空间构型题库及答案

空间构型题库及答案一、选择题1.下列分子中，中心原子的杂化轨道类型为sp²杂化的是（）A.CH₄B.NH₃C.BF₃D.H₂O2.下列分子的空间构型为正四面体的是（）A.CH₂Cl₂B.CCl₄C.NH₃D.H₂O3.下列分子中，键角最大的是（）A.CH₄B.NH₃C.H₂OD.CO₂4.下列关于杂化轨道的说法错误的是（）A.所有原子轨道都参与杂化B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化C.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键D.杂化轨道中不一定有电子5.下列分子中，中心原子采取sp杂化的是（）A.BeCl₂B.BF₃C.CH₄D.H₂O6.用价层电子对互斥理论判断SO₂的分子构型为（）A.直线形B.V形C.平面三角形D.正四面体7.下列分子或离子中，中心原子的价层电子对数为4的是（）A.BF₃B.NH₄⁺C.SO₃D.CO₂8.下列分子中，属于极性分子的是（）A.CO₂B.BF₃C.CH₄D.H₂O9.下列分子中，空间构型与NH₃相似的是（）A.H₂SB.CH₄C.CO₂D.BF₃10.下列关于分子空间构型的说法正确的是（）A.分子的空间构型只与中心原子的杂化方式有关B.分子的空间构型只与价层电子对的相互排斥作用有关C.分子的空间构型由中心原子的杂化方式和价层电子对的相互排斥作用共同决定D.分子的空间构型与化学键的类型有关11.下列分子中，中心原子杂化轨道类型与其他三种不同的是（）A.C₂H₄B.C₂H₂C.CH₄D.H₂O12.下列分子或离子中，键角最小的是（）A.CH₄B.NH₃C.H₂OD.CO₂13.下列关于价层电子对互斥理论的说法正确的是（）A.价层电子对就是σ键电子对B.价层电子对包括σ键电子对和孤电子对C.分子的空间构型取决于价层电子对的数目D.孤电子对不影响分子的空间构型14.下列分子中，中心原子的价层电子对数为3且含有1对孤电子对的是（）A.BF₃B.SO₂C.NH₃D.H₂O15.下列分子中，属于非极性分子的是（）A.HClB.H₂OC.CO₂D.NH₃二、填空题1.写出下列分子或离子的中心原子的杂化轨道类型和空间构型：(1)NH₃：杂化轨道类型______，空间构型______。(2)H₂O：杂化轨道类型______，空间构型______。(3)BF₃：杂化轨道类型______，空间构型______。(4)CH₄：杂化轨道类型______，空间构型______。(5)BeCl₂：杂化轨道类型______，空间构型______。2.根据价层电子对互斥理论，填写下列分子或离子的价层电子对数、孤电子对数和空间构型：(1)SO₃：价层电子对数______，孤电子对数______，空间构型______。(2)NH₄⁺：价层电子对数______，孤电子对数______，空间构型______。(3)H₂S：价层电子对数______，孤电子对数______，空间构型______。(4)CO₂：价层电子对数______，孤电子对数______，空间构型______。(5)ClO₃⁻：价层电子对数______，孤电子对数______，空间构型______。3.已知某分子的中心原子A的价层电子对数为4，其中有2对孤电子对，则该分子的空间构型为______，中心原子A的杂化轨道类型为______。4.比较下列分子的键角大小（填“＞”“＜”或“=”）：(1)CH₄______NH₃(2)NH₃______H₂O(3)CO₂______BF₃(4)H₂O______BeCl₂5.分子的极性与分子的空间构型有关，一般来说，______分子的空间构型是对称的，______分子的空间构型是不对称的。三、简答题1.简述杂化轨道理论的要点。2.如何用价层电子对互斥理论判断分子的空间构型？3.举例说明分子的极性与分子空间构型的关系。4.解释为什么H₂O分子的键角比NH₃分子的键角小。5.分析C₂H₄分子中碳原子的杂化方式和分子的空间构型。四、计算题1.计算PCl₅分子中中心原子P的价层电子对数，并判断其空间构型。2.计算SO₄²⁻离子中中心原子S的价层电子对数、孤电子对数，并判断其空间构型。3.已知某分子的中心原子A的价层电子对数为5，其中有1对孤电子对，计算该分子的成键电子对数，并判断其空间构型。4.计算XeF₄分子中中心原子Xe的价层电子对数、孤电子对数，并判断其空间构型。5.计算ClF₃分子中中心原子Cl的价层电子对数、孤电子对数，并判断其空间构型。答案部分一、选择题1.答案：C解析：CH₄中C原子的杂化轨道类型为sp³杂化；NH₃中N原子的杂化轨道类型为sp³杂化；BF₃中B原子的杂化轨道类型为sp²杂化；H₂O中O原子的杂化轨道类型为sp³杂化。2.答案：B解析：CH₂Cl₂是四面体结构，但不是正四面体；CCl₄是正四面体结构；NH₃是三角锥形；H₂O是V形。3.答案：D解析：CH₄的键角约为109°28′；NH₃的键角约为107°；H₂O的键角约为104.5°；CO₂的键角为180°。4.答案：A解析：并不是所有原子轨道都参与杂化，只有同一原子中能量相近的原子轨道才参与杂化，A错误，B正确；杂化轨道能量集中，有利于牢固成键，C正确；杂化轨道中不一定有电子，如在某些配位化合物中，中心原子的杂化轨道可能接受配体提供的电子对，D正确。5.答案：A解析：BeCl₂中Be原子的杂化轨道类型为sp杂化；BF₃中B原子的杂化轨道类型为sp²杂化；CH₄中C原子的杂化轨道类型为sp³杂化；H₂O中O原子的杂化轨道类型为sp³杂化。6.答案：B解析：SO₂中S原子的价层电子对数为3，其中有1对孤电子对，根据价层电子对互斥理论，其分子构型为V形。7.答案：B解析：BF₃中B原子的价层电子对数为3；NH₄⁺中N原子的价层电子对数为4；SO₃中S原子的价层电子对数为3；CO₂中C原子的价层电子对数为2。8.答案：D解析：CO₂、BF₃、CH₄都是非极性分子，H₂O是极性分子。9.答案：A解析：NH₃是三角锥形，H₂S也是三角锥形（类似NH₃，因为S和N同主族，结构相似）；CH₄是正四面体；CO₂是直线形；BF₃是平面三角形。10.答案：C解析：分子的空间构型由中心原子的杂化方式和价层电子对的相互排斥作用共同决定，A、B错误，C正确；分子的空间构型与化学键的类型关系不大，D错误。11.答案：B解析：C₂H₄中C原子的杂化方式为sp²杂化；C₂H₂中C原子的杂化方式为sp杂化；CH₄中C原子的杂化方式为sp³杂化；H₂O中O原子的杂化方式为sp³杂化。12.答案：C解析：CH₄的键角约为109°28′；NH₃的键角约为107°；H₂O的键角约为104.5°；CO₂的键角为180°，所以键角最小的是H₂O。13.答案：B解析：价层电子对包括σ键电子对和孤电子对，A错误，B正确；分子的空间构型取决于价层电子对的数目和孤电子对的数目，C错误；孤电子对会影响分子的空间构型，D错误。14.答案：B解析：BF₃中B原子的价层电子对数为3，没有孤电子对；SO₂中S原子的价层电子对数为3，有1对孤电子对；NH₃中N原子的价层电子对数为4，有1对孤电子对；H₂O中O原子的价层电子对数为4，有2对孤电子对。15.答案：C解析：HCl、H₂O、NH₃都是极性分子，CO₂是非极性分子。二、填空题1.(1)sp³，三角锥形(2)sp³，V形(3)sp²，平面三角形(4)sp³，正四面体(5)sp，直线形2.(1)3，0，平面三角形(2)4，0，正四面体(3)4，2，V形(4)2，0，直线形(5)4，1，三角锥形3.V形，sp³4.(1)＞(2)＞(3)＞(4)＜5.非极性，极性三、简答题1.杂化轨道理论的要点如下：(1)原子在形成分子时，为了增强成键能力，使分子的稳定性增加，同一原子中能量相近的不同类型的原子轨道可以重新组合，形成能量、形状和方向与原来原子轨道不同的新的原子轨道，这种重新组合的过程称为杂化，所形成的新的原子轨道称为杂化轨道。(2)杂化前后原子轨道的数目不变，但杂化轨道的能量和形状发生了改变，杂化轨道的能量集中，有利于牢固成键。(3)杂化轨道之间在空间尽可能采取最大夹角分布，使相互间的排斥力最小，从而使分子的能量最低，稳定性增加。(4)杂化可分为等性杂化和不等性杂化。等性杂化是指杂化后形成的各杂化轨道所含原来原子轨道的成分相同；不等性杂化是指杂化后形成的各杂化轨道所含原来原子轨道的成分不完全相同。2.用价层电子对互斥理论判断分子的空间构型的步骤如下：(1)确定中心原子的价层电子对数：价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数。σ键电子对数等于与中心原子成键的原子数；孤电子对数=1/2（axb），其中a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数（氢为1，其他原子等于8减去该原子的价电子数）。对于离子，计算价层电子对数时要考虑离子所带的电荷。(2)根据价层电子对数确定价层电子对的空间构型：价层电子对数为2时，价层电子对的空间构型为直线形；价层电子对数为3时，价层电子对的空间构型为平面三角形；价层电子对数为4时，价层电子对的空间构型为正四面体；价层电子对数为5时，价层电子对的空间构型为三角双锥形；价层电子对数为6时，价层电子对的空间构型为正八面体。(3)根据孤电子对数确定分子的空间构型：分子的空间构型是指分子中原子的实际空间排布，要去掉孤电子对的位置。例如，当价层电子对数为4，有1对孤电子对时，分子的空间构型为三角锥形；有2对孤电子对时，分子的空间构型为V形。3.分子的极性与分子空间构型密切相关。一般来说，非极性分子的空间构型是对称的，极性分子的空间构型是不对称的。例如：(1)CO₂分子：CO₂分子的空间构型为直线形，是对称的。C原子位于中心，两个O原子位于两端，C=O键是极性键，但由于分子的空间构型对称，两个C=O键的极性相互抵消，所以CO₂分子是非极性分子。(2)H₂O分子：H₂O分子的空间构型为V形，是不对称的。O原子位于中心，两个H原子位于两侧，OH键是极性键，由于分子的空间构型不对称，两个OH键的极性不能相互抵消，所以H₂O分子是极性分子。(3)CH₄分子：CH₄分子的空间构型为正四面体，是对称的。C原子位于正四面体的中心，四个H原子位于正四面体的四个顶点，CH键是极性键，但由于分子的空间构型对称，四个CH键的极性相互抵消，所以CH₄分子是非极性分子。4.H₂O分子和NH₃分子中中心原子O和N都采取sp³杂化。在NH₃分子中，N原子有1对孤电子对和3个σ键电子对；在H₂O分子中，O原子有2对孤电子对和2个σ键电子对。孤电子对之间的排斥力大于孤电子对与σ键电子对之间的排斥力，而σ键电子对之间的排斥力最小。H₂O分子中孤电子对的数目比NH₃分子多，孤电子对之间的排斥作用更强，使得H₂O分子中OH键之间的夹角被压缩得更小，所以H₂O分子的键角比NH₃分子的键角小。5.在C₂H₄分子中，每个碳原子的价电子构型为2s²2p²。在形成C₂H₄分子时，碳原子的1个2s轨道和2个2p轨道进行杂化，形成3个sp²杂化轨道。这3个sp²杂化轨道在同一平面上，夹角约为120°。每个碳原子的2个sp²杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道形成2个σ键，另一个sp²杂化轨道与另一个碳原子的sp²杂化轨道形成1个σ键。同时，每个碳原子还剩下1个未参与杂化的2p轨道，这两个2p轨道相互平行，侧面重叠形成1个π键。所以C₂H₄分子中碳原子的杂化方式为sp²杂化，分子的空间构型为平面形，6个原子共平面。四、计算题1.对于PCl₅分子，中心原子P的价电子数a=5，与中心原子结合的原子数x=5，每个Cl原子最多能接受的电子数b=1。价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数，σ键电子对数=5（因为有5个PCl键），孤电子对数=1/2（axb）=1/2（55×1）=0。所以价层电子对数=5+0=5。根据价层电子对互斥理论，价层电子对数为5时，空间构型为三角双锥形。2.对于SO₄²⁻离子，中心原子S的价电子数a=6，与中心原子结合的原子数x=4，每个O原子最多能接受的电子数b=2，离子带2个单位负电荷。价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数，σ键电子对数=4（因为有4个SO键），孤电子对数=1/2（a+2xb）=1/2（6+2