2.2.2 杂化轨道理论-2022-2023学年高二化学课后培优分级练（人教版2019选择性必修2）（解析版）

第二章分子结构与性质第二节分子的空间结构第2课时杂化轨道理论培优第一阶——基础过关练1．在以下的分子或离子中，空间结构的几何形状是三角锥形的是A．SO B．CH4 C．CO2 D．PCl3【答案】D【详解】A．硫酸根离子是正四面体，A错误；B．甲烷分子是正四面体，B错误；C．二氧化碳是直线型，C错误；D．根据杂化轨道理论，P的价层电子对数为4，有一孤对电子，采用sp3杂化，故为三角锥形，D正确；故选D。2．乙烯是石油化学工业的重要原料，其产量可以用来衡量一个国家石油化学工业的发展水平。下列关于乙烯的说法不正确的是A．含σ键、π键 B．化学键均为非极性共价键C．碳原子均采取sp2杂化 D．所有原子均位于同一平面【答案】B【详解】A．乙烯分子的结构式为，单键全是含σ键，双键中有1个σ键、1个π键，所以乙烯中含σ键、π键，故A正确；

B．乙烯分子中的C-H键为极性共价键，故B错误；C．碳原子形成3个σ键，无孤电子对，价电子对数为3，均采取sp2杂化，故C正确；D．碳原子形成3个σ键，无孤电子对，价电子对数为3，所有原子均位于同一平面，故D正确；选B。3．下列叙述中正确的是A．CS2为V形的极性分子，形成分子晶体B．SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化，SiF4呈正四面体，SO呈三角锥形C．氯化硼(BCl3)的熔点为-107℃，氯化硼液态时能导电而固态时不导电D．ClO的空间结构为平面三角形【答案】B【详解】A．CS2中C的价层电子对数=，C原子采用sp杂化，CS2为直线形分子，不是V形分子，A错误；B．SiF4中Si的价层电子对数=，采用sp3杂化，SiF4分子呈正四面体；SO中S的价层电子对数=，采用sp3杂化，含有1对孤对电子对，SO呈三角锥形，B正确；C．根据熔点可知氯化硼是共价晶体，固态或液态BCl3中只含有分子，不存在离子，不具有导电能力，C错误；D．ClO中Cl的价层电子对数=，采用sp3杂化，含有1对孤对电子对，ClO呈三角锥形，D错误；答案选B。4．下列分子的中心原子是杂化的是A． B． C． D．【答案】A【详解】A．BF3的中心原子的价层电子对数为3+=3，VSEPR模型为平面三角形，中心原子的杂化方式是sp2，故A正确；B．CO2的中心原子的价层电子对数为2+=2，VSEPR模型为直线形，中心原子的杂化方式是sp，故B错误；C．CH4的中心原子的价层电子对数为4+=4，VSEPR模型为正四面体，中心原子的杂化方式是sp3，故C错误；D．H2O的中心原子的价层电子对数为2+=4，VSEPR模型为四面体，中心原子的杂化方式是sp3，故D错误；故选：A。5．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是A．CO2与SO2 B．C2H2与C2H4 C．BeCl2与H2O D．CH4与NH3【答案】D【详解】A．CO2中C形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，SO2中S形成2个δ键，孤电子对数==1，为sp2杂化，不相同，故A错误；B．C2H4中C形成3个δ键，无孤电子对，为sp2杂化，C2H2中形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，不相同，故B错误；C．BeCl2中Be形成2个δ键，无孤电子对，为sp杂化，H2O中O形成2个δ键，2对孤电子对，为sp3杂化，不相同，故C错误；D．CH4中C形成4个δ键，无孤电子对，为sp3杂化，NH3中N形成3个δ键，孤电子对数==1，为sp3杂化，相同，故D正确；故选D。6．下列分子的中心原子采用杂化，但分子的空间结构不同的一组是①；②；③；④；⑤；⑥A．①②③ B．①⑤⑥ C．②③④ D．③⑤⑥【答案】D【详解】①根据价层电子对互斥理论，BF3的价层电子对数为3+×(3-3×1)=3，为sp2杂化，没有孤电子对，空间构型为平面正三角形；②根据价层电子对互斥理论，BeCl2的价层电子对数为2+×(2-2×1)=2，为sp杂化，没有孤电子对，空间构型为直线形；③根据价层电子对互斥理论，H2S的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4，为sp3杂化，有2对孤电子对，空间构型为V形；④根据价层电子对互斥理论，CS2的价层电子对数为2+×(4-2×2)=2，为sp杂化，没有孤电子对，空间构型为直线形；⑤根据价层电子对互斥理论，NH3的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4，为sp3杂化，有1对孤电子对，空间构型为三角锥形；⑥根据价层电子对互斥理论，CCl4的价层电子对数为4+×(4-4×1)=4，为sp3杂化，没有孤电子对，空间构型正四面体形；综上所述，③⑤⑥符合题意，故选D。7．下列关于原子轨道和电子云的表述正确的是A．s能级和p能级的原子轨道形状相同B．用原子轨道描述氢分子中化学键的形成：C．分子中心原子杂化轨道的电子云轮廊图：D．乙烯中键电子云模型：【答案】D【详解】A．s能级的原子轨道形状为球形，p能级的原子轨道形状为哑铃形，二者不同，A错误；B．左边是氢原子原子轨道，右边不是氢原子原子轨道，因此该原子轨道描述不是描述氢分子中化学键的形成过程，B错误；C．根据价层电子对互斥理论，CH4的价层电子对数为4+×(4-4×1)=4，CH4中心原子采用sp3杂化，电子云轮廓为，C错误；D．乙烯中π键以“肩并肩’方式相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大即电子云重叠后得到的电子云图像呈镜像对称，电子云模型为，D正确；故选D。8．下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间构型均正确的是A．C2H2：sp2、直线形 B．：sp3、三角锥形C．BF3：sp3、三角锥形 D．H2O：sp3、V形【答案】D【详解】A．乙炔分子的三键碳原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间构型为直线形，故A错误；B．硫酸根离子中硫原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为0，则硫原子的杂化方式为sp3杂化，离子的空间构型为正四面体形，故B错误；C．三氟化硼分子中硼原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为0，则硫原子的杂化方式为sp2杂化，分子的空间构型为平面三角形，故C错误；D．水分子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，氧原子的杂化方式为sp3杂化，分子的空间构型为V形，故D正确；故选D。9．下列有关分子结构的描述正确的是A．NH3中心原子为sp2杂化，分子呈三角锥形B．HCHO分子为平面三角形，分子中含3个σ键和一个π键C．H2O的VSEPR模型为V形，能与H+形成配位键D．CH4为正四面体形分子，能与水分子形成分子间氢键【答案】B【详解】A．NH3的中心N原子的价层电子对数为4，发生sp3杂化，N原子的最外层有1个孤电子对，分子呈三角锥形，A不正确；B．HCHO分子中C原子的价层电子对数为3，C原子发生sp2杂化，分子呈平面三角形，HCHO的结构式为，分子中含3个σ键和一个π键，B正确；C．H2O分子中的O原子，其价层电子对数为4，中心O原子发生sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，能与H+形成配位键，C不正确；D．CH4为正四面体形分子，中心C原子的原子半径虽然比较小，但非金属性不太强，则不能与水分子形成分子间氢键，D不正确；故选B。10．下列说法正确的是A．SO2的VSEPR模型与分子的空间结构相同B．H2S、NF3、CH4这一组粒子的中心原子杂化类型相同，分子或离子的键角不相等C．的电子式为，离子呈平面正方形结构，SF6分子是正八面体形D．SO中心S原子的孤电子对数为0，故其结构为平面三角形【答案】B【详解】A．SO2中S原子的价层电子对数=2+=3，含一对孤电子对，VSEPR模型为平面三角形，空间结构为V形，故A错误；B．H2S中S原子杂化轨道数=σ键数+孤对电子对数=2+=4，所以采取sp3杂化，分子构型为V型，NF3中氮原子杂化轨道数=σ键数+孤对电子对数=3+=4，所以采取sp3杂化，分子构型为四面体型，CH4中C原子杂化轨道数=δ键数+孤对电子对数=4+0=4，所以采取sp3杂化，分子构型为正四面体型，中心原子都是sp3杂化，孤电子对数不同，分子的键角不相同，故B正确；C．铵根离子与甲烷分子结构相似，都是正四面体结构，故C错误；D．中S原子孤电子对数==1，价层电子对数=1+3=4，空间构型为三角锥形；故D错误；故选：B。11．科学家从化肥厂生产的(NH4)2SO4中检出化学式为N4H4(SO4)2的物质，该物质的晶体中含有SO和N4H两种离子，当N4H遇到碱性溶液时，会生成N4分子。下列说法正确的是A．14N、N4与N2互为同位素B．N4为正四面体结构，键角为109°28′C．NH与SO中心原子的杂化方式均为“sp3”杂化D．(NH4)2SO4中只含有共价键，不含离子键，属于共价化合物【答案】C【详解】A．质子数相同、中子数不同的核素互为同位素，14N是原子，而N4与N2为N元素组成的两种不同性质的单质，因此三者不能互为同位素，A错误；B．N4的空间构型与白磷相似，为正四面体构型，键角为60°，B错误；C．NH的中心原子价电子对数为4+=4，采取sp3杂化，SO的中心原子价电子对数为4+=4，采取sp3杂化，C正确；D．(NH4)2SO4为离子化合物，既含离子键、又含共价键，D错误；答案选C。培优第二阶——拓展培优练12．甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示碳原子的杂化和甲烷中的碳原子杂化状态一致的是A．CH≡C*CH3 B．C*H2=CHCH3 C．CH2=C*HCH3 D．CH2=CHC*H3【答案】D【详解】A．CH≡C*CH3中，带“∗”碳原子的价层电子对数为2，发生sp杂化，A不符合题意；B．C*H2=CHCH3中，带“∗”碳原子的价层电子对数为3，发生sp2杂化，B不符合题意；C．CH2=C*HCH3中，带“∗”碳原子的价层电子对数为3，发生sp2杂化，C不符合题意；D．CH2=CHC*H3中，带“∗”碳原子的价层电子对数为4，发生sp3杂化，D符合题意；故选D。13．次氯酸具有很强的氧化性，下列有关说法正确的是A．该分子的电子式是H：O：Cl B．氧原子与H、Cl都形成π键C．氧原子发生sp杂化 D．该分子为V形分子【答案】D【详解】A．次氯酸为共价化合物，分子中存在1个氧氢键和氧氯键，次氯酸的电子式为，A错误；B．氧原子与H、Cl都形成σ键，B错误；C．O形成2个单键，且含2对孤对电子，O原子为sp3杂化，C错误；D．O原子为sp3杂化，2对孤对电子对2个共价单键有排斥作用，该分子为V形分子，D正确；答案选D。14．下列有关苯分子中的描述不正确的是A．碳原子均以sp2杂化轨道形成正六边形的碳环，键角为120°B．每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，相互间以“肩并肩”方式相互重叠，形成一个大π键C．6条碳碳键完全等同，共有6个原子处于同一平面D．每个碳原子的一个sp2杂化轨道分别与6个H原子的1s轨道重叠形成6条σ键【答案】C【详解】A．在苯分子中，碳原子都以sp2杂化，通过sp2杂化轨道形成正六边形的碳环，键角为120°，故A正确；B．每个碳原子还有一个未参加杂化的2p轨道，它们均有一个未成对电子，这些2p轨道相互平行，以“肩并肩”方式相互重叠，形成一个多电子的大π键，故B正确；C．苯分子呈平面正六边形，分子中共有十二个原子共面，故C错误；D．每个碳原子含有3个sp2杂化轨道，两条分别与相连碳原子形成sp2-sp2σ键，另外一条分别与6个H的1s轨道重叠形成sp2-sσ键，故D正确；故选：C。15．下列分子中，杂化类型相同，空间结构也相同的是A．、 B．、 C．、 D．、【答案】D【详解】A．H2O分子中O原子的价层电子对数2+=4，含有2对孤电子，VSEPR模型为四面体，O原子的杂化方式为sp3，空间构型为V形；SO2分子中S原子的价层电子对数2+=3，含有1对孤电子，VSEPR模型为平面三角形，S原子的杂化方式为sp2，空间构型为V形，H2O、SO2的空间构型都是V形，但中心原子的杂化方式不同，故A错误；B．NH3分子中N原子的价层电子对数3+=4，含有1对孤电子，VSEPR模型为四面体，N原子的杂化方式为sp3，空间构型为三角锥形，H2O、NH3分子中心原子的杂化方式相同，但空间构型不同，故B错误；C．HCHO分子中C原子的价层电子对数3+=3，无孤电子对，VSEPR模型和空间构型均为平面三角形，C原子的杂化方式为sp2，NH3、HCHO分子中心原子的杂化方式不同，空间构型也不同，故C错误；D．BeCl2分子中Be原子的价层电子对数2+=2，无孤电子对，VSEPR模型和空间构型均为直线形，Be原子的杂化方式为sp；CO2分子中C原子的价层电子对数2+=2，无孤电子对，VSEPR模型和空间构型均为直线形，C原子的杂化方式为sp，BeCl2、CO2分子中心原子的杂化方式都是sp，空间构型都是直线形，故D正确；故选：D。16．价层电子对互斥理论和杂化轨道理论都可以判断、解释分子或离子的空间构型，下列说法正确的是A．和的键角相同 B．、的中心原子价层电子对数相同C．、中S原子的杂化方式相同 D．、都是直线形的分子【答案】B【详解】A．的价层电子对数为2，呈直线形，的价层电子对数为3，呈平面三角形，所以二者的键角不同，A不正确；B．、的中心原子价层电子对数都为=4，B正确；C．、中S原子分别发生sp2、sp3杂化，二者的杂化方式不同，C不正确；D．为直线形分子，为二面角结构分子，D不正确；故选B。17．氯化亚砜()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(S)采取何种杂化方式的说法正确的是A．三角锥形、 B．三角形、C．平面三角形、 D．三角锥形、【答案】A【分析】利用价层电子对互斥理论计算中心原子S上的孤电子对数和价层电子对数，然后判断。【详解】氯化亚砜中中心原子S上的孤电子对数为=1，σ键电子对数为3，价层电子对数为3+1=4，S原子采用sp3杂化，VSEPR模型为四面体形，略去1对孤电子对，SOCl2的空间结构为三角锥形；答案选A。18．X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子的基态价电子排布式为，Y位于元素周期表第二周期第ⅢA族，Z的两种同位素原子常用于测定文物的年代，Q是元素周期表中电负性最大的元素，E的阳离子通常存在于明矾和草木灰中。下列说法正确的是A．第一电离能：B．中阴离子中心原子的杂化方式为杂化C．的空间构型为V形D．原子半径：【答案】B【分析】X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子的基态价电子排布式为2s2，则X为Be元素；Y位于元素周期表第二周期第IIIA族，则Y为B元素；Z的两种同位素原子常用于测定文物的年代，则Z为C元素；Q是元素周期表中电负性最大的元素，则Q为F元素；E的阳离子通常存在于明矾和草木灰中，则E为K元素，以此分析解答。【详解】A．Be的2s能级处干全满稳定状态，其第一电离能大干同周期相邻元素，则第一电离能：Be＞B，故A错误；B．EYQ4的阴离子为，其中心原子B的杂化轨道数为4+，则B原子的杂化方式为sp3杂化，故B正确；C．为，的中心原子C的杂化轨道数为3+，C原子的杂化方式为sp2杂化，且没有未成键电子对，则的构型为平面三角形，故C错误；D．主族元素同周期从左向右原子半径逐渐减小，则原子半径：Be＞B＞C，故D错误；故答案选B。19．用VSEPR理论判断：物质孤对电子对数轨道杂化形式空间构型SO3_____________________PO_____________________NCl3_____________________CO2_____________________【答案】

0

sp2

平面三角形

0

sp3

正四面体

1

sp3

三角锥形

0

sp

直线形【分析】根据价层电子对互斥理论，可计算孤电子对数[(a-xb)]，判断轨道杂化类型和空间构型。【详解】SO3的中心原子S的孤电子对数=(6-3×2)=0，σ键电子对数是3，所以价层电子对数为3，轨道杂化形式是sp2，空间结构是平面三角形；的中心原子P的孤电子对数=+(5+3-4×2)=0，σ键电子对数是4，所以价层电子对数为4，轨道杂化形式是sp3，空间结构是正四面体；NCl3的中心原子N的孤电子对数=(5-3×1)=1，σ键电子对数是3，所以价层电子对数为4，轨道杂化形式是sp3，空间结构是三角锥形；CO2的中心原子C的孤电子对数=(4-2×2)=0，σ键电子对数是2，所以价层电子对数为2，轨道杂化形式是sp，空间结构是直线形。20．推广磷酸亚铁锂电池的新能源汽车对减少二氧化碳排放和大气污染具有重要意义。工业上用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl及苯胺()为原料制磷酸亚铁锂材料。回答下列问题：(1)基态铁原子核外电子运动状态有____种；基态Fe3+较基态Fe2+稳定的原因是____。(2)在NH4H2PO4中的N、P、O三种元素的电负性由大到小的顺序是____；NH的空间构型为____；已知H2PO与PO中P原子的杂化方式相同，则H2PO杂化轨道类型为____。【答案】(1)

26

Fe3+核外电子排布为1s22s22p63s23p63d5，3d轨道处于半填充较为稳定状态(2)

O>N>P

正四面体形

sp3杂化【解析】（1）把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，因而空间运动状态个数等于轨道数；而在同一原子轨道下最多可以有两个自旋方向不同的电子，自旋方向不同，运动状态也就不相同，即运动状态个数等于电子数。基态铁原子为26号元素，核外电子运动状态有26种；基态Fe3+较基态Fe2+稳定的原因是基态Fe3+核外电子排布为1s22s22p63s23p63d5，3d轨道处于半填充较为稳定状态；（2）同周期从左到右，金属性减弱，非金属性变强，元素的电负性变强；同主族由上而下，金属性增强，非金属性逐渐减弱，元素电负性减弱；N、P、O三种元素的电负性由大到小的顺序是O>N>P；NH中氮原子形成4个共价键，为sp3杂化，空间构型为正四面体形；PO中中心P原子价层电子对数为4+=4，P原子采用sp3杂化，已知H2PO与PO中P原子的杂化方式相同，则H2PO杂化轨道类型为sp3杂化。21．根据物质结构的基本理论，原子之间通过原子轨道的重叠方式，以不同类型的化学键结合，形成具有不同空间结构的分子或离子，按照已学的物质结构知识填写下列空白。(1)在分子中，硼原子的杂化轨道类型为_______，F-B-F的键角是_______，为_______分子(极性分子或非极性分子)。(2)可与形成，中氧原子采用_______杂化。的立体构型为_______。(3)中H-O-H键角比中H-O-H键角大，原因为_______。【答案】(1)

sp2

120°

非极性(2)

sp3

三角锥形(3)H2O分子中含有2对孤电子对，H3O+中只有1对孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对对成键电子对的排斥力【解析】(1)在分子中B周围的价层电子对数为：3+=3，根据杂化轨道理论可知，硼原子的杂化轨道类型为sp2，空间构型为平面三角形，则F-B-F的键角是120°，BF3分子中的正负电荷中心重合，则为非极性分子，故答案为：sp2；120°；非极性；(2)可与形成H3O+，则H3O+中心原子O原子周围价层电子对数为：3+=4，根据杂化轨道理论可知，H3O+中氧原子采用sp3杂化，有一对孤电子对，根据价层电子对互斥理论可知，H3O+的立体构型为三角锥形，故答案为：sp3；三角锥形；(3)由于孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对对成键电子对的排斥力，且H2O分子中含有2对孤电子对，H3O+中只有1对孤电子对，故H3O+中H-O-H键角比中H-O-H键角大，原因为：H2O分子中含有2对孤电子对，H3O+中只有1对孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对对成键电子对的排斥力。22．随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的开发利用受到越来越多的关注。以天然气(主要成分是)为原料经合成气(主要成分为制化学品，是目前天然气转化利用的主要技术路线。而采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒。请回答下列问题：(1)中铁的化合价为0，写出铁原子的基态电子排布式：_______。(2)与互为等电子体的分子和离子分别为_____和_______(各举一种即可，填化学式)，分子的电子式为_______，分子的结构式可表示成_______。(3)在中，碳原子采取杂化的分子有_______。(4)分子中，中的碳原子采用杂化_______方式，中的碳原子采取杂化方式_______。【答案】(1)(2)

C≡O(3)(4)

【解析】（1）Fe的原子序数为26，则基态电子排布式为[Ar]3d64s2，故答案为：[Ar]3d64s2；（2）CO分子中C原子上有一对孤对电子，C、O原子都符合8电子稳定结构，分子的电子式为，则CO的结构式为C≡O，又等电子体中原子数和价电子数都相同，则

N2、CN-、CO的原子数都是2，价电子数都是10，则互为等电子体，故答案为：N2；CN-；；C≡O；（3）在CH4、CO、CH3OH三种物质中甲烷、甲醇中C原子杂化轨道数目为4，碳原子采取sp3杂化，CO中碳原子采取sp杂化，故答案为：CH4、CH3OH；（4）价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数，-CH3中价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数=4+0=4，所以碳原子采