环外。解析：1.环戊烷的空间构型为平面型，碳原子之间的键角为109.5°，分子对称性较高。2.环戊烯的空间构型为平面型，由于碳碳双键，使分子中部分位置上的键角小于109.5°，存在π键。碳碳双键中的两个碳原子处于三面体形状，与其他碳原子形成共轭π键。3.环戊二烯的空间构型为平面型，由于碳碳双键，分子中部分位置上的键角小于109.5°，形成π键。碳碳双键中的两个碳原子处于三面体形状，部分位置上的氢原子可能在环外。通过以上分析，可以看出三种几何异构体在空间结构上的差异主要体现在碳碳键、碳原子杂化方式和分子对称性等方面。第四题题目描述：在氨气（NH₃）分子中，氮原子与三个氢原子通过共价键相连。已知氮原子的价电子层有5个电子，氢原子的价电子层有1个电子。试分析并回答下列问题：1