2026年分子的立体结构杂化轨道与配位键习题及答案

2026年分子的立体结构杂化轨道与配位键习题及答案一、单项选择题1.氨硼烷(NH3BH3)是一种潜力巨大的固态储氢材料，被广泛应用于氢燃料电池的储氢系统开发中，其分子结构与乙烷互为等电子体，结构相似，下列关于氨硼烷的说法错误的是()A.N原子和B原子的杂化类型均为sp3杂化B.分子中存在一个配位键，由N原子提供孤电子对，B原子提供空轨道C.氨硼烷分子中所有原子共平面D.氨硼烷的沸点高于相同相对分子质量的乙烷2.三苯基膦(P(C6H5)3，简称PPh3)是有机合成领域钯催化交叉偶联反应中最常用的配体，可与过渡金属中心形成稳定的配合物提升催化活性，下列说法正确的是()A.三苯基膦中P原子的杂化类型为sp2杂化B.PCl3分子的立体结构为平面三角形C.三苯基膦中苯环上的碳原子杂化类型均为sp2杂化D.三苯基膦与钯形成配位键时，钯原子提供孤电子对3.下列关于分子中心原子的杂化类型和分子立体结构的判断中，错误的是()A.CS2中心C原子为sp杂化，分子为直线形B.SiCl4中心Si原子为sp3杂化，分子为正四面体形C.BF3中心B原子为sp2杂化，分子为平面三角形D.SnBr2中心Sn原子为sp2杂化，分子为平面三角形4.下列关于配位键和配位化合物的说法中，正确的是()A.配位键本质上是一种特殊的离子键，只能存在于配合物的内界中B.只要是两个不同的成键粒子，都可以形成配位键C.形成配位键的核心条件是一方能够提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道D.配位化合物中只含有配位键，不可能存在共价键或离子键5.沸石分子筛是石油化工和环境治理领域常用的吸附材料与催化材料，其骨架由硅氧四面体和铝氧四面体连接而成，骨架硅铝比是影响其性能的核心参数，下列关于铝硅酸盐分子筛中原子杂化的说法正确的是()A.骨架中SiO4四面体单元的Si原子为sp2杂化B.骨架中AlO4四面体单元的Al原子为sp3杂化C.骨架中桥氧原子连接两个四面体中心，氧原子为sp杂化D.分子筛吸附的游离水分子中氧原子为sp杂化6.根据等电子原理，原子总数相同、价电子总数相同的等电子体之间具有相似的结构和化学键特征，下列各组粒子中，中心原子的杂化类型不相同的是()A.SO42-和PO43-B.SO3和NO3-C.CO2和NO2+D.H3O+和SO37.硼酸(H3BO3)是一种常用的弱酸和工业原料，其酸性并不是自身电离出H+，而是来源于H3BO3结合水分子中的OH-释放出H+，下列关于硼酸的说法错误的是()A.H3BO3分子中中心B原子的杂化类型为sp2杂化B.硼酸晶体为层状结构，层内分子间存在氢键和范德华力C.H3BO3能与邻二醇形成稳定的环状配位化合物，该过程中B原子提供孤电子对形成配位键D.硼酸分子整体为平面三角形结构8.血红素是高等生物体内负责运载氧的功能蛋白质，其活性中心是Fe2+与卟啉环形成的配合物，四个吡咯环的氮原子与中心Fe2+形成稳定的配位结构，下列关于该结构的说法正确的是()A.卟啉环中所有碳原子均为sp3杂化B.中心Fe2+的配位数为4，四个配位键的键长完全相等C.吡咯环中氮原子只形成了两个σ键，还有一对孤电子对用于形成配位键D.整个卟啉环为立体结构，所有原子不可能共平面二、不定项选择题9.下列粒子中存在配位键的是()A.NH4+B.H3O+C.NaClD.[Ag(NH3)2]+10.配位化合物三氯化六氨合钴(III)[Co(NH3)6]Cl3是一种典型的钴配合物，在催化领域有着广泛应用，下列关于该化合物的说法中正确的是()A.中心Co3+的配位数是6，配位原子是N原子B.配体NH3中N原子的杂化类型均为sp3杂化C.该化合物外界是Cl-，内界是[Co(NH3)6]3+，结构中存在离子键、配位键和共价键三种化学键D.1mol该配合物溶于水后，可电离出4mol自由移动的Cl-三、非选择题1.我国科学家于2025年成功制备了氮掺杂石墨烯负载的单镍原子催化剂，可实现高选择性电催化还原CO2制备甲醇，该催化剂的活性中心结构为单个Ni原子与石墨烯骨架中四个掺杂的N原子配位结合，回答下列问题：(1)该活性中心中Ni原子的配位数为____；(2)石墨烯骨架中的碳原子杂化类型为____，掺杂的与Ni配位的N原子杂化类型为____；(3)配位键的形成过程中，____提供孤电子对，____提供空轨道；(4)反应物CO2分子中中心C原子的杂化类型为____，还原产物CH3OH中中心C原子的杂化类型为____。2.顺铂是人类第一个人工合成的抗癌药物，其化学名称为顺式二氯二氨合铂(II)，化学式为Pt(NH3)2Cl2，它的发现开创了金属配合物抗癌药物研究的全新领域，回答下列问题：(1)已知Pt(NH3)2Cl2存在顺反异构，顺铂分子具有抗癌活性，反铂无活性，据此推断中心Pt(II)的杂化类型为____(填“sp3”或“dsp2”)，说明判断理由：____；(2)顺铂分子中配位键的总数为____，配体为____，配位原子为____；(3)配体NH3分子中N原子的杂化类型为____，NH3分子的立体结构为____；(4)Cl-也可作为配体，Cl-作为配体时，由____提供孤电子对。3.硼砂是工业上最重要的硼化合物，其化学式为Na2B4O7·10H2O，水溶液可作为缓冲溶液使用，硼砂的阴离子为[B4O5(OH)4]2-，结构中包含两个BO3平面三角形单元和两个BO4四面体单元，回答下列问题：(1)该阴离子中硼原子的杂化类型分别为____；(2)该阴离子中配位键的数目为____，说明配位键的形成原因：____；(3)该阴离子中所有氧原子的杂化类型均为____；(4)写出与BO33-互为等电子体的一种分子的化学式____，该分子的中心原子杂化类型为____，立体结构为____。4.铜的配合物在分析化学和材料科学中应用十分广泛，回答下列相关问题：(1)向硫酸铜稀溶液中逐滴加入稀氨水直至过量，观察到先产生蓝色氢氧化铜沉淀，继续滴加氨水后沉淀溶解，得到透明的深蓝色溶液，写出沉淀溶解过程的离子方程式____；(2)最终得到的结晶产物为[Cu(NH3)4]SO4·H2O，该配合物中中心离子为____，配体为____，配位数为____；(3)[Cu(NH3)4]2+配离子的立体结构为平面正方形，中心Cu2+的杂化类型为____，配位键的形成方式为____；(4)外界离子SO42-中中心S原子的价层电子对数为____，杂化类型为____，立体结构为____；(5)硫酸铜溶液中存在水合铜离子[Cu(H2O)4]2+，其中H2O作为配体，配位原子为____，H2O分子中O原子的杂化类型为____，H2O分子的立体结构为____。参考答案与解析1.答案：C解析：氨硼烷的结构式为H3N→BH3，N原子的价层电子对数为3个N-Hσ键加1个N-Bσ键，共4对，不存在孤电子对剩余，因此N原子为sp3杂化；B原子的价层电子对数为3个B-Hσ键加1个N-Bσ键，共4对，因此B原子也为sp3杂化，A选项说法正确。N原子最外层有5个电子，与3个H原子形成σ键后剩余一对孤电子对，B原子最外层有3个电子，与3个H原子形成σ键后剩余一个空的2p轨道，因此N和B之间形成配位键，N提供孤电子对，B提供空轨道，B选项说法正确。由于N和B均为sp3杂化，分子中两个中心原子都为四面体构型，因此所有原子不可能共平面，C选项说法错误。氨硼烷分子中含有N-H键，分子间可以形成氢键，而乙烷分子中只存在C-H键，分子间不能形成氢键，因此氨硼烷的分子间作用力更强，沸点高于相同相对分子质量的乙烷，D选项说法正确。2.答案：C解析：三苯基膦中P原子形成3个P-Cσ键，剩余一对孤电子对，价层电子对数为4，因此P原子为sp3杂化，A选项错误。PCl3中P原子价层电子对数为3个P-Clσ键加1对孤电子对，共4对，因此P原子为sp3杂化，分子立体结构为三角锥形，不是平面三角形，B选项错误。三苯基膦中的苯环是平面共轭结构，每个碳原子都形成3个σ键，不存在孤电子对，因此所有苯环上的碳原子都是sp2杂化，C选项正确。三苯基膦与钯形成配位键时，P原子含有孤电子对，由P提供孤电子对，钯作为过渡金属中心提供空轨道，D选项错误。3.答案：D解析：CS2分子中心C原子价层电子对数为2，无孤电子对，因此为sp杂化，分子为直线形，A正确。SiCl4中心Si原子价层电子对数为4，无孤电子对，因此为sp3杂化，分子为正四面体形，B正确。BF3中心B原子价层电子对数为3，无孤电子对，因此为sp2杂化，分子为平面三角形，C正确。SnBr2中心Sn原子价层电子数为4，形成两个Sn-Brσ键，剩余一对孤电子对，价层电子对数为3，因此为sp2杂化，但由于孤电子对的斥力大于成键电子对的斥力，分子立体结构为V形，不是平面三角形，D错误。4.答案：C解析：配位键本质上是一种特殊的共价键，不是离子键，既可以存在于配合物内界，也可以存在于简单离子中，比如铵根离子中的配位键，A错误。形成配位键需要满足特定条件，不是任意两个原子都可以形成，B错误。配位键形成的核心条件就是成键一方提供孤电子对，另一方提供空轨道，这是配位键形成的基本要求，C正确。配位化合物中不仅存在配位键，还可能存在共价键和离子键，比如[Cu(NH3)4]SO4中硫酸根和配离子之间存在离子键，配体NH3内部存在共价键，D错误。5.答案：B解析：SiO4四面体单元中Si原子形成4个Si-Oσ键，价层电子对数为4，因此为sp3杂化，A错误。AlO4四面体单元中Al原子形成4个Al-Oσ键，价层电子对数为4，因此为sp3杂化，B正确。桥氧原子连接两个Si或Al中心，形成两个O-Si/Alσ键，剩余两对孤电子对，价层电子对数为4，因此为sp3杂化，C错误。水分子中O原子形成两个O-Hσ键，剩余两对孤电子对，价层电子对数为4，为sp3杂化，D错误。6.答案：D解析：SO42-和PO43-原子总数都是5，价电子总数都是32，互为等电子体，中心原子价层电子对数都是4，均为sp3杂化，杂化类型相同，A不符合题意。SO3和NO3-原子总数都是4，价电子总数都是24，互为等电子体，中心原子价层电子对数都是3，均为sp2杂化，杂化类型相同，B不符合题意。CO2和NO2+原子总数都是3，价电子总数都是16，互为等电子体，中心原子价层电子对数都是2，均为sp杂化，杂化类型相同，C不符合题意。H3O+中心O原子价层电子对数为4，杂化类型为sp3，SO3中心S原子价层电子对数为3，杂化类型为sp2，二者杂化类型不同，D符合题意。7.答案：C解析：H3BO3分子中B原子形成3个B-Oσ键，无孤电子对，价层电子对数为3，因此为sp2杂化，分子为平面三角形结构，A、D选项说法正确。硼酸晶体是层状结构，每个H3BO3分子的羟基之间可以形成氢键，层内分子间存在氢键和范德华力，B选项说法正确。B原子最外层只有3个电子，形成三个共价键后，剩余一个空轨道，因此形成配位键时B原子提供空轨道，醇羟基的氧原子提供孤电子对，C选项说法错误。8.答案：C解析：卟啉环是大共轭平面结构，所有碳原子均为sp2杂化，A错误。卟啉环中四个氮原子分为两种，两个是氨基氮，两个是亚氨基氮，与Fe2+结合后，四个配位键的电子云分布并不完全一致，键长也不完全相等，B错误。吡咯环中的氮原子，一个键连氢，两个键连相邻的环碳原子，共形成三个σ键，其中一对孤电子对参与大π键共轭，还有一对孤电子对可以提供给中心金属离子形成配位键，C正确。卟啉环中所有原子都是sp2杂化，整个环为平面共轭结构，所有原子都可以共平面，D错误。9.答案：ABD解析：NH4+中，NH3的N提供孤电子对，H+提供空轨道，形成配位键，A正确。H3O+中，H2O的O提供孤电子对，H+提供空轨道，形成配位键，B正确。NaCl是离子化合物，只存在离子键，不存在配位键，C错误。[Ag(NH3)2]+中，NH3的N提供孤电子对，Ag+提供空轨道，形成配位键，D正确。10.答案：ABC解析：[Co(NH3)6]Cl3中，中心Co3+结合6个NH3配体，配位数为6，配位原子是NH3中的N原子，A正确。配体NH3中N原子价层电子对数为4，杂化类型为sp3杂化，B正确。该配合物内界是[Co(NH3)6]3+，外界是3个Cl-，内界中Co和N之间存在配位键，NH3内部N和H之间存在共价键，内界阳离子和外界阴离子之间存在离子键，因此共存在三种化学键，C正确。该配合物中只有外界的3个Cl-可以自由移动电离，内界的配位键稳定不会断裂，因此1mol该配合物溶于水只能电离出3mol自由移动的Cl-，D错误。1.答案：(1)4(2)sp2；sp2(3)N原子；Ni原子(4)sp；sp3解析：石墨烯是单层石墨结构，所有碳原子都与相邻三个碳原子成键，为sp2杂化，形成平面共轭结构，掺杂的N原子替换了骨架中的C原子，仍然保留sp2杂化方式，N原子比C原子多一个质子，核外多余的电子形成孤电子对，可以提供给Ni原子形成配位键，Ni作为过渡金属中心具有空轨道，接受孤电子对，配位数为4；CO2是直线形分子，C原子价层电子对数为2，为sp杂化，CH3OH中C原子形成四个单键，价层电子对数为4，为sp3杂化。2.答案：(1)dsp2；若中心Pt(II)为sp3杂化，分子为四面体形结构，两个相同配体无论怎么排列都只有一种结构，不存在顺反异构，只有dsp2杂化形成平面四边形结构，两个相同配体可以分别处于邻位和对位，才会存在顺反异构(2)4；NH3和Cl-；N和Cl(3)sp3；三角锥形(4)Cl原子解析：顺铂中Pt作为中心原子，与两个NH3配体、两个Cl-配体分别形成配位键，共4个配位键，配位原子分别是配体中带有孤电子对的N和Cl，NH3中N原子价层电子对数为4，为sp3杂化，分子立体结构为三角锥形，配体提供孤电子对的是配位原子本身，因此Cl-配体由Cl原子提供孤电子对。3.答案：(1)sp2杂化和sp3杂化(2)2；BO3单元中的B原子有一个空的价层轨道，羟基氧原子