第一课时 分子的空间结构模型
题组一 杂化轨道理论
1.（2024·淮安高二检测）下列关于杂化轨道的说法错误的是（ ）
A.只有部分原子轨道参与杂化形成杂化轨道
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.杂化轨道中一定有一个电子
2.下列说法正确的是（ ）
A.PCl3分子呈三角锥形，这是磷原子采取sp2杂化的结果
B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混杂形成的4个新轨道
C.中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形
D.AB3型分子的空间结构必为平面三角形
3.（2024·徐州高二检测）下列每组分子的中心原子杂化方式相同的是（ ）
A.XeF2、PCl5
B.C2H2、H2O2
C.BF3、NCl3
D.SO2、H2O
4.回答下列问题：
（1）CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为 和 。
（2）的中心原子的杂化方式为 。
（3）LiAlH4中的阴离子的中心原子的杂化方式为 。
（4）有机碱CH3N中，N原子的杂化轨道类型是 。
题组二 价层电子对互斥模型
5.下列关于价层电子对互斥模型的叙述不正确的是（ ）
A.价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构
B.分子中中心原子的价电子对的相互排斥作用决定了分子的空间结构
C.中心原子上的孤电子对不参与相互排斥作用
D.分子中键角越大，价电子对之间的斥力越小
6.下列有关描述正确的是（ ）
A.N为V形微粒
B.Cl的空间结构为平面三角形
C.N的价电子对分布的几何构型、空间结构均为平面三角形
D.Cl的价电子对分布的几何构型、空间结构相同
7.（2024·南京高二检测）用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是（ ）
A.SO2、CO2都是直线形的分子
B.H2O键角为120°，O3键角为180°
C.PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形的分子
D.AlCl3、SO3都是平面三角形的粒子
8.（2024·无锡高二检测）硫酸是重要的化工原料。稀硫酸具有酸的通性；浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性，能氧化大多数金属单质和部分非金属单质。金属冶炼时产生的含SO2废气经回收处理、催化氧化、吸收后可制得硫酸。2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g） ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。工业制硫酸尾气中的SO2可用氨水吸收，吸收液经处理后释放出的SO2又可循环利用。下列有关SO2、SO3、S、H2SO4的说法正确的是（ ）
A.SO2转化为SO3时没有破坏共价键
B.SO3的空间结构为三角锥形
C.S与SO3中的键角相等
D.硫酸的结构为，可以推测H2SO4分子间能形成氢键
题组三 等电子原理
9.（2024·宿迁高二检测）下列分子或离子互为等电子体的是（ ）
A.S与SO3
B.CH4与H2O
C.PCl3与Cl
D.BF3与C
10.N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，下列说法中不正确的是（ ）
A.N2分子与CO分子中都含有三键
B.N2和CO的中心原子的轨道杂化类型相同
C.N2与CO互为等电子体
D.N2与CO的化学性质相同
11.通常把具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子称为等电子体。等电子体的结构和性质相似（等电子原理）。有下列两个系列的物质：
系列一：CH4 C2H6 C Y C2 W
系列二：N N2 X N Z N2
试根据等电子体的概念及上述两系列物质的排列规律，推断X、Y、Z、W可能是下列各组分子或离子中的（ ）
A.N CO2 N2O4 CO
B.N CO2 N2H4 C2H2
C.N CO NO2 C2H2
D.N HC N2 CO
12.（2024·南京高二检测）下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的是（ ）
A.BF3：sp2、平面三角形
B.C：sp2、三角锥形
C.C2H2：sp2、直线形
D.H2O：sp2、V形
13.（2024·连云港高二检测）根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是（ ）
编号 分子式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构
① AsCl3 四面体形 三角锥形
② HCHO 平面三角形 三角锥形
③ NF3 四面体形 平面三角形
④ N 正四面体形 正四面体形
A.①② B.①④
C.②④ D.②③
14.周期表中前10种元素形成的下列分子结构图中，“”表示相关元素的原子除去最外层电子的剩余部分，“”表示氢原子，小黑点“”表示没有形成共价键的最外层电子，短线表示共价键。下列关于几种分子的说法正确的是（ ）
A.上述分子中，中心原子采取sp3杂化的只有①②
B.①分子为正四面体结构，④分子为V形结构
C.②分子中σ键数与π键数之比为2∶1
D.四种分子的键角由大到小的顺序为②＞③＞①＞④
15.（2024·淮安高二检测）N与CH4互为等电子体，等电子体的化学键类型和空间结构相同。运用价层电子对互斥模型预测N的空间结构及其中心原子杂化轨道类型（ ）
A.平面三角形；sp2杂化
B.正四面体形；sp3杂化
C.三角锥形；sp3杂化
D.直线形；sp杂化
16.（1）N的空间结构为 。
（2）我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl（用R代表）。经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。
从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为 ，不同之处为 。（填字母）
A.中心原子的杂化轨道类型
B.中心原子的价电子对数
C.空间结构
D.共价键类型
题组一 杂化轨道理论
1.（2024·淮安高二检测）下列关于杂化轨道的说法错误的是（ ）
A.只有部分原子轨道参与杂化形成杂化轨道
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.杂化轨道中一定有一个电子
解析：D 参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，A、B项正确；杂化轨道一头大一头小，成键时利用大的一头，可使原子轨道重叠程度更大，形成的化学键更牢固，C项正确；杂化轨道可以有孤电子对（如NH3、H2O），D项错误。
2.下列说法正确的是（ ）
A.PCl3分子呈三角锥形，这是磷原子采取sp2杂化的结果
B.sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混杂形成的4个新轨道
C.中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形
D.AB3型分子的空间结构必为平面三角形
解析：C PCl3分子的中心原子P采取sp3杂化，含有1对孤电子对，空间结构为三角锥形，A错误；sp3杂化轨道是能量相近的1个s轨道和3个p轨道混杂形成的4个sp3杂化轨道，B错误；采取sp3杂化的分子，其价电子对分布的几何构型都是四面体，分子的空间结构还与含有的孤电子对数有关，空间结构可能是四面体形或三角锥形或V形，C正确；AB3型分子的空间结构与中心原子的孤电子对数有关，如BF3中B原子没有孤电子对，空间结构为平面三角形，NH3中N原子有1对孤电子对，空间结构为三角锥形，D错误。
3.（2024·徐州高二检测）下列每组分子的中心原子杂化方式相同的是（ ）
A.XeF2、PCl5 B.C2H2、H2O2
C.BF3、NCl3 D.SO2、H2O
解析：A XeF2中心原子属于sp3d杂化，PCl5中心原子属于sp3d杂化，A正确；C2H2中心原子属于sp杂化，H2O2中心原子属于sp3杂化，B错误；BF3中心原子属于sp2杂化，NCl3中心原子属于sp3杂化，C错误；SO2中心原子属于sp2杂化，H2O中心原子属于sp3杂化，D错误。
4.回答下列问题：
（1）CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为sp和sp3。
（2）的中心原子的杂化方式为sp3。
（3）LiAlH4中的阴离子的中心原子的杂化方式为sp3。
（4）有机碱CH3N中，N原子的杂化轨道类型是sp3杂化。
解析：（1）CO2中C原子为sp杂化，CH3OH分子中C与三个氢原子和一个O相连，均为单键，碳原子为sp3杂化。（2）中，价电子对数为（7－1＋2×1）＝4，中心原子的杂化方式为sp3。（3）LiAlH4中的阴离子是[AlH4]－，含有的价电子对数是（3＋1＋4×1）＝4，中心原子的杂化方式为sp3。（4）CH3N中的N原子形成了4个σ键，其杂化轨道类型为sp3杂化。
题组二 价层电子对互斥模型
5.下列关于价层电子对互斥模型的叙述不正确的是（ ）
A.价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构
B.分子中中心原子的价电子对的相互排斥作用决定了分子的空间结构
C.中心原子上的孤电子对不参与相互排斥作用
D.分子中键角越大，价电子对之间的斥力越小
解析：C 中心原子上的孤电子对会占据中心原子周围的空间，并参与相互排斥作用。
6.下列有关描述正确的是（ ）
A.N为V形微粒
B.Cl的空间结构为平面三角形
C.N的价电子对分布的几何构型、空间结构均为平面三角形
D.Cl的价电子对分布的几何构型、空间结构相同
解析：C N中价电子对数＝（5＋1＋3×0）＝3，没有孤电子对，N为平面三角形微粒，A项错误、C项正确；Cl中价电子对数＝（7＋1＋3×0）＝4，孤电子对数为4－3＝1，价电子对分布的几何构型为四面体形而空间结构为三角锥形，B、D项错误。
7.（2024·南京高二检测）用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是（ ）
A.SO2、CO2都是直线形的分子
B.H2O键角为120°，O3键角为180°
C.PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形的分子
D.AlCl3、SO3都是平面三角形的粒子
解析：D 二氧化硫中价电子对数为3且含有1对孤电子对，二氧化硫为V形结构；CO2分子是直线形结构， A错误。H2O分子中价电子对数为（6＋2）＝4，O原子采用sp3杂化，O原子上含有2对孤电子对，H2O分子是V形分子，键角不是120°；O3中价电子对数为×（6＋2×0）＝3，含有1对孤电子对，为V形结构，键角不是180°，B错误。PCl3、NH3中，价电子对数为4且含有1对孤电子对，都是三角锥形的分子；GaCl3中价电子对数为3，不含孤电子对，为平面三角形的分子，C错误。AlCl3、SO3中，价电子对数为3，不含孤电子对，都是平面三角形的粒子，D正确。
8.（2024·无锡高二检测）硫酸是重要的化工原料。稀硫酸具有酸的通性；浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性，能氧化大多数金属单质和部分非金属单质。金属冶炼时产生的含SO2废气经回收处理、催化氧化、吸收后可制得硫酸。2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g） ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。工业制硫酸尾气中的SO2可用氨水吸收，吸收液经处理后释放出的SO2又可循环利用。下列有关SO2、SO3、S、H2SO4的说法正确的是（ ）
A.SO2转化为SO3时没有破坏共价键 B.SO3的空间结构为三角锥形
C.S与SO3中的键角相等 D.硫酸的结构为，可以推测H2SO4分子间能形成氢键
解析：D SO2和氧气反应生成SO3，有共价键被破坏，A错误；SO3中S原子的价电子对数是3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，B错误；S中S原子的价电子对数是4，为正四面体结构，SO3中S原子的价电子对数是3，无孤电子对，为平面三角形结构，所以键角不相等，C错误；H2SO4中含有O—H键，所以H2SO4分子间能形成氢键，D正确。
题组三 等电子原理
9.（2024·宿迁高二检测）下列分子或离子互为等电子体的是（ ）
A.S与SO3 B.CH4与H2O
C.PCl3与Cl D.BF3与C
解析：D S中有4个原子，6＋6×3＋2＝26个价电子，SO3中有4个原子，6＋6×3＝24个价电子，两者不互为等电子体，A错误；CH4中有4个原子，H2O分子中含有3个原子，所以两者不互为等电子体，B错误；PCl3中有4个原子，Cl中含有5个原子，所以两者不互为等电子体，C错误；BF3中有4个原子，3＋7×3＝24个价电子，C中有4个原子，4＋6×3＋2＝24个价电子，两者互为等电子体， D正确。
10.N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，下列说法中不正确的是（ ）
A.N2分子与CO分子中都含有三键
B.N2和CO的中心原子的轨道杂化类型相同
C.N2与CO互为等电子体
D.N2与CO的化学性质相同
解析：D 由题意可知，N2分子和CO分子中均含有一个σ键和两个π键，所以二者都含有三键，A项正确；N2、CO的中心原子的轨道杂化类型相同，均为sp杂化，B项正确；N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，互为等电子体，其性质相似，但并不完全相同，C项正确，D项错误。
11.通常把具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子称为等电子体。等电子体的结构和性质相似（等电子原理）。有下列两个系列的物质：
系列一：CH4 C2H6 C Y C2 W
系列二：N N2 X N Z N2
试根据等电子体的概念及上述两系列物质的排列规律，推断X、Y、Z、W可能是下列各组分子或离子中的（ ）
A.N CO2 N2O4 CO
B.N CO2 N2H4 C2H2
C.N CO NO2 C2H2
D.N HC N2 CO
解析：A 系列一中为含C元素的微粒，系列二中为含N元素的微粒，上下对应微粒互为等电子体，根据等电子原理推断四种微粒。
12.（2024·南京高二检测）下列分子中中心原子的杂化方式和分子的空间结构均正确的是（ ）
A.BF3：sp2、平面三角形
B.C：sp2、三角锥形
C.C2H2：sp2、直线形
D.H2O：sp2、V形
解析：A BF3中硼原子价电子对数＝（3＋3×1）＝3，杂化轨道数为3，中心原子采取 sp2杂化，不含孤电子对，分子为平面三角形，A正确；C中碳原子价电子对数＝（4＋2＋3×0）＝3，杂化轨道数为3，中心原子采取 sp2杂化，不含孤电子对，分子为平面三角形，B错误；乙炔的结构为CH≡CH，C原子采用sp杂化，为直线形，C错误；H2O中O价电子对数＝（6＋2×1）＝4，中心原子采取sp3杂化，孤电子对数＝4－2＝2，为V形，D错误。
13.（2024·连云港高二检测）根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是（ ）
编号 分子式 价层电子对互斥模型 分子或离子的空间结构
① AsCl3 四面体形 三角锥形
② HCHO 平面三角形 三角锥形
③ NF3 四面体形 平面三角形
④ N 正四面体形 正四面体形
A.①② B.①④
C.②④ D.②③
解析：B AsCl3分子中中心As原子的价电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，含有1对孤电子对，分子为三角锥形，①正确；甲醛（HCHO）分子中中心C原子的价电子对数为3（有1个双键），价层电子对互斥模型为平面三角形，没有孤电子对，为平面三角形，②错误；NF3分子中中心N原子的价电子对数为4，价层电子对互斥模型为四面体形，含有1对孤电子对，为三角锥形，③错误；N中中心N原子的价层电子对数为4，价层电子对互斥模型为正四面体形，没有孤电子对，为正四面体形，④正确；选B。
14.周期表中前10种元素形成的下列分子结构图中，“”表示相关元素的原子除去最外层电子的剩余部分，“”表示氢原子，小黑点“”表示没有形成共价键的最外层电子，短线表示共价键。下列关于几种分子的说法正确的是（ ）
A.上述分子中，中心原子采取sp3杂化的只有①②
B.①分子为正四面体结构，④分子为V形结构
C.②分子中σ键数与π键数之比为2∶1
D.四种分子的键角由大到小的顺序为②＞③＞①＞④
解析：D ①中中心原子形成3个单键，有一对孤电子对，为sp3杂化，为三角锥形结构；②中中心原子形成一个单键和一个三键，为sp杂化，为直线形结构；③中中心原子形成4个相同的单键，为sp3杂化，为正四面体结构；④中中心原子形成2个单键，有2对孤电子对，为sp3杂化，为V形结构；中心原子采取sp3杂化的有①③④，A错误；②中有3个σ键和2个π键，C错误；②的键角为180°，①③④中心原子均为sp3杂化，③中无孤电子对，①中有1对孤电子对，④中有2对孤电子对，孤电子对数越多，排斥作用越强，键角越小，D正确。
15.（2024·淮安高二检测）N与CH4互为等电子体，等电子体的化学键类型和空间结构相同。运用价层电子对互斥模型预测N的空间结构及其中心原子杂化轨道类型（ ）
A.平面三角形；sp2杂化
B.正四面体形；sp3杂化
C.三角锥形；sp3杂化
D.直线形；sp杂化
解析：B CH4中价电子对数为4，中心原子为sp3杂化，空间结构为正四面体形，故N的空间结构及杂化方式也为正四面体形、sp3杂化，B正确。
16.（1）N的空间结构为平面（正）三角形。
（2）我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl（用R代表）。经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。
从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为ABD，不同之处为C。（填字母）
A.中心原子的杂化轨道类型
B.中心原子的价电子对数
C.空间结构
D.共价键类型
解析：（1）N中，价电子对数＝（5＋1＋3×0）＝3，孤电子对数＝3－3＝0，价电子对分布的几何构型和离子的空间结构一致，均是平面（正）三角形。（2）根据题图可知，阳离子是N和H3O＋，N中心原子N的杂化类型为sp3，空间结构为正四面体形；H3O＋中心原子O的价电子对数为（6－1＋3×1）＝4，杂化类型为sp3，成键电子对数为3，则H3O＋为三角锥形，因此相同之处为A、B、D项，不同之处为C项。
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