《专题4 分子空间结构与物质性质》试卷及答案-高中化学选择性必修2-苏教版-2024-2025学年

《专题4分子空间结构与物质性质》试卷(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、下列关于甲烷分子空间结构的描述正确的是（）A.甲烷分子为平面正方形结构B.甲烷分子为正四面体结构C.甲烷分子中碳原子与其他四个氢原子共面D.甲烷分子中碳原子与其他四个氢原子共线2、在下列分子中，中心原子采取sp3杂化轨道的是：A.CH4B.BF3C.CO2D.NH33、下列关于分子空间结构的描述，正确的是（）A.甲烷分子呈正四面体结构，因此它的键角为90°B.氨分子呈三角锥形结构，N-H键的键角约为109.5°C.氯化氢分子呈线性结构，H-Cl键的键角为180°D.乙烯分子中，C=C双键的键长为1.5×10^-10m4、下列化合物中，分子空间结构为四面体结构的是（）A.甲烷（CH4）B.二氧化硫（SO2）C.氯化氢（HCl）D.二氧化碳（CO2）5、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp3杂化且具有四面体的空间构型？A.NH3B.CH4C.H2OD.CO26、某有机物分子中，所有碳原子都位于同一平面上，且分子中不含有孤对电子。该有机物的结构简式最可能是：A.CH3CH3B.CH3CH=CH2C.CH2=CH-CH3D.CH≡CH7、在下列分子中，哪一个具有线性几何结构？A.水(H₂O)B.二氧化碳(CO₂)C.甲烷(CH₄)D.氨(NH₃)8、甲烷分子（CH4）和四氯化碳分子（CCl4）的空间构型分别是（）A.正四面体、平面正方形B.正四面体、正四面体C.平面三角形、正四面体D.正方形、平面三角形9、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp3杂化且分子具有四面体结构？A.CH4B.NH3C.H2OD.CO210、某有机化合物A，分子式为C4H8，A不能使溴水褪色，但可以使高锰酸钾溶液褪色。下列关于A的结构描述正确的是（）A.A是烯烃，结构简式为CH2=CHCH2CH3B.A是二烯烃，结构简式为CH2=CH-CH=CH2C.A是环状烃，结构简式为环丁烷D.A是芳香烃，结构简式为苯乙烯11、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp3杂化，并且分子具有四面体的空间结构？A.NH3B.CH4C.BF3D.H2O12、下列分子中，中心原子采取sp3杂化轨道的分子是（）A.CH4B.CO2C.H2OD.BF313、下列分子中，哪一个具有直线型的空间结构？A.HB.CC.ND.C14、在下列物质中，具有平面三角形结构的分子是：A.二氧化碳（CO2）B.氧化硫（SO2）C.氧化氮（NO2）D.氯化氢（HCl）15、下列关于分子的空间结构对物质性质影响的说法中，哪一项是不正确的？A.分子的空间结构决定了分子的极性，进而影响其溶解性。B.分子间作用力与分子的空间结构无关，不会影响物质的熔点和沸点。C.酶的活性中心具有特定的空间结构，这种结构对于底物的识别至关重要。D.分子的空间结构能够影响化学反应的速度，因为反应物必须以适当的方式排列才能发生有效碰撞。16、下列物质中，分子空间结构为平面三角形的物质是（）A.BF3B.NH3C.H2OD.PF3二、非选择题（本大题有4小题，每小题13分，共52分）第一题：某有机化合物A的分子式为C4H8，已知A分子中存在一个平面结构，且所有氢原子都位于该平面上。请回答以下问题：根据A的分子式，推测A可能的结构类型有哪些？在A的分子结构中，假设存在一个平面结构，请根据已知条件，画出A的一种可能的结构式。分析A的这种平面结构对其物理性质和化学性质可能产生的影响。第二题：某有机化合物A，其分子式为C4H8，A的分子中所有原子均处于同一平面上。已知A可以发生加成反应，但不能发生氧化反应。请回答以下问题：（1）推测A的可能结构式，并画出结构简式。（2）如果A与溴单质发生加成反应，生成的产物B的分子式为C4H8Br2。推测B的可能结构式，并说明理由。（3）根据A的结构，写出A与溴单质发生加成反应的化学方程式。第三题：已知：甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、苯（C6H6）、乙炔（C2H2）和二氯甲烷（CH2Cl2）等分子。分析上述分子中哪些属于非极性分子，哪些属于极性分子。解释为什么非极性分子在常温下通常是无色的，而极性分子在常温下可能呈现颜色。假设某实验室新合成了一种分子X，其分子式为C4H6，且实验测定发现其分子结构中存在一个碳碳三键。请根据已知信息推测分子X可能的几何构型和极性。第四题：已知甲烷分子（CH4）中，碳原子和氢原子通过共价键结合，形成正四面体结构。现有两种化合物A和B，它们的分子式相同，但空间构型不同。（1）请写出甲烷分子中碳原子和氢原子形成的共价键类型。（2）若化合物A的空间构型为四面体形，化合物B的空间构型为平面形，请推测这两种化合物的分子式可能是什么？（3）请说明为什么化合物A和B虽然分子式相同，但空间构型不同。《专题4分子空间结构与物质性质》试卷及答案一、单项选择题（本大题有16小题，每小题3分，共48分）1、下列关于甲烷分子空间结构的描述正确的是（）A.甲烷分子为平面正方形结构B.甲烷分子为正四面体结构C.甲烷分子中碳原子与其他四个氢原子共面D.甲烷分子中碳原子与其他四个氢原子共线答案：B解析：甲烷分子中碳原子与其他四个氢原子通过共价键相连，形成正四面体结构，碳原子位于中心，四个氢原子位于顶点。这种结构使得甲烷分子具有高度的对称性，且分子内的键角接近109.5度。因此，选项B正确。选项A、C、D均不符合甲烷分子的实际结构。2、在下列分子中，中心原子采取sp3杂化轨道的是：A.CH4B.BF3C.CO2D.NH3答案：A解析：在CH4分子中，碳原子与四个氢原子形成共价键，没有孤对电子，因此碳原子采取sp3杂化轨道。在BF3分子中，硼原子与三个氟原子形成共价键，有一个孤对电子，因此硼原子采取sp2杂化轨道。在CO2分子中，碳原子与两个氧原子形成双键，没有孤对电子，因此碳原子采取sp杂化轨道。在NH3分子中，氮原子与三个氢原子形成共价键，有一个孤对电子，因此氮原子采取sp3杂化轨道。所以正确答案是A。3、下列关于分子空间结构的描述，正确的是（）A.甲烷分子呈正四面体结构，因此它的键角为90°B.氨分子呈三角锥形结构，N-H键的键角约为109.5°C.氯化氢分子呈线性结构，H-Cl键的键角为180°D.乙烯分子中，C=C双键的键长为1.5×10^-10m答案：D解析：A选项，甲烷分子确实是正四面体结构，但其键角为109.5°，不是90°；B选项，氨分子确实是三角锥形结构，但其N-H键的键角约为107°，不是109.5°；C选项，氯化氢分子呈线性结构，H-Cl键的键角为180°，描述正确；D选项，乙烯分子中，C=C双键的键长约为1.34×10^-10m，接近1.5×10^-10m，描述正确。因此，选D。4、下列化合物中，分子空间结构为四面体结构的是（）A.甲烷（CH4）B.二氧化硫（SO2）C.氯化氢（HCl）D.二氧化碳（CO2）答案：A解析：甲烷（CH4）分子中，碳原子采取sp³杂化，形成四个等价的杂化轨道，与四个氢原子形成四个σ键，分子空间结构为四面体结构。二氧化硫（SO2）分子中，硫原子采取sp²杂化，形成三个等价的杂化轨道，与两个氧原子形成两个σ键和一个π键，分子空间结构为V形。氯化氢（HCl）为直线形结构。二氧化碳（CO2）为线性结构。故正确答案为A。5、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp3杂化且具有四面体的空间构型？A.NH3B.CH4C.H2OD.CO2答案：B解析：选项分析如下：A.NH3（氨气）：氨气分子中的氮原子确实采取了sp3杂化，但因为氮原子上有未共享的一对电子，这使得NH3的空间结构为三角锥形，而非四面体。B.CH4（甲烷）：碳原子采取sp3杂化，与四个氢原子形成四个σ键，没有孤对电子的存在，因此CH4呈现标准的四面体型空间构型。C.H2O（水）：水分子中的氧原子也是sp3杂化，但由于有两个未共享的电子对，H2O的空间构型是弯曲型，不是四面体。D.CO2（二氧化碳）：二氧化碳分子中的碳原子采取的是sp杂化，与两个氧原子以直线型排列，显然不符合题目要求。综上所述，只有选项B符合题目的条件，即中心原子采取sp3杂化并且具有四面体的空间构型。6、某有机物分子中，所有碳原子都位于同一平面上，且分子中不含有孤对电子。该有机物的结构简式最可能是：A.CH3CH3B.CH3CH=CH2C.CH2=CH-CH3D.CH≡CH答案：B解析：选项A中，乙烷分子中的碳原子不在同一平面上；选项C和D中，丙烯和乙炔分子中虽然碳原子位于同一平面上，但丙烯分子中含有甲基，甲基上的氢原子具有孤对电子。因此，只有选项B中的丙烯（CH3CH=CH2）分子中，所有碳原子都位于同一平面上，且分子中不含有孤对电子。7、在下列分子中，哪一个具有线性几何结构？A.水(H₂O)B.二氧化碳(CO₂)C.甲烷(CH₄)D.氨(NH₃)答案：B.二氧化碳(CO₂)解析：分子的空间结构主要由中心原子的价电子对之间的排斥作用决定，这可以通过VSEPR（价层电子对互斥理论）来预测。对于上述选项：水(H₂O)：水分子中的氧原子有两对成键电子和两对孤对电子，导致其采取弯曲形（或V形）几何结构，角度约为104.5°。二氧化碳(CO₂)：二氧化碳分子中的碳原子与两个氧原子通过双键相连，且没有孤对电子，因此它采取线性几何结构，键角为180°。甲烷(CH₄)：甲烷分子中的碳原子与四个氢原子形成四面体结构，所有键角均为109.5°。氨(NH₃)：氨分子中的氮原子有三个成键电子对和一个孤对电子，形成三角锥形结构，键角略小于109.5°。因此，根据以上分析，只有二氧化碳(CO₂)具有线性几何结构，故正确答案为B。8、甲烷分子（CH4）和四氯化碳分子（CCl4）的空间构型分别是（）A.正四面体、平面正方形B.正四面体、正四面体C.平面三角形、正四面体D.正方形、平面三角形答案：B解析：甲烷分子中，碳原子与四个氢原子形成四个σ键，且碳原子没有孤电子对，根据价层电子对互斥理论，其空间构型为正四面体；四氯化碳分子中，碳原子与四个氯原子形成四个σ键，且碳原子没有孤电子对，其空间构型也为正四面体。因此，正确答案为B。9、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp3杂化且分子具有四面体结构？A.CH4B.NH3C.H2OD.CO2答案：A解析：选项分析如下：A.CH4（甲烷）：碳原子通过sp3杂化轨道与四个氢原子形成共价键，每个C-H键之间的夹角大约为109.5°，呈现典型的四面体结构。B.NH3（氨气）：氮原子同样采取sp3杂化，但由于存在一对未共享电子对，导致其空间构型为三角锥形而非四面体。C.H2O（水）：氧原子也是sp3杂化，但是由于两对未共享电子对的存在，使其实际的空间构型为弯曲形或V字形。D.CO2（二氧化碳）：碳原子采取的是sp杂化，整个分子呈直线形，因此不符合题目要求。综上所述，只有选项A符合题目描述的条件，即中心原子采取sp3杂化并且分子整体呈现四面体结构。因此正确答案是A。10、某有机化合物A，分子式为C4H8，A不能使溴水褪色，但可以使高锰酸钾溶液褪色。下列关于A的结构描述正确的是（）A.A是烯烃，结构简式为CH2=CHCH2CH3B.A是二烯烃，结构简式为CH2=CH-CH=CH2C.A是环状烃，结构简式为环丁烷D.A是芳香烃，结构简式为苯乙烯答案：C解析：C4H8的分子式符合烯烃、环烷烃和芳香烃的通式，但由于A不能使溴水褪色，说明A中没有碳碳双键，所以A不可能是烯烃或二烯烃。又因为A可以使高锰酸钾溶液褪色，说明A中有不饱和键，但不是碳碳双键，所以A是环状烃。选项C正确。11、下列分子中，哪一个的中心原子采取sp3杂化，并且分子具有四面体的空间结构？A.NH3B.CH4C.BF3D.H2O答案：B.CH4解析：在化学中，分子的空间结构和中心原子的杂化状态密切相关。sp3杂化指的是中心原子的一个s轨道和三个p轨道混合形成四个等价的sp3杂化轨道，这些轨道之间的夹角为109.5度，从而构成一个四面体的几何形状。NH3(氨气):氮原子采取sp3杂化，但由于氮原子上有未共享的一对电子（孤对电子），这使得NH3分子的实际空间结构是三角锥形，而不是完全的四面体。CH4(甲烷):碳原子采取sp3杂化，四个氢原子围绕碳原子形成一个正四面体结构，每个H-C-H键角都是109.5度，因此是一个典型的四面体分子。BF3(三氟化硼):硼原子采取sp2杂化，形成的是平面三角形的分子结构，而非四面体。H2O(水):氧原子同样采取sp3杂化，但因为有两个孤对电子，这导致了H2O分子的V形（或称折线形）结构，不是四面体。因此，正确答案是B.CH4，它不仅中心原子采取sp3杂化，而且整个分子呈现出理想的四面体结构。12、下列分子中，中心原子采取sp3杂化轨道的分子是（）A.CH4B.CO2C.H2OD.BF3答案：A解析：在CH4中，碳原子形成了四个C-H键，没有孤电子对，因此采取sp3杂化；在CO2中，碳原子形成了两个C=O键，没有孤电子对，采取sp杂化；在H2O中，氧原子形成了两个O-H键，有两对孤电子对，采取sp3杂化；在BF3中，硼原子形成了三个B-F键，没有孤电子对，采取sp2杂化。因此，选项A是正确答案。13、下列分子中，哪一个具有直线型的空间结构？A.HB.CC.ND.C答案：B解析：选项分析基于VSEPR（价层电子对互斥理论）理论来确定分子的几何形状。A.H2O：水分子含有两个氢原子和两对孤对电子在氧上，根据VSEPR理论，这些电子对会互相排斥，导致B.CO2：二氧化碳由一个碳原子与两个氧原子组成，每个氧原子通过双键与碳原子相连。因为没有孤对电子存在于中心碳原子上，且两边是对称的，所以C.NH3：氨分子包含三个氢原子和一对位于氮上的孤对电子。由于这四组电子云（三组成键电子云和一组孤对电子云）之间的排斥作用，D.CH4：甲烷分子中，碳原子与四个氢原子各形成一个单键，按照VSEPR理论，为了使各键间的排斥力最小化，因此，正确答案是B.CO14、在下列物质中，具有平面三角形结构的分子是：A.二氧化碳（CO2）B.氧化硫（SO2）C.氧化氮（NO2）D.氯化氢（HCl）答案：A解析：二氧化碳（CO2）的分子结构是线性结构，氧化硫（SO2）的分子结构是V形结构，氧化氮（NO2）的分子结构是弯曲形结构，氯化氢（HCl）的分子结构是线性结构。因此，具有平面三角形结构的分子是二氧化碳（CO2）。15、下列关于分子的空间结构对物质性质影响的说法中，哪一项是不正确的？A.分子的空间结构决定了分子的极性，进而影响其溶解性。B.分子间作用力与分子的空间结构无关，不会影响物质的熔点和沸点。C.酶的活性中心具有特定的空间结构，这种结构对于底物的识别至关重要。D.分子的空间结构能够影响化学反应的速度，因为反应物必须以适当的方式排列才能发生有效碰撞。答案：B解析：选项B的说法是不正确的。分子间作用力（如氢键、范德华力等）不仅与分子的空间结构有关，而且它们确实影响物质的物理性质，包括熔点和沸点。分子如何排列以及它们之间的相互作用强弱直接决定了这些性质。例如，水分子间的氢键导致水拥有相对较高的沸点。因此，分子的空间结构及其引起的分子间作用力对于决定物质的物理性质是非常重要的。其余选项A、C和D均正确地描述了分子空间结构对物质性质的影响。16、下列物质中，分子空间结构为平面三角形的物质是（）A.BF3B.NH3C.H2OD.PF3答案：A解析：BF3分子中B原子位于中心，三个F原子位于同一平面上，形成平面三角形结构；NH3分子中N原子位于中心，三个H原子和一个孤对电子位于四面体的三个顶点上，呈三角锥形；H2O分子中O原子位于中心，两个H原子和两个孤对电子位于四面体的两个顶点上，呈弯曲形；PF3分子中P原子位于中心，三个F原子和一个孤对电子位于四面体的三个顶点上，呈三角锥形。因此，选项A正确。二、非选择题（本大题有4小题，每小题13分，共52分）第一题：某有机化合物A的分子式为C4H8，已知A分子中存在一个平面结构，且所有氢原子都位于该平面上。请回答以下问题：根据A的分子式，推测A可能的结构类型有哪些？在A的分子结构中，假设存在一个平面结构，请根据已知条件，画出A的一种可能的结构式。分析A的这种平面结构对其物理性质和化学性质可能产生的影响。答案：A可能的结构类型有：1-丁烯2-丁烯环丁烷甲基环丙烷以下为A的一种可能的结构式（以2-丁烯为例）：H2C=CH-CH2-CH3A的这种平面结构对其物理性质和化学性质可能产生的影响：物理性质：由于所有氢原子都位于同一平面上，A的分子可能具有较高的对称性，从而使其沸点、熔点等物理性质受到影响。化学性质：平面结构可能导致A的某些化学键的极性发生变化，从而影响A的化学反应活性。例如，A的加成反应、取代反应等可能会受到影响。解析：根据A的分子式C4H8，我们可以推测A可能的结构类型。C4H8可以表示一个含有4个碳原子和8个氢原子的不饱和烃。根据不饱和度的不同，A可能的结构类型有1-丁烯、2-丁烯、环丁烷和甲基环丙烷。在A的分子结构中，假设存在一个平面结构，我们可以以2-丁烯为例。2-丁烯是一种烯烃，其分子中含有一个碳碳双键。双键两端的碳原子与相邻的碳原子形成平面结构，使得所有氢原子都位于该平面上。A的这种平面结构对其物理性质和化学性质可能产生的影响。物理性质方面，由于A的分子具有较高的对称性，沸点、熔点等物理性质可能受到影响。化学性质方面，平面结构可能导致A的某些化学键的极性发生变化，从而影响A的化学反应活性。第二题：某有机化合物A，其分子式为C4H8，A的分子中所有原子均处于同一平面上。已知A可以发生加成反应，但不能发生氧化反应。请回答以下问题：（1）推测A的可能结构式，并画出结构简式。（2）如果A与溴单质发生加成反应，生成的产物B的分子式为C4H8Br2。推测B的可能结构式，并说明理由。（3）根据A的结构，写出A与溴单质发生加成反应的化学方程式。答案：（1）A的可能结构式为1,3-丁二烯，结构简式为CH2=CH-CH=CH2。（2）B的可能结构式为1,2-二溴丁烷，理由是A与溴单质发生加成反应，溴原子会加成到双键的两个碳原子上，由于A的所有原子处于同一平面上，所以加成后的B也是平面结构。（3）化学方程式为：CH2=CH-CH=CH2+Br2→CH2Br-CH=CH-CH2Br解析：（1）由于A的分子式为C4H8，且所有原子在同一平面上，且能发生加成反应但不能发生氧化反应，说明A是一个烯烃，且不含环状结构。根据这些信息，我们可以推断A是1,3-丁二烯。（2）A与溴单质发生加成反应，溴原子会加成到双键的两个碳原子上，由于A是平面结构，加成后的B也是平面结构，因此B的结构式为1,2-二溴丁烷。（3）根据烯烃与溴的加成反应机制，A中的两个双键会分别与两个溴原子发生加成反应，生成1,2-二溴丁烷。第三题：已知：甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、苯（C6H6）、乙炔（C2H2）和二氯甲烷（CH2Cl2）等分子。分析上述分子中哪些属于非极性分子，哪些属于极性分子。解释为什么非极性分子在常温下通常是无色的，而极性分子在常温下可能呈现颜色。假设某实验室新合成了一种分子X，其分子式为C4H6，且实验测定发现其分子结构中存在一个碳碳三键。请根据已知信息推测分子X可能的几何构型和极性