2.2.2 杂化轨道理论（备作业）(原卷版)-【上好课】2020-2021学年高二化学同步备课系列（新教材人教版选择性必修2）.docx

第 2 章 分子结构与性质 2.2.2 杂化轨道理论 一．选择题（共 10 小题） 1．如图所示，在乙烯分子中有 5 个s 键、1 个 π 键，下列表述正确的是( ) A．C、H 之间是 2sp 杂化轨道形成的键，C、C 之间是未参加杂化的 2p 轨道形成的 π 键 B．C、C 之间是 2sp 杂化轨道形成的键，C、H 之间是未参加杂化的 2p 轨道形成的 π 键 C． 2sp 杂化轨道形成 σ 键，未杂化的 2p 轨道形成 π 键 D． 2sp 杂化轨道形成 π 键，未杂化的 2p 轨道形成 σ 键 【答案】C 【解析】 A. C、C 之间除未参加杂化的 2p 轨道形成的 π 键外，还有 2sp 杂化轨道形成的 σ 键，故 A 错误； B. C、H 之间 2sp 杂化轨道形成的 σ 键，故 B 错误； C. 2sp 杂化轨道形成 σ 键，未杂化的 2p 轨道形成 π 键，故 C 正确； D. 2sp 杂化轨道形成 σ 键，未杂化的 2p 轨道形成 π 键，故 D 错误； 故选 C。 2．以下有关杂化轨道的说法中正确的是( ) A．sp3 杂化轨道中轨道数为 4，且 4 个杂化轨道能量相同 B．杂化轨道既可能形成σ键，也可能形成π键 C．杂化轨道不能容纳孤电子对 D．sp2 杂化轨道最多可形成 2 个σ键 【答案】A 【解析】 A. 杂化前后轨道数目不变，杂化后轨道能量相同，因此 sp3 杂化轨道中轨道数为 4，且 4 个杂化轨道能量相同， 故 A 正确； B. 杂化轨道只能形成σ键，π键是未参与杂化的 p 轨道形成的，故 B 错误； C. 杂化轨道可以容纳孤电子对，比如氨气，故 C 错误； D. sp2 杂化，轨道数目有 3 个，因此最多可形成 3 个σ键，故 D 错误。 故选 A。 3．下列有关杂化轨道的说法不正确的是( ) A．原子中能量相近的某些轨道，在成键时能重新组合成能量相等的新轨道 B．轨道数目杂化前后可以相等，也可以不等 C．杂化轨道成键时，要满足原子轨道最大重叠原理、最小排斥原理 D．杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道 【答案】B 【解析】 A.原子中能量相近的某些轨道，在成键时重新组合成能量相等的新轨道的过程称为杂化，所形成的新轨道称杂化 轨道，A 项正确； B.轨道数目杂化前后一定相等，B 项错误； C.杂化改变了原子轨道的形状和方向，杂化轨道的形状更利于原子轨道间最大程度地重叠，杂化轨道力图在空间 取最大夹角分布，使相互间的排斥最小，杂化轨道形成的键更稳定，C 项正确； D.杂化轨道可分为等性杂化轨道和不等性杂化轨道，如 CH4 中 C 为等性 sp3 杂化，H2O 中 O 为不等性 sp3 杂化， D 项正确； 故选 B。 4．下列有关乙烯和苯分子中的化学键描述正确的是( ) A．苯分子中每个碳原子的 2sp 杂化轨道中的其中一个形成大 键 B．乙烯分子中 C-H 键是 2sp 杂化轨道形成的 σ 键 C C 键是未参加杂化的 2p 轨道形成的 π 键 C．苯分子中碳碳键是 2sp 杂化轨道形成的 σ 键， C-H 键是未参加杂化的 2p 轨道形成的 π 键 D．乙烯和苯分子中每个碳原子都以 2sp 杂化轨道形成 σ 键，未杂化的 2p 轨道形成 π 键 【答案】D 【解析】 A.苯分子中每个碳原子的未参加杂化的 2p 轨道用来形成大 键，每个碳原子都以 2sp 杂化方式形成 键，选项 A 错误； B.乙烯分子中C H 键是 2s sp 形成的 键， C C 键包含未参加杂化的 2p 轨道“肩并肩”形成的一个 键和 2sp 杂化轨道形成的一个 键，选项 B 错误； C.苯分子中 C H 键是 2s sp 形成的 键，碳碳键包含 2sp 杂化轨道形成的 键和未参加杂化的 2p 轨道形成的  键，选项 C 错误。 D.乙烯和苯分子中每个碳原子都以 2sp 杂化轨道形成 σ 键，未杂化的 2p 轨道形成 π 键，选项 D 正确； 答案选 D。 5．下列对 sp3、sp2、sp 杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是 A．sp 杂化轨道的夹角最大 B．sp2 杂化轨道的夹角最大 C．sp3 杂化轨道的夹角最大 D．sp3、sp2、sp 杂化轨道的夹角相等 【答案】A 【解析】 sp 杂化的空间构型是直线型，夹角 180º，sp3 杂化的空间构型为正四面体，夹角是 107 º28′，sp2 杂 化的空间构型为平面形，夹角是 120 º，因此 sp 杂化轨道的夹角最大，故 A 正确。 6．乙烯分子中含有 4 个 C—H 键和 1 个 C=C 键，6 个原子在同一平面上。下列关于乙烯分子的成键情况分析正 确的是 ( ) ①每个 C 原子的 2s 轨道与 2p 轨道杂化，形成两个 sp 杂化轨道 ②每个 C 原子的 2s 轨道与 2 个 2p 轨道杂化， 形成 3 个 sp2 杂化轨道 ③每个 C 原子的 2s 轨道与 3 个 2p 轨道杂化，形成 4 个 sp3 杂化轨道 ④每个 C 原子的 3 个价电子占据 3 个杂化轨道，1 个价电子占据 1 个 2p 轨道 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 【答案】B 【解析】 乙烯分子中每个 C 原子与 1 个 C 原子和 2 个 H 原子成键，必须形成 3 个σ键，6 个原子在同一平面上，则键角为 120°，为 sp2 杂化，形成 3 个 sp2 杂化轨道，1 个价电子占据 1 个 2p 轨道，2 个 C 原子成键时形成 1 个π键，②④ 正确，故选 B。 故选 B。 7．用 Pauling 的杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构，下列说法不正确的是（ ） A．C 原子的四个杂化轨道的能量一样 B．C 原子的 sp3 杂化轨道之间夹角一样 C．C 原子的 4 个价电子分别占据 4 个 sp3 杂化轨道 D．C 原子有 1 个 sp3 杂化轨道由孤对电子占据 【答案】D 【解析】 A.杂化前的轨道能量不同，形成杂化轨道后能量就完全一样，A 项正确； B.杂化轨道之间的夹角也是一样的，B 项正确； C.形成杂化轨道后，碳原子原来的 4 个价电子将分别占据 4 个杂化轨道，C 项正确； D.形成杂化轨道后，碳原子原来的 4 个价电子将分别占据 4 个杂化轨道，D 项错误； 答案选 D。 8．在 分子中，羰基与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为（ ） A．sp2 杂化；sp2 杂化 B．sp3 杂化；sp3 杂化 C．sp2 杂化；sp3 杂化 D．sp 杂化；sp3 杂化 【答案】C 【解析】 在 CH3COCH3（丙酮）分子中，羰基碳原子含有 3 个σ键且不含孤电子对，所以采用 sp2 杂化，甲基碳原子含有 4 个σ键且不含孤电子对，所以采用 sp3 杂化；正确选项 C。 9．根据价层电子对互斥理论及原子轨道的杂化理论判断 3NF 分子的 VSEPR 模型名称和中心原子的杂化方式为 （ ） A．直线形 sp 杂化 B．四面体形 3sp 杂化 C．三角锥形 3sp 杂化 D．三角形 2sp 杂化 【答案】B 【解析】 根据公式计算中心原子的杂化方式：中心原子成键数+（中心原子的价电子数±电荷数-配原子价电子数×配原子 个数）/2 。 3NF 分子： 5 3 13 42    ，采取 3sp 杂化， VSEPR 模型为四面体型；答案选 B。 10．下列分子中，各分子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是( ) A．NH3 平面三角形 sp3 杂化 B．CCl4 正四面体 sp3 杂化 C．H2O V 形 sp2 杂化 D．CO32﹣ 三角锥形 sp3 杂化 【答案】B 【解析】 根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对数=配原子个数+孤电子对数。 A、NH3 中心原子的价层电子对数=3+ 1 2 （5-3×1）=4，N 的杂化方式为 sp3，含有一对孤电子对，分子的立体构 型为三角锥形，选项 A 错误； B、CCl4 中心原子的价层电子对数=4+ 1 2 （4-4×1）=4，C 的杂化方式为 sp3，没有孤电子对，分子的立体构型为 正四面体，选项 B 正确； C、H2O 中心原子的价层电子对数=2+ 1 2 （6-2×1）=4，O 的杂化方式为 sp3，含有两对孤电子对，分子的立体构 型为 V 形，选项 C 错误； D、CO32- 中心原子的价层电子对数=3+ 1 2 （4+2-3×2）=3，C 的杂化方式为 sp2，没有孤电子对，分子的立体构型 为平面三角形，选项 D 错误； 答案选 B。 二、填空题（共 5 题） 11．（1）BCl3 中心原子的杂化方式为____。 （2）在 S 的氢化物(H2S)分子中，S 原子轨道的杂化类型是___。 （3）H2O 的分子构型为__，中心原子的杂化轨道类型为__。COCl2 中心原子的杂化轨道类型为__。 （4）在硅酸盐中，Si 4- 4O 四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型 式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中 Si 原子的杂化形式为___。 【答案】sp2 sp3 V 形(或角形) sp3 sp2 sp3 【解析】 (1)BCl3 中价层电子对数为 3+ 3 1 3 2   =3； (2)在 S 的氢化物(H2S)分子中，S 原子价层电子对个数=2+ 6 2 1 2   =4 且含有 2 个孤电子对，根据价层电子对互 斥理论判断 Y 原子轨道的杂化类型； (3)水分子中 O 原子价层电子对个数=2+ 6 2 1 2   =4 且含有 2 个孤电子对，再判断分子构型及杂化轨道类型；COCl2 中心原子 C 原子与 O 之间一个σ键，与 Cl 之间一个σ键，共形成 3 个σ键，无孤对电子； (4)硅酸盐中的硅酸根(SiO44-)为正四面体结构，中心原子 Si 原子成 4 个σ键，无孤对电子。 (1)BCl3 中价层电子对数为 3+ 3 1 3 2   =3，硼原子为 sp2 杂化； (2)在 S 的氢化物(H2S)分子中，S 原子价层电子对个数=2+ 6 2 1 2   =4 且含有 2 个孤电子对，根据价层电子对互 斥理论判断 S 原子轨道的杂化类型为 sp3； (3)水分子中 O 原子形成 2 个σ键、含有 2 对孤电子对，杂化轨道数目为 4，为 sp3 杂化，所以分子构型为 V 形； COCl2 中 C 原子成 3 个σ键、1 个π键，没有孤电子对，C 原子采取 sp2 杂化； (4)硅酸盐中的硅酸根(SiO44-)为正四面体结构，所以中心原子 Si 原子采取了 sp3 杂化方式。 12．计算下列分子或离子中的价电子对数，并根据已学填写下表 物质 价电子 对数 成键电子 对数 孤电子 对数 中心原子杂化 轨道类型 杂化轨道/电子对 空间构型 轨道 夹角 分子空间 构型 键角 CO2 BF3 CH4 H2O NH3 PCl3 【答案】 物质 价电子 对数 成键电 子对数 孤电子 对数 中心原子 杂化轨道 类型 杂化轨道/电子对 空间构型 轨道夹角 分子空 间构型 键角 CO2 2 2 0 sp 直线形 180° 直线形 180° BF3 3 3 0 sp2 平面三角形 120° 平面三 角形 120° CH4 4 4 0 sp3 正四面体 109°28" 正四面 体 109°28" H2O 4 2 2 sp3 正四面体