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同步练习5　分子的空间结构
一、选择题(本题共14小题，每小题4分，共56分，每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2025·秦皇岛高二期末) 关于物质结构的下列说法正确的是(　　)
A.HCN和SO2均为直线形分子
B.CH4和CH3I分子中C—H的夹角相同
C.基态Cr和Fe2+的未成对电子数不同
D.Na2O2和C2H4中均存在极性键和非极性键
2.(2025·深圳盐田高级中学期末)下列描述正确的是(　　)
A.CS2的空间结构为V形
B.Cl的空间结构为平面三角形
C.N中所有的原子不都在一个平面上
D.SiF4和S的中心原子的杂化轨道类型均为sp3杂化
3.(2025·湖北，9改编)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是(　　)
A.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体
B.S和的空间构型均为平面三角形
C.CF4和SF4的中心原子均无孤电子对
D.XeF2与XeO2的键角相等
4.(2025·长沙高二检测)卤族元素能组成形形色色的分子。下列说法正确的是(　　)
A.卤素单质的键能：Cl2B.BF3和NF3分子的空间结构相同
C.COCl2分子()中C—Cl σ键的形成过程可表示为
D.ClCN分子中所有原子都达到了8电子稳定结构，该分子是直线形结构
5.下列关于丙烯(CH3CHCH2)分子的说法错误的是(　　)
A.有8个σ键，1个π键
B.所有原子都在同一平面上
C.3个碳原子在同一平面上
D.有2个碳原子是sp2杂化
6.P、N这两种离子中各原子的空间排列情况和CH4分子相似。下列关于几种微粒的说法不正确的是(　　)
A.Na3PO4溶液和NH4Cl溶液的酸碱性不同
B.N中的N—H键长完全相同
C.相同物质的量的P、N、CH4、P4 (白磷)四种微粒所含的σ键个数相同
D.P、N的空间结构为正四面体形
7.在CH3CH2Cl分子中，C—Cl采用的成键轨道是(　　)
A.sp2 s B.sp3 s
C.sp2 p D.sp3 p
8.(2025·安徽蚌埠高二期末)关于原子轨道的说法正确的是(　　)
A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是正四面体形
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轨道混合起来而形成的
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能量相近的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
9.(2025·山东聊城模拟)价层电子对互斥模型可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是(　　)
A.H2O2是平面结构的分子
B.O3和N的空间结构不同
C.SO3的空间结构为平面三角形
D.BH3和H2S的VSEPR模型均为四面体形
10.(2024·南京六校联考)下列关于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VSEPR模型为三角锥形
C.S与SO3中的键角相等
D.硫酸的结构为，可以推测一个H2SO4分子可能存在2个π键
11.BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在，三者结构简式依次为Cl—Be—Cl、、。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为(　　)
A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3
C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3
12.氨基氰(CH2N2)中C、N原子均满足8电子稳定结构，以其为原料制得类石墨相氮化碳(g C3N4)，其单层结构如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.氨基氰的结构式：
B.氮化碳的单层结构中，所有原子可能共平面
C.氨基氰分子中，各原子均满足8电子稳定结构
D.氨基氰中，N原子杂化方式为sp和sp3
13.氯元素有多种化合价，可形成Cl2O、Cl-、ClO-、、、等微粒。下列说法错误的是(　　)
A.、、中Cl原子的杂化方式均为sp3杂化
B.基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种
C.键角：ClO->>>
D.Cl2O的空间结构为V形，分子中的化学键的键长和键角可以通过X射线衍射实验获得
14.COCl2(光气)、SOCl2(亚硫酰氯)、CCl4均为8e-稳定结构的氯化试剂，可与TiO2反应制备TiCl4，下列说法错误的是(　　)
A.CCl4和TiCl4分子的空间结构相同
B.上述三个制备反应均为非氧化还原反应
C.COCl2、SOCl2中C原子和S原子的杂化方式相同
D.与基态Ti原子同周期且未成对电子数相同的元素有3种
二、非选择题(本题共3小题，共44分)
15.(18分，每空1分)根据价层电子对互斥模型填空：
(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为______，孤电子对数为________，价层电子对数为______，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为__________，分子的空间结构为______________。
(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为______，孤电子对数为______，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为____________，分子的空间结构为____________。
(3)S中，中心原子上的σ键电子对数为______，孤电子对数为______，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为____________，分子的空间结构为_______________。
16.(10分)MBTH(熔点270 ℃)常用于检测室内空气中甲醛含量，结构如图所示，回答下列问题：
(1)甲醛所含元素的电负性由大到小的顺序为________(用元素符号表示)，基态O原子的价层电子轨道表示式为____________。
(2)(1分)甲醛分子的VSEPR模型为________。
(3)甲醛能和一些极性试剂如HCN发生加成反应，该反应的化学方程式为______________________。
(4)(2分)MBTH分子中碳原子采取的杂化轨道类型为________，基态S原子核外电子有______种空间运动状态。
(5)(1分)下列现代分析手段中，可用于检测MBTH的分子结构的是________(填字母)。
A.原子光谱 B.元素分析
C.红外光谱
17.(16分)短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增大，它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、V形、直线形。回答下列问题：
(1)Z的氢化物的结构式为________，HZO分子的中心原子价层电子对数的计算式为________________，该分子的空间结构为____________。
(2)Y的价层电子排布式为__________，Y的最高价氧化物的VSEPR模型为____________。
(3)X与Z形成的最简单化合物的化学式是________________，该分子中的键角是________。
(4)D、E的最简单氢化物的分子空间结构分别是正四面体形与三角锥形，这是因为______(填字母)。
a.两种分子的中心原子的价层电子对数不同
b.D、E的非金属性不同
c.E的氢化物分子中有一个孤电子对，而D的氢化物分子中没有
答案　(1)H—Cl　2+×(6-1×1-1×1)　V形　(2)3s23p4　平面三角形　(3)SiCl4　109°28'　(4)c
同步练习5　分子的空间结构
一、选择题(本题共14小题，每小题4分，共56分，每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2025·秦皇岛高二期末) 关于物质结构的下列说法正确的是(　　)
A.HCN和SO2均为直线形分子
B.CH4和CH3I分子中C—H的夹角相同
C.基态Cr和Fe2+的未成对电子数不同
D.Na2O2和C2H4中均存在极性键和非极性键
答案　C
解析　HCN中碳原子价层电子对数为2，采用sp杂化，为直线形分子；SO2中硫原子价层电子对数为2+×(6-2×2)=3，且含有1个孤电子对，空间结构为V形，A错误；碘原子半径远大于氢原子，使得碳碘键键长大于碳氢键，因此CH3I中C—H的夹角与CH4分子中C—H的夹角不同，B错误；Cr为第24号元素，价层电子排布为3d54s1，未成对电子数为6；Fe为第26号元素，失去最外层2个电子形成Fe2+，其价层电子排布为3d6，未成对电子数为4，因此基态Cr和Fe2+的未成对电子数不同，C正确；Na2O2中过氧根离子的氧原子间为非极性键，不存在极性键，C2H4中存在C—H极性键和CC非极性键，D错误。
2.(2025·深圳盐田高级中学期末)下列描述正确的是(　　)
A.CS2的空间结构为V形
B.Cl的空间结构为平面三角形
C.N中所有的原子不都在一个平面上
D.SiF4和S的中心原子的杂化轨道类型均为sp3杂化
答案　D
解析　CS2中中心原子C的价层电子对数为2+=2，孤电子对数为0，空间结构为直线形，A错误；Cl中中心原子Cl的价层电子对数为3+=4，有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，B错误；N中中心原子N的价层电子对数为3+=3，孤电子对数为0，空间结构为平面三角形，所有原子均在同一平面，C错误；SiF4 中中心原子Si的价层电子对数为4+=4，S中中心原子S的价层电子对数为3+=4，故二者中心原子的杂化轨道类型均为sp3杂化，D正确。
3.(2025·湖北，9改编)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是(　　)
A.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体
B.S和的空间构型均为平面三角形
C.CF4和SF4的中心原子均无孤电子对
D.XeF2与XeO2的键角相等
答案　A
解析　甲烷分子的中心原子的价层电子对数为4，水分子的中心原子价层电子对数也为4，所以VSEPR模型均为四面体，A正确；S中中心原子的孤电子对数为1，C中中心原子的孤电子对数为0，所以S的空间构型为三角锥形，C的空间构型为平面三角形，B错误；CF4中心原子无孤电子对，SF4中心原子有孤电子对，C错误；XeF2和XeO2分子中，中心原子孤电子对数不相等，所以键角不等，D错误。
4.(2025·长沙高二检测)卤族元素能组成形形色色的分子。下列说法正确的是(　　)
A.卤素单质的键能：Cl2B.BF3和NF3分子的空间结构相同
C.COCl2分子()中C—Cl σ键的形成过程可表示为
D.ClCN分子中所有原子都达到了8电子稳定结构，该分子是直线形结构
答案　D
解析　相同情况下，同类型共价键的键长越短，键能越大，原子半径的大小顺序为ClBr2>I2，故A错误；三氟化硼分子中硼原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0，分子的空间结构为平面三角形，三氟化氮分子中氮原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1，分子的空间结构为三角锥形，两者的分子结构不同，故B错误；光气分子中碳原子的sp2杂化轨道与氯原子的p轨道形成碳氯σ键，故C错误；ClCN的结构式为Cl—C≡N，分子中所有原子均达到8电子稳定结构，分子中碳原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形，故D正确。
5.下列关于丙烯(CH3CHCH2)分子的说法错误的是(　　)
A.有8个σ键，1个π键
B.所有原子都在同一平面上
C.3个碳原子在同一平面上
D.有2个碳原子是sp2杂化
答案　B
解析　丙烯中甲基上的碳原子为sp3杂化，其形成的四条键为四面体结构，故丙烯中不可能所有原子均共平面，故B错误；甲基上C形成4个σ键，为sp3杂化，而双键上2个C都是sp2杂化，故D正确。
6.P、N这两种离子中各原子的空间排列情况和CH4分子相似。下列关于几种微粒的说法不正确的是(　　)
A.Na3PO4溶液和NH4Cl溶液的酸碱性不同
B.N中的N—H键长完全相同
C.相同物质的量的P、N、CH4、P4 (白磷)四种微粒所含的σ键个数相同
D.P、N的空间结构为正四面体形
答案　C
解析　Na3PO4是弱酸强碱盐，溶液呈碱性，NH4Cl是强酸弱碱盐，溶液呈酸性，故A正确；N的空间结构为正四面体形，其中的N—H完全相同，故B正确；P的中心原子是P，价层电子对数为4+=4，无孤电子对；N的中心原子是N，价层电子对数为4+=4，无孤电子对，P、N、CH4的空间结构均为正四面体形，均含有中心原子，P4的空间结构也为正四面体形，但无中心原子，1个P4(白磷)中含有6个P—P，即1个P、N、CH4中所含的σ键个数均为4，1个P4 (白磷)中所含的σ键个数为6，故C错误、D正确。
7.在CH3CH2Cl分子中，C—Cl采用的成键轨道是(　　)
A.sp2 s B.sp3 s
C.sp2 p D.sp3 p
答案　D
解析　在CH3CH2Cl分子中，C—Cl中C原子含有4个σ键，所以价层电子对数是4，采取sp3杂化，Cl原子中未成对电子为3p电子，所以C—Cl采用的成键轨道是sp3 p。
8.(2025·安徽蚌埠高二期末)关于原子轨道的说法正确的是(　　)
A.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子，其空间结构都是正四面体形
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轨道混合起来而形成的
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能量相近的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
答案　C
解析　中心原子采取sp3杂化，轨道形状是正四面体，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构则不是正四面体形，A错误；CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的，B错误；AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化，D错误。
9.(2025·山东聊城模拟)价层电子对互斥模型可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是(　　)
A.H2O2是平面结构的分子
B.O3和N的空间结构不同
C.SO3的空间结构为平面三角形
D.BH3和H2S的VSEPR模型均为四面体形
答案　C
解析　过氧化氢的空间结构是二面角结构，也叫半开书页型结构，在这种结构中，两个氧原子位于书轴上，两个氢原子分别与两个氧原子相连，但不在同一平面上，A错误；SO3中S原子价层电子对数为3+×(6-3×2)=3，无孤电子对，空间结构为平面三角形，C正确；BH3中B原子价层电子对数为3+×(3-3×1)=3，VSEPR模型为平面三角形，D错误。
10.(2024·南京六校联考)下列关于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VSEPR模型为三角锥形
C.S与SO3中的键角相等
D.硫酸的结构为，可以推测一个H2SO4分子可能存在2个π键
答案　D
解析　二氧化硫转化为三氧化硫时会破坏硫氧双键，A错误；三氧化硫的中心原子为S，价层电子对数为3，不含孤电子对，VSEPR模型与空间结构均为平面三角形，键角为120°，S的空间结构为正四面体结构，键角为109°28'，B、C错误。
11.BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在，三者结构简式依次为Cl—Be—Cl、、。其单体、二聚体和多聚体中Be的杂化轨道类型依次为(　　)
A.sp3、sp2、sp B.sp2、sp、sp3
C.sp2、sp3、sp D.sp、sp2、sp3
答案　D
解析　Cl—Be—Cl中Be原子形成2个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为2，杂化轨道类型为sp杂化；中Be原子形成3个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为3，杂化轨道类型为sp2杂化；中Be原子形成4个Be—Cl，没有孤电子对，杂化轨道数目为4，杂化轨道类型为sp3杂化，故选D。
12.氨基氰(CH2N2)中C、N原子均满足8电子稳定结构，以其为原料制得类石墨相氮化碳(g C3N4)，其单层结构如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.氨基氰的结构式：
B.氮化碳的单层结构中，所有原子可能共平面
C.氨基氰分子中，各原子均满足8电子稳定结构
D.氨基氰中，N原子杂化方式为sp和sp3
答案　C
解析　氨基氰(CH2N2)中C、N原子均满足8电子稳定结构，每个N原子形成3个共价键，C原子形成4个共价键，则该分子的结构式为，故A正确；类比石墨结构可知，氮化碳的单层结构中，所有原子可能共平面，故B正确；氨基氰的结构式为，碳氮三键中N原子采取sp杂化，氨基中N原子采取sp3杂化，故D正确。
13.氯元素有多种化合价，可形成Cl2O、Cl-、ClO-、、、等微粒。下列说法错误的是(　　)
A.、、中Cl原子的杂化方式均为sp3杂化
B.基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种
C.键角：ClO->>>
D.Cl2O的空间结构为V形，分子中的化学键的键长和键角可以通过X射线衍射实验获得
答案　C
解析　的结构式为，Cl的结构式为，的结构式为，VSEPR模型均为四面体形，中心原子价层电子对数均为4，因此Cl的杂化方式都是sp3，A正确；量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，基态Cl原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，s能级各有一个轨道，p能级各有3个轨道，共9个轨道，因此基态Cl原子的核外电子的空间运动状态有9种，B正确；后三种离子的Cl原子均为sp3杂化，中心原子孤电子对数越多，对成键电子排斥力越强，键角越小，有2个孤电子对，空间结构呈V形，有1个孤电子对，空间结构呈三角锥形，没有孤电子对，空间结构呈四面体形，键角：<<，C错误；Cl2O中心原子为O原子，杂化方式为sp3，结构式为，因此空间结构为V形，分子中的化学键的键长和键角可以通过X射线衍射实验获得，D正确。
14.COCl2(光气)、SOCl2(亚硫酰氯)、CCl4均为8e-稳定结构的氯化试剂，可与TiO2反应制备TiCl4，下列说法错误的是(　　)
A.CCl4和TiCl4分子的空间结构相同
B.上述三个制备反应均为非氧化还原反应
C.COCl2、SOCl2中C原子和S原子的杂化方式相同
D.与基态Ti原子同周期且未成对电子数相同的元素有3种
答案　C
解析　CCl4和TiCl4分子中中心原子的杂化方式都为sp3杂化，分子的空间结构均为正四面体形，故A正确；COCl2与TiO2共热反应生成TiCl4和CO2、SOCl2与TiO2共热反应生成TiCl4和SO2、CCl4与TiO2共热反应生成TiCl4和CO2，三个反应中都没有元素化合价变化，都为非氧化还原反应，故B正确；COCl2中碳原子的价层电子对数为3，原子的杂化方式为sp2杂化，SOCl2中硫原子的价层电子对数为4，原子的杂化方式为sp3杂化，则碳原子和硫原子的杂化方式不同，故C错误；钛元素的原子序数为22，基态原子的价层电子排布式为3d24s2，原子中有2个未成对电子，第四周期中未成对电子数为2的原子还有镍、锗、硒，共有3种，故D正确。
二、非选择题(本题共3小题，共44分)
15.(18分，每空1分)根据价层电子对互斥模型填空：
(1)OF2分子中，中心原子上的σ键电子对数为______，孤电子对数为________，价层电子对数为______，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为__________，分子的空间结构为______________。
(2)BF3分子中，中心原子上的σ键电子对数为______，孤电子对数为______，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为____________，分子的空间结构为____________。
(3)S中，中心原子上的σ键电子对数为______，孤电子对数为______，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR模型为____________，分子的空间结构为_______________。
答案　(1)2　2　4　sp3　四面体形　V形
(2)3　0　3　sp2　平面三角形　平面三角形
(3)4　0　4　sp3　正四面体形　正四面体形
16.(10分)MBTH(熔点270 ℃)常用于检测室内空气中甲醛含量，结构如图所示，回答下列问题：
(1)甲醛所含元素的电负性由大到小的顺序为________(用元素符号表示)，基态O原子的价层电子轨道表示式为____________。
(2)(1分)甲醛分子的VSEPR模型为________。
(3)甲醛能和一些极性试剂如HCN发生加成反应，该反应的化学方程式为______________________。
(4)(2分)MBTH分子中碳原子采取的杂化轨道类型为________，基态S原子核外电子有______种空间运动状态。
(5)(1分)下列现代分析手段中，可用于检测MBTH的分子结构的是________(填字母)。
A.原子光谱 B.元素分析
C.红外光谱
答案　(1)O>C>H　
(2)平面三角形
(3)HCHO+HCNCH2(OH)CN
(4)sp2、sp3　9　(5)C
解析　(1)甲醛所含元素为C、H、O，元素吸引键合电子的能力越强，其电负性越大，吸引键合电子的能力：O>C>H，所以电负性：O>C>H；基态O原子的价层电子排布为2s22p4，故基态O原子的价层电子轨道表示式为。(2)甲醛分子中C原子价层电子对数为3+=3，不含孤电子对，则该分子VSEPR模型为平面三角形。(4)MBTH分子中苯环和CN中碳原子价层电子对数都是3、甲基上的碳原子价层电子对数是4，则碳原子采用sp2、sp3杂化；基态S原子核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p轨道，共有9个原子轨道，核外电子就有9种空间运动状态。(5)原子光谱用于鉴定元素种类，故A错误；元素分析用于判断元素种类，故B错误；红外光谱用于鉴定化学键或官能团，从而确定分子结构，故C正确。
17.(16分)短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增大，它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、V形、直线形。回答下列问题：
(1)Z的氢化物的结构式为________，HZO分子的中心原子价层电子对数的计算式为________________，该分子的空间结构为____________。
(2)Y的价层电子排布式为__________，Y的最高价氧化物的VSEPR模型为____________。
(3)X与Z形成的最简单化合物的化学式是________________，该分子中的键角是________。
(4)D、E的最简单氢化物的分子空间结构分别是正四面体形与三角锥形，这是因为______(填字母)。
a.两种分子的中心原子的价层电子对数不同
b.D、E的非金属性不同
c.E的氢化物分子中有一个孤电子对，而D的氢化物分子中没有
答案　(1)H—Cl　2+×(6-1×1-1×1)　V形　(2)3s23p4　平面三角形　(3)SiCl4　109°28'　(4)c
解析　由题意可推出D、E、X、Y、Z分别为C、N、Si、S、Cl。(1)HClO中氧原子是中心原子，其价层电子对数为2+×(6-1×1-1×1)=4，所以HClO分子的空间结构为V形。(2)SO3中硫原子的价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形。(3)SiCl4是正四面体结构，键角为109°28'。(4)CH4、NH3的中心原子价层电子对数均为4，分子空间结构不同的根本原因是NH3分子中有孤电子对而CH4分子中没有，分子空间结构与元素的非金属性强弱无关。

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