人教版高中数学选修三第二节《分子的立体构型—杂化轨道理论与配合物理论简介》

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第二章第二节《分子的立体构型—杂化轨道理论与配合物理论简介》过 关训练试题
(时间:45 分钟 满分:100 分) 一、单项选择题(每小题 4 分,共 48 分) 1.氨气分子空间构型是三角锥形,而甲烷是正四面体形,这是因为( C )
A.两种分子的中心原子杂化轨道类型不同,NH3 为 sp2 杂化,而 CH4 是 sp3 杂化 B.NH3 分子中 N 原子形成三个杂化轨道,CH4 分子中 C 原子形成 4 个杂化轨道 C.NH3 分子中有一对未成键的孤电子对,它对成键电子的排斥作用较强 D.氨气分子是极性分子而甲烷是非极性分子

2.在

分子中,羰基碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为( C )

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

3.下列分子的空间构型可用 sp2 杂化轨道来解释的是( A )

①BF3 ②



④CH≡CH

⑤NH3 ⑥CH4

A.①②③

B.①⑤⑥

C.②③④

D.③⑤⑥

【解析】:sp2 杂化形成的为三个夹角为 120°的平面三角形杂化轨道,另外中心原子还有未参与

杂化的 p 轨道,可形成一个π键,而杂化轨道只用于形成σ键或容纳未成键的孤电子对,①②③的 键角均为 120°,④为 sp 杂化,⑤⑥为 sp3 杂化。

4. 在 下 列 化 学 反 应 : ① H++OHBaSO4↓+2NH4Cl;⑤Fe+Cu2+
是( A )

H2O;②2H2+O2 2H2O;③HCl+NH3 NH4Cl;④BaCl2+(NH4)2SO4 Cu+Fe2+;⑥NaNH2+H2O NaOH+NH3 中,反应时不形成配位键的

A.①②④⑤⑥

B.④⑤⑥

C.②④⑤

D.②③

5.下列物质:①H3O+、②[B(OH)4]-、③CH3COO-、④NH3、⑤CH4 中存在配位键的是( A )

A.①②

B.①③

C.④⑤

D.②④

【解析】:水分子中各原子已达到稳定结构,H3O+是 H+和 H2O 中的 O 形成配位键,[B(OH)4]-是 3 个 OH-与 B 原子形成 3 个共价键,还有 1 个 OH-的 O 与 B 形成配位键,而其他选项中均不存在配 位键。故选 A。

6.根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断,NF3 分子的空间结构和中心原子的杂化方式 为( D )

A.直线形 sp 杂化

B.三角形 sp2 杂化

C.三角锥形 sp2 杂化

D.三角锥形 sp3 杂化

7.下列关于杂化轨道的叙述正确的是( B )

A.杂化轨道可用于形成σ 键,也可用于形成π 键

B.杂化轨道可用来容纳未参与成键的孤电子对

C.NH3 中 N 的 sp3 杂化轨道是由 N 的 3 个 p 轨道与 H 的 s 轨道杂化而成的
D.在乙烯分子中 1 个碳原子的 3 个 sp2 杂化轨道与 3 个氢原子的 s 轨道重叠形成 3 个 C—H σ 键

【解析】:杂化轨道只用于形成σ键,或用来容纳未参与成键的孤电子对,不能用来形成π键,故 B 项正确,A 项不正确;NH3 中 N 的 sp3 杂化轨道是由 N 的 1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道杂化而成的,C 项 不正确;在乙烯分子中,1 个碳原子的 3 个 sp2 杂化轨道中的 2 个 sp2 杂化轨道与 2 个氢原子的 s 轨道重叠形成 2 个 C—H σ键,剩下的 1 个 sp2 杂化轨道与另一个碳原子的 sp2 杂化轨道重叠形成 1 个 C—C σ键,D 项不正确。

8.下列分子所含原子中,既有 sp3 杂化,又有 sp2 杂化的是( A )

A.乙醛[

]

B.丙烯腈[

]

C.甲醛[

]

D.丙炔[

]

9.如图是卟啉配合物叶绿素的结构示意图,有关的叙述正确的是( B )

A.该叶绿素只含有 H、Mg、C

B.该叶绿素是配合物,中心离子是镁离子

C.该叶绿素是配合物,其配体是 N

D.该叶绿素不是配合物,而是高分子化合物

【解析】:Mg 的最高化合价为+2,而化合物中 Mg 与 4 个氮原子作用,由此可以判断该化合物中 Mg 与 N 间形成配位键,该物质为配合物,B 项正确、D 项不正确;该化合物组成中还含有氧元素,A 项 不正确;该化合物中配位原子为 N,而不能称为配体,同样也不能称配体是氮元素,因为配体一般 可以是离子或分子,C 项不正确。

10.在硼酸[B(OH)3]分子中,B 原子与 3 个羟基相连,其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分 子中 B 原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是( C )

A.sp,范德华力

B.sp2,范德华力

C.sp2,氢键

D.sp3,氢键

11.关于原子轨道的说法正确的是( C )

A.凡是中心原子采取 sp3 杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体

B.CH4 分子中的 sp3 杂化轨道是由 4 个 H 原子的 1s 轨道和 C 原子的 2p 轨道混合形成 C.sp3 杂化轨道是由同一个原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道混合起来形成的一组新轨道

D.凡 AB3 型的共价化合物,其中中心原子 A 均采用 sp3 杂化轨道成键

12.关于[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O 的说法正确的是( B )

A.配体为水分子,配原子为 O,外界为 Br-

B.中心离子的配位数为 6

C.中心离子 Cr3+采取 sp3 杂化

D.中心离子的化合价为+2

【解析】:[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O 中内界为[Cr(H2O)4Br2]+,Cr3+为中心离子,配体为 H2O、Br-,配位 数为 6,外界为 Br-、H2O,Cr3+提供的空轨道数为 6,中心离子未采取 sp3 杂化。

二、填空题(52 分)

13.(10 分)X、Y、Z、R 为前四周期元素,且原子序数依次增大。XY2 是红棕色气体;X 与氢元素 可形成 XH3;Z 基态原子的 M 层与 K 层电子数相等;R2+的 3d 轨道中有 9 个电子。

请回答下列问题:

(1)Y 基态原子的电子排布式是

;Z 所在周期中第一电离能最大的主族元素是



(2)X 的立体构型是

;R2+的水合离子中,提供孤电子对的原子是



(3)将 R 单质的粉末加入 XH3 的浓溶液中,通入 Y2,充分反应后溶液呈深蓝色,该反应的离子方程式





【答案】:(1)1s22s22p4 Cl

(2)V 形 O

(3)2Cu+8NH3·H2O+O2 2[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O

【解析】:(1)XY2 是红棕色气体,应为 NO2,则 X 为氮元素,Y 为氧元素;Z 基态原子的 M 层与 K 层电 子数相等,K 层有 2 个电子,则 M 层也有 2 个电子,是镁元素,第 3 周期中第一电离能最大的主族元 素是氯元素;(2)N 中氮原子是 sp2 杂化,与氧原子形成 2 个σ键,立体构型是 V 形;R2+离子的 3d 轨 道有 9 个电子,其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d9,共 27 个电子,因此 R 为 29 号元素铜元素,Cu2+ 有空轨道,能接受孤对电子形成配位键,在 H2O 中氧原子能提供孤对电子;(3)铜与浓氨水、氧气反 应后溶液呈深蓝色,生成氢氧化四氨合铜,从而可写出方程式并配平。

14.(12 分)早期发现的一种天然二十四面准晶颗粒由 Al、Cu、Fe 三种金属元素组成。回答下 列问题:

(1)可用硫氰化钾检验 Fe3+,形成的配合物的颜色为



(2)新制备的 Cu(OH)2 可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸,而自身还原成 Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨

道类型为

,1 mol 乙醛分子中含有的σ 键的数目为

。乙酸的沸点明显高于乙醛,

其主要原因是



【答案】:(1)红色

(2)sp3、sp2 6NA 形成了分子间的氢键,造成沸点升高

【解析】:(1)形成的硫氰合铁配离子为红色。

(2)乙醛分子中甲基碳原子空间四面体构型,采取 sp3 杂化;醛基是平面结构,碳原子采取 sp2 杂化;CH3CHO 分子中的碳碳键、4 个碳氢键都是σ键,碳氧双键中有一个σ键,所以 1 mol 乙醛分 子中共有 6 mol σ键,也就是 6NA;由于乙酸分子羟基极性更强,形成了分子间的氢键,造成沸点升 高。

15.(14 分)(1)中国古代四大发明之一——黑火药,它的爆炸反应为 2KNO3+3C+2S ↑。

A+N2↑+3CO2

①除 S 外,上列元素的电负性从大到小依次为



②在生成物中,含极性共价键的分子的中心原子轨道杂化类型为



③已知 CN-与 N2 结构相似,推算 HCN 分子中σ 键与π 键数目之比为



(2)原子序数小于 36 的元素 Q 和 T,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,且原子序数 T 比 Q

多 2。T 的基态原子外围电子(价电子)排布为

,Q2+的未成对电子数是



(3)在 CrCl3 的水溶液中,一定条件下存在组成为[CrCln(H2O)6-n]x+(n 和 x 均为正整数)的配离子, 将其通过氢离子交换树脂(R—H),可发生离子交换反应:[CrCln(H2O)6-n]x++xR—H

Rx[CrCln(H2O)6-n]+xH+交换出来的 H+经中和滴定,即可求出 x 和 n,确定配离子的组成。

将含 0.001 5 mol [CrCln(H2O)6-n]x+的溶液,与 R—H 完全交换后,中和生成的 H+需浓度为 0.120 0

mol·L-1 NaOH 溶液 25.00 mL,已知该配离子的化学式为



【答案】:(1)①O>N>C>K ②sp ③1∶1

(2)3d84s2 4

(3)[CrCl(H2O)5]2+(4 分)

【解析】:(1)①元素的非金属性越强则电负性越强,故 C、N、O、K 四种元素电负性强弱的关系 为 O>N>C>K。②在生成物中只有 CO2 是含极性键的分子,CO2 的中心原子 C 以 sp 杂化形成直线形分 子。③在 HCN 中,H—C 键是σ键。在 C≡N 三键中只有一个σ键,两个π键,故σ键与π键之比为 1∶1。(2)由 Q、T(核电荷数小于 36)在周期表的位置及二者核电荷数关系可知 T 为 28Ni,其基态 原子外围电子排布式为 3d84s2;26Fe2+核外电子排布式为[Ar]3d6,因 d 层有 5 个轨道,故 Fe2+中含有

4 个未成对电子。

(3)由题中数据可知[CrCln(H2O)6-n]x+带的电荷数为(0.120 0 mol·L-1×0.025 L)÷0.001 5 mol=2,所以配离子的化学式为[CrCl(H2O)5]2+。

16.(16 分)铜单质及其化合物在很多领域都有着重要用途,如金属铜可用来制造各项体育赛事 的奖牌、电线、电缆,胆矾可用作杀菌剂等。试回答下列问题。

(1)已知 Cu 位于元素周期表第四周期第ⅠB 族,则 Cu 原子的价电子排布式为________。

(2)下列分子或离子中,能提供孤电子对与 Cu2+形成配位键的是________(填序号,下同)。

①H2O ②NH3 ③F- ④CN-

A.①②

B.①②③

C.①②④

D.①②③④

(3)向盛有硫酸铜溶液的试管中加入氨水,首先形成难溶物,继续加入氨水,难溶物溶解并 得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象叙述正确的是( )

A.反应后溶液中不存在任何沉淀,所以反应前后 Cu2+的浓度不变

B.沉淀溶解后生成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+

C.若硫酸铜溶液中混有少量硫酸,则可用氨水除去硫酸铜溶液中的硫酸

D.在[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+提供孤电子对,NH3 提供空轨道

(4)下列关于[Cu(NH3)4]SO4 的说法中,正确的有( )

A.[Cu(NH3)4]SO4 中所含的化学键有离子键、极性键和配位键

B.[Cu(NH3)4]SO4 中含有 NH3 分子,其水溶液中也含有 NH3 分子

C.[Cu(NH3)4]SO4 的配体空间构型为正四面体形

D.[Cu(NH3)4]SO4 的外界离子的空间构型为三角锥形
(5)向硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+,已知 NF3 与 NH3 的立体构型均是三 角锥形,但 NF3 不易与 Cu2+形成配离子,其原因是__________________________。
【答案】:(1)3d104s1 (2)D (3)B (4)A

(5)F 的电负性比 N 大,N—F 成键电子对向 F 偏移,导致 NF3 中 N 原子核对其孤电子对的吸 引能力增强,难以形成配位键,故 NF3 不易与 Cu2+形成配离子(或者 N、F、H 三种元素的电负性:

F>N>H,在 NF3 中,共用电子对偏向 F,偏离 N 原子,使得氮原子上的孤电子对难以与 Cu2+形成配 位键)(4 分)
【解析】:(2)只要有孤电子对就可以做配体,而①②③④中均有孤电子对,故选 D。(3)向硫酸 铜溶液 的试管中加入氨水,首 先形 成 Cu(OH)2,继续加 入氨水, Cu(OH)2 溶解并 得配合物 [Cu(NH3)4]SO4,即深蓝色的透明溶液。在此过程中,原来的 Cu2+生成了 Cu(OH)2 时浓度减小,加 氨水后又生成了[Cu(NH3)4]2+,溶液中仍无 Cu2+。(4)内界的离子是不能电离的,所以水溶液中不 会有 NH3 分子。[Cu(NH3)4]SO4 的配体是 NH3,其空间构型是三角锥形,外界的离子是 SO24-,其空 间构型为正四面体,所以 C、D 均错误。


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