氢键和分子间作用力（19题57题）

第 1 页 共 20 页 氢键和分子间作用力氢键和分子间作用力 A 组组 1 固体乙醇晶体中不存在的作用力是 A 离子键 B 共价键 C 氢键 D 分子间力 2 固体草酸晶体中不存在的作用力是 A 离子键 B 共价键 C 氢键 D 分子间作用力 3 在下列物质的晶体中 既有共价键又有分子间作用力的是 A 二氧化硅 B 氦 C 氨 D 铜 4 在单质晶体中 一定不存在 A 离子键 B 分子间作用力 C 共价键 D 金属离子与自由电子间的作用 5 下列物质晶体中 同时存在极性键 非极性键和氢键的是 A SO3 B H2O C C2H5OH D C2H6 6 共价键 离子键和范德华力都是微观粒子之间的不同作用力 下列物质 Na2O2 SiO2 石墨 金刚石 NaCl 白磷 其中含有两种结合力的组合 是 A B C D 7 碘晶体升华时 下列所述内容发生变化的是 A 分子内共价键 B 分子间的作用力 C 分子间的距离 D 分子内共价键的键长 8 下列物质变化时 需克服的作用力不属于化学键的是 A HCl 溶于水 B I2升华 C H2O 电解 D 烧碱熔化 9 下列各组中的两种固态物质熔化 或升华 时 克服的微粒间相互作用力属于同 种类型的是 A 碘和碘化钠 B 金刚石和重晶石 C 冰醋酸和硬脂酸甘油酯 D 干冰和二氧化硅 10 根据人们的实践经验 一般来说 极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的 溶剂 非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂 称为相似相溶原理 根据 相似相溶原理 判断 下列物质中 易溶于水的是 易溶于 CCl4的是 A NH3 B HF C I2 D Br2 11 右图中 A B C D 四条曲线分别表示 A VA A A 旅元素的气态氢化物的沸点 其中表 示 A 族元素气态氢化物沸点的是曲线 表示 A 族 元素气态氢化物沸点的是曲线 同一族中第 3 4 5 周期元素的气态氢化物沸点依次升高 其原因是 A B C 曲线中第 2 周期元素的气态氯化物的沸点显著高 于第 3 周期元素气态氢化物的沸点 其原因是 第 2 页 共 20 页 12 请写出下列物质性质的变化规律与哪种作用力有关 A HF HCl HBr HI 的热稳定性依次减弱 B NaF NaCl NaBr NaI 的熔点依次降低 B 组组 13 下列物质中不存在氢键的是 A 冰 B DNA 分子 C 液氨 D 液化气 14 右图中每条折线表示周期表 A A 中的某一族元素氢 化物的沸点变化 每个小黑点代表一种氢化物 其中 a 点代表的是 A H2S B HCl C PH3 D SiH4 15 关于氢键 下列说法正确的是 A 每一个水分子内含有两个氢键 B 冰 水中都存在氢键 C 分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高 D H2O 是一种非常稳定的化合物 这是由于氢键所致 16 不存在氢键的是 A 纯 H2O 中的 H2O 分子之间 B 液态 HF 中的 HF 分子之间 C NH3 H2O 分子中的 NH3与 H2O 之间 D 可燃冰 CH4 nH2O 中的 CH4与 H2O 之间 17 下列事实与氢键有关的是 A 水加热到很高的温度都难以分解 B 水结成冰体积膨胀 密度变小 C CH4 SiH4 GeH4 SnH4熔点随相对分子质量增大而升高 D HF HCl HBr HI 的热稳定性依次减弱 18 下列事实与氢键有关的是 A 水加热到很高的温度都难以分解 B 水结成冰体积膨胀 密度变小 C CH4 SiH4 GeH4 SnH4熔点随相对分子质量增大而升高 D HF HCl HBr HI 的热稳定性依次减弱 19 下列物质发生变化时 所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是 A 液溴和苯分别受热变为气体 B 干冰和氯化铵分别受热变为气体 C 二氧化硅和铁分别受热熔化 D 食盐和葡萄糖分别溶解在水中 20 关于氢键 下列说法正确的是 A 在水中 每个氧原子周围有 4 个氢原子 并分别与之形成氢键 B 甲硫醇 CH3SH 比甲醇的熔点低的原因是甲醇分子间易形成氢键 C 氨易液化与氨分子间存在氢键无关 D 水是一种非常稳定的化合物 这是由于水分子间存在氢键所致 21 下列变化或数据与氢键无关的是 A 甲酸蒸气的密度在 373K 时为 1 335g L 在 293K 时为 2 5g L 第 3 页 共 20 页 B 氨分子与水分子形成一水合氨 C 丙酮在已烷和三氟甲烷中易溶解 其中在三氟甲烷中溶解时的热效应较大 D SbH3的沸点比 PH3高 22 影响分子晶体熔沸点时的因素主要是分子间的各种作用力 硝基苯酚的分子内 和分子之间都存在氢键 邻硝基苯酚以分子内氢键为主 对硝基苯酚以分子间氢键为主 则邻硝基苯酚和对硝基苯酚的沸点比较正确的是 A 邻硝基苯酚高于对硝基苯酚 B 邻硝基苯酚低于对硝基苯酚 C 邻硝基苯酚等于对硝基苯酚 D 无法比较 23 下列可用氢键来解释的是 A 浓的氢氟酸溶液中存在 HF2 和 H2F3 B SiH4沸点比 CH4高 C 水和乙醇分别与金属钠反应 前者比后者剧烈 D H2O 比 H2S 稳定 前者 1000 以上才分解 后者 300 分解 24 美国 科学 杂志 12 月 17 日评选出 2004 十大科学突破中 有多项与水有关 其中之一是关于对水的研究有新进展 一些科学家对于水分子如何聚合以及电子及质子 如何在水中溶解等问题上 都有了新发现 另据 2004 年 4 月 14 日中科院网报道 中科 院物理所王恩哥小组他们首次证明存在一种稳定的二维冰相 它是由四角形和八角形 的氢键网格交替组成的 研究人员把这种新的冰结构命名为镶嵌冰 有趣的是 这种 镶嵌冰可以在室温下稳定存在 有关这种镶嵌冰的推测肯定不正确的 A 镶嵌冰密度可能比 4 水大 B 镶嵌冰中四角形环比八角形环中水 分间的氢键键能强 C 每个水分子形成两个氢键 D 镶嵌冰属于分子晶体 25 已知 I2易溶于 KI 溶液中 HF 易溶于 NaF 溶液中 即某元素的单质或化合物通 过缔合易溶于该元素的化合物中 下列叙述中属于上述情况的是 A Br2易用于溴苯中 B S 易用于 CS2中 C S 易溶于 Na2S 溶液中 D AgF 易溶于水中 26 下列物质性质的变化规律 与共价键的键能大小有关的是 A F2 Cl2 Br2 I2的溶点 沸点逐渐升高 B HF HCl HBr HI 的热稳定性依次减弱 C 金刚石的硬度 熔点 沸点都高于晶体硅 D NaF NaCl NaBr NaI 的熔点依次降低 27 下列物质发生变化时 所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是 A 液溴和苯分别受热变为气体 B 干冰和氯化铵分别受热变为气体 C 二氧化硅和铁分别受热熔化 D 食盐和葡萄糖分别溶解在水中 28 氨气溶于水时 大部分 NH3与 H2O 以氢键 用 表示 结合形成 NH3 H2O 分子 根据氨水的性质可推知 NH3 H2O 的结构式为 第 4 页 共 20 页 A B C D 29 若不断地升高温度 实现 雪花 水 水蒸气 氧气和氢气 的变化 在变化 的各阶段被破坏的粒子间的相互作用依次是 A 氢键 分子间作用力 非极性键 B 氢键 氢键 极性键 C 氢键 极性键 分子间作用力 D 分子间作用力 氢键 非极性键 30 右图为冰的一种骨架形式 依此为单位向空间延伸 请问 该冰中的每个水分子有几个氢键 A 2 B 4 C 8 D 12 31 碘在不同溶剂中呈现紫色 棕色 一般认为溶液呈紫色 的表明溶解了的 碘分子 并未和溶剂发生很强的结合 已知不同温度下 碘在石蜡油中的溶液呈紫色或棕色 请回答 温度低时溶液呈 色 温度高时溶液呈 色 因为 32 为研究分子极性问题 设计如下实验 1 让蒸馏水通过酸式滴定管慢慢下流如线状 将摩擦带电的玻璃棒靠近水流 发 现水流的方向发生偏转 说明水分子是 2 把盛在玻璃容器中的蒸馏水置于强磁场的两极之间 蒸馏水的体积 填写增大 缩小 不变 这是因为 33 下面是几种物质的溶解度数据 上述数据可以说明 结构相似的一类固体 在液体中的溶解度的规律是 结构相似的一类气体 在液体中的溶解度的规律是 固体和气体在液体中的溶 解度呈现上述规律的原因是 34 有四种同族的物质 它们的沸点 P 1 01 105pa 如下表所示 He 268 8Ne 249 5Ar x Kr 151 7 F2 187 0Cl2 33 6 a 58 7I2 184 0 HF y HCl 84 0HBr 67 0HI 35 3 H2O z H2S 60 2 b 42 0H2Te 1 8 试根据上表回答下列问题 第 5 页 共 20 页 1 a 为 色液体 b 的分子式为 2 写出 系列中物质主要化学性质的递变规律 任写一种 能够说明该递变规律的化学事实是 任举一例 用离子方程式表示 3 除极少数情况外 上述四种系列中物质的沸点与相对分子质量之间均存在一定 的关系 该关系是 4 上表中 和 两种物质的沸点较同系列其它物质反常 反常 的主要原因是 35 当加热下列物质时 对比它们发生的可见变化 1 一个装有冰的试管 2 一块巧克力 3 哪一种变化属于非晶态固体表现的特性 4 试找出其他三种常见的非晶态材料 36 氢键是一个氢原子在两个强电负性原子之间所架的桥 它以共价键和其中一个 原子结合 又以纯粹的静电力与另一个原子结合 因此它比一般的偶极 偶极作用强得 多 所以对化合物的沸点和溶解度影响很大 下列化合物中 你预计哪些是缔合液体 画出其可能存在的氢键的结合方式 CH3OH CH3OCH3 CH3F CH3Cl CH3NH2 CH3 2NH CH3 3Al 37 有下列四种化合物 a b c d 它们的结构相似 并且都为分子晶体 但各自 的熔点却有较大差别 为什么 a b c d mp 266 mp 309 mp 388 mp 273 38 自然界中往往存在许多有趣也十分有意义的现象 下表列出了若干化合物的结 构 分子式 分子量和沸点 结构式分子式分子量沸点 H O H H2O18100 H3COH CH4O3264 H3CCH2OH C2H6O4678 H3C OH C2H4O260118 H3C CH3 C3H6O5856 H3CCH2CH2OH C3H8O6097 CH3CH2OCH3 C3H8O6011 1 写出 种化合物的化学名称 2 从它们的沸点看 可以说明哪些问题 第 6 页 共 20 页 39 水是我们熟悉的物质 每个水分子都能被其他 4 个水分子包 围形成如右图所示的四面体单元 由无数个这样的四面体再通过氢键 可相互连接成一个庞大的分子晶体 冰 1 氢键的形成使冰的密度比水 氢键有方向性和饱 和性 故平均每个水分子最多形成 个氢键 2 实验测得冰中氢键的作用能为 18 8 kJ mol 而冰的熔化热 为 5 0kJ mol 说明 3 干冰的外观和冰相像 可由二氧化碳气体压缩成液态 后再急剧膨胀而制得 右图为干冰晶体结构示意图 通过分析 可知每个 CO2分子周围与之相邻等距的 CO2分子共 个 一定温度下 已测得干冰晶胞 即图示 的边长 a 5 72 10 8cm 则该温度下干冰的密度为 g cm3 40 CF4和 PF3具有相同的电子数 42 个 它们的分子量也 相等 88 但性质却不同 例如 CF4的溶沸点为 m p 184 b p 128 PF3为 m p 151 5 b p 101 5 再如 它们与水的作用也不同 请给予解释 写出有关反应 式 41 H2S 和 H2O2的主要物理性质比较如下 熔点 K沸点 K标准状况时在水中的溶解度 H2S1872022 6 H2O2272423以任意比互溶 H2S 和 H2O2的相对分子质量基本相同 造成上述物理性质差异的主要原因是什么 42 1 H2O 的沸点 100 比 HF 的沸点 20 高 这是由于 2 气态氯原子与一个电子结合比气态氟原子与一个电子结合放出更多的能量 这 是由于 43 超分子化学是一门新兴的科学 在材料 生化 催化剂等领域得到很高重视 不久前 美国 Texas A M 大学的研究人员发现 将已知的路易斯酸 三聚 邻四 氟代苯基 汞溶入沸腾的苯中 冷却后析出的晶体是苯和 该路易斯酸的超分子 由苯分子夹在两路易斯酸分子之间 堆砌而成 俯视如右图 氟原子和氢原子未列出 1 路易斯酸是对酸的电子定义 凡容易接受电子的 为酸 凡容易给出电子的为碱 下列微粒中 为路易斯酸 的有 A Al3 B I C BF3 D NH3 2 画出邻四氟代苯基的结构式和三聚 邻四氟代苯基 汞的结构式 3 该超分子如同夹心饼干 维夫饼干 俯视图化学式为 超分 子的路易斯碱部分为 填化学式 第 7 页 共 20 页 C 组组 44 丙酮在己烷和三氟甲烷中易溶解 其中 中溶解的热效应较大 因为 45 咖啡因对中枢神经有兴奋作用 其结构式如下 常温下 咖啡因在水中的溶解度为 2g 100g H2O 加适量水杨酸钠 C6H4 OH COONa 由于形成氢键而增大咖啡因的溶解度 请在附图上添 加水杨酸钠与咖啡因形成的氢键 46 氯仿在苯中的溶解度明显比 1 1 1 三氯乙烷的大 请 给出一种可能的原因 含图示 47 阿司匹林结构式如右 难溶于水 若和适量柠檬酸三钠混 合 即可增大溶解度 解释原因 48 在自然界 氢键广泛用于调控生物分子间的缔合 氢键的强 度及方向性可用于按预测的几何组装分子 如选择性地键合及识别 反应催化 基因信息的贮存 复制及表达 功能材料的制备等等 通过氢键可以在液态 及固态形成各种各样的聚集体 这些聚集体是可预测的也是可以调整的超分子建筑 因 为这些结构是由独立的子单元构成 人们称为这些子单元为 构造块 因此我们称它为 分子构造学 它是使用构造块构筑超分子的科学及艺术 氢键的强度及可预测的方向性 是同自组装过程中其他弱相互作用力有区别的 氢键方法的优点是使超分子聚集体由建 筑块同时形成超分子构筑 它可以避免逐条键合成的方式 在原则上 在超分子构造中 氢键在强度及方向性上压倒其他分子问的相互作用并且控制构造块的聚集 1 下面两种物质 A B 都有二吡啶酮环结构 都能形成环状三聚体 不同的是 前者只能形成分子间氢键 后者又能形成分子内氢键 请画出两种三聚体的结构简式 A B R C2H5 2 在研究分子构造学中 化学式为 C53H128N4O4的 构造块 C 是引人注目的物 质 结构中具有 4 个吡啶酮 能作为结合位点自缔合成无限的金刚石结构 如果把 C 中 所有基团看作质点 则 C 能体现很好的对称性 1mol 物质 C 能与 8mol Br2发生加成反应 请画出物质 C 的结构简式 物质 C 在己烷及甲醇的混合物中同丙酸形成 C 8RCOOH R C2H5 这些晶体的 形貌是令人惊奇的 因为在这些条件下不能形成具有金刚石结构的网 请结合可能形成的作用力分析原因 3 弱方向性力在晶体工程中是最难控制的 但也是超分子化学中重要研究内容 C H N 类相互作用在化学及生物体系中有重要的作用 把这类相互作用称为氢键是由 于它同强氢键相似 都有大的静电相互作用性质 而且都是长程相互作用力 1 3 5 三氰基苯分子依靠这种作用力在晶体中形成六方网络 请画出该结构 49 分别量取 0 5mol CHCl3 CH3 2CO C2H5OH 及 H2O 并测量其温度 然后分别 第 8 页 共 20 页 混合 CHCl3和 CH3 2CO C2H5OH 和 H2O 搅拌并测量溶液温度所能达到的最高值 其 实验结果是 前者升温 9 11 后者升温 4 5 常温下这几种溶剂的热容差值不大 且两种混合液又都是 共 1mol 而今在两种情况下升温幅度明显不同 这是混合释热 不同所引起的 显然 CHCl3和 CH3 2CO 混合时释热更多 已知 C2H5OH 和 H2O 能以任何 比例互相混合的现象是和它们相互间形成氢键有关 而今形成氢键的释热量不如 CHCl3 和 CH3 2CO 混合时释热多 为了说明后两者互相溶解时释热量大 当然不能用比氢键弱 的分子间作用力来解释 而只能用氢键来讨论 一般教科书上介绍氢键时强调了 和氟 氧 氮结合的氢 可能形成氢键 而在 CHCl3 CH3 2CO 中的氢原子都是和碳原子相结 合 氧原子 氯原子也都是和碳原子相结合的 似乎没有生成氢键的前提 但不用氢键 又不能解释上述实验事实 就是说还得从氢键上来考虑问题 1 思考如何解释这一问题 2 在以上 2 个反应中都有氢键形成 为什么 CHCl3和 CH3 2CO 间形成氢键释热 量更大呢 50 H 是周围没有电子层 是一个裸露的原子核 所以质子的电荷中心比一般离子 更容易靠近邻近的原子或离子 原子核外有电子层的一般离子的尺度数量级在 10 10m 而质子的大小是费米级 10 15m 的 它不但是最简单的离子 也是最轻 最小的离子 正因为质子具有以上这些极特殊的结构特点 使它往往与周围环境有很强的相互作用 在溶液中更易溶剂化 1 我们通常遇到的质子都是与其它一些分子 H2O 如通过氢键结合以复合离子 H3O 形式存在 请再举出 2 例 2 在水溶液中 H 与 H2O 中的 O 通过氢键结合 形成水合氢离子 H3O 如右上图 然而 在水溶液中 H 是否只以 H3O 一种形式存在呢 质 子总的水合能 1117kJ mol 比质子与一个水分子结合的能量 714kJ mol 要 大 这说明 H 可能与不只一个水分子发生相互作用 或者说 H 与一个 H2O 分子形成的 H3O 还可能进一步与邻近的水分子结合 比 如 H5O2 如右下图 请画出两种 H9O4 的结构式 并且归纳更大 的团簇分子式通式 3 在气相中 H2O 和 HF HCl HCN 和 NH3等的加合物已 用微波谱研究过 并为 谁是质子给体 谁是质子受体 这一问题提供答案 请写出 HF HCl HCN 和 NH3在气相中和水加合物的结构式 用 表示氢键 用 表 示共价键 说明哪种加合物中水是质子给体 为什么 4 HCO3 离子也能类似 H2O 分子 互相结合为 HCO3 22 和 HCO3 nn 分别画出 它们的结构式 51 据报道 某石油化工厂用三乙醇胺的水溶液代替氢氧化钠水溶液洗涤石油裂解 气除去其中的二氧化碳和硫化氢 年增产值 100 万元 1 三乙醇胺可以看作是氨的衍生物 用乙醇基 CH2CH2OH 代替氨分子里的 氢 三乙醇胺的碱性比氨弱 但沸点却高得多 200 试用你学过的分子结构原理来解释 为什么三乙醇胺的碱性和沸点相对于氨有这样 的特性 碱性问题 O H H H O H H H O H H 第 9 页 共 20 页 沸点问题 2 怎样理解上述报道 为什么三乙醇胺能够代替氢氧化钠以及为什么这种改革可 以增加年产值 能代替的原因 可以增加年产值的原因 52 下面是有关物质结构的系列问题 1 请从成键情况解释 SF6是绝缘性能良好的液体 可作变压器油 2 蛋白质是由多肽链组成 多肽链的基本单元如下左图 推测 6 个原子能共平面 的主要原因 3 对于某种致幻药 阿拉丁神话 有这样的解释 如右上图是对苯二酚的结构简 式 这种物质内含乙醚之 Hydroquinone 晶笼 其形状类似神灯 当摩擦时 Hydroquinone 溶解 乙醚跑出来 被吸入后 而产生之幻想 形成晶笼是由于 53 在冰的六方晶系结构中 如右图 每个氧原子 以四面体角度方向和其他四个氧原子配位相互作用 在每 两个相邻的氧原子之间有一个氢原子 0 时 冰的升华 焓 H 为 51 0kJ mol H2O 如果冰中 H2O 分子之间未形 成氢键 则可以通过与类似于冰的分子间力为 van der Waals 力的未形成氨键的固体对比 就能估计出冰的升华 焓仅仅是 15 5kJ mol H2O 由这些数据 估计一下冰氢键 的强度 54 20 世纪 80 年代末 诺贝尔化学奖获得者 Lehn 教授创造性地提出了超分子化学的概念并在这一领域进行 了大量的卓越的实践 超分子化学是研究两种以上的化学 物种通过分子间相互作用缔合而成为具有特定结构和功能的超分子体系的科学 简而言 之 即是研究各个分子通过非共价键作用而形成的功能体系的科学 利用氢键等非共价 相互作用将相对比较简单的分子亚单元组装成具有二维或三线长程有序的超分子聚集体 是设计新颖功能材料的一条新途径 近年来受到广泛关注并成为前沿领域的一个研究热 点 1 2 吡啶酮 C5H5NO 是一种可以与自身互补的分子 在晶体或溶液中 它以 氢键连接的二聚体形式存在 若用乙炔基将两个 2 吡啶酮连接有两种方式 对称连接 a 和非对称连接 b Wuest 研究了 a 和 b 的聚集行为 在质子溶剂中 a 和 b 都以单体形式存在 在非质子溶剂中 a 以二聚体形式 c 存在 即使浓度很高 第 10 页 共 20 页 时 b 仍以单体形式存在 在本体状态下 a 形成分散的二聚体 b 形成了平面 的线性超分子聚合物 d 写出 2 吡啶酮的结构简式 2 吡啶分子中所成 键的情况如何 写出 2 吡啶酮二聚体的结构简式 写出 a b 的结构简式 画出二聚体 c 的结构简式 画出聚合物 d 的结构片段 2 鸟嘌呤 和胞核嘧啶 通过氢键形 成的的复合物是构成核酸的核心成分 写出该复合物的氢键形成情况 3 二酰基嘧啶 是平面型分子 存在互变异构体 在这些晶体中存 在着中心对称的二聚体 写出该二聚体的结构简式 4 和通过加聚反应生成 X X 分子内存在氢键 X 分子可自组织合成超分子聚合物 Y 写出 X Y 的结构简式 55 疏水作用是决定生物分子的结构和性质的重要因素 特别是在蛋白质的折叠 药物分子与受体 蛋白质 DNA 等 的相互作用中扮演着重要的角色 非极性化合物例 如苯 环己烷在水中的溶解度非常小 与水混合时会形成互不相溶的两相 即非极性分 子有离开水相进入非极性相的趋势 即所谓的疏水性 Hydrophobicity 非极性溶质与水 溶剂的相互作用则称为疏水效应 1 有关相似相溶原则可以用热力学自由能的降低来理解 G 0 G H T S 式中 是焓变 代表降低体系的能量因素 是体系熵增的因素 在常 温下 25 C 非极性溶质溶于水焓的变化 H 通常较小 有时甚至是负的 似乎是 有利于溶解的 但实际上溶解度不大 请分析原因 2 疏水基团之间的相互作用通常被认为是没有方向性的 但是最近对剑桥晶体结 构数据库 CSD 和蛋白质晶体结构数据库 PDB 的研究发现 疏水作用是有方向倾 第 11 页 共 20 页 向性的 请分析富电子的吲哚芳环与苯环 缺电子的恶唑环与苯环的可能接触方式 画 出示意图 3 下面的研究有助于进一步揭示疏水效应和疏水作用的本质 芳香化合物在水中 的溶解度其实也不是很小 这取决于相互间的氢键作用 该氢键是因为什么而产生 Na K 等阳离子能与有些芳香化合物很好的互溶取决于 56 气体水合物是一类将 H2O 分子结合成三维骨架型的主体结构 在其中有多面体 孔穴 孔穴中包含作为客体的气体小分子 形成笼形水合包合物晶体 根据客体分子的 大小和形状 水分子可组成多种形式的主体骨架结构 已知有上百种气体分子和水形成 水合包合物 其中甲烷水合物是最重要的一种 甲烷水合物 nCH4 mH2O m n 为 1 个晶胞 中 CH4 H2O 的分子个数 是一种具有重要经济价值 的化合物 在海洋深处蕴藏量非常大 是未来的重要 能源之一 它的晶体结构可看作由十二面体 右图左 和十四面体 右图右 共面连接堆积形成 在立方晶胞中 十二面体的中心处在顶角和体心位置 十四面体中心位置 在面上 坐标为 1 4 1 2 0 3 4 1 2 0 0 1 4 1 2 0 3 4 1 2 1 2 0 1 4 1 2 0 3 4 计 6 个 它们彼此共用六角形面连成柱体 再和五角十二面体共面连接 右图所示出甲烷水合物中水 骨架的结构 立方体为晶胞 1 H2O 分子是通过什么作用力结合成三维骨架的 确定组成十二面体和十四面体的水分子个数 2 确定晶胞中十二面体和十四面体的个数 3 计算晶胞中骨架水分子的个数 m 值 写出计算过程和理由 4 CH4分子由于体积较小 可包合在这两种多面体中 若全部充满时 确定晶胞 的组成为 n 值 5 已知该晶胞参数 a 1180pm 计算 1m3甲烷水合物晶体中可释放 CH4的体积 标准状况下 6 有的文献中报导开采 1m3的甲烷水合物晶体可得到 164m3的甲烷气体 请根据 5 的结果给出一合理解释 7 下图是甲烷水合物的相平衡图 图中两条曲线 X 和 Y 分别代表相应水与冰的 临界线和水合物与气体的临界线 Z 为临界点 第 12 页 共 20 页 A B C 和 D 区域中的组分 A B C D Z 点的组分 8 已知 Cl2的气体水合物晶体中 Cl2和 H2O 的分子数之体为 1 8 在其晶体中 水分子所围成的笼型骨架结构与可燃冰完全相同 说明它的组成 57 在常温常压下 CO2饱和溶液的浓度约为 0 04mol dm 3 pH 约为 4 一般认为 CO2溶于水形成的 H2CO3是二元弱酸 在水中发生下列电离 H2CO3HCO3 H K 1 HCO3 CO32 H K 2 实际上 CO2溶于水中 大部分形成 CO2 6H2O 只有一小部分形成 H2CO3 经实 测 K CO2 6H2O H2CO3 600 因此 根据溶液中 H2CO3的实际浓度 而不是溶解 的 CO2的浓度 计算得到的 K 数值与上述不同 碳酸可形成两类盐 碳酸盐和碳酸氢盐 碱金属和铵的碳酸盐易溶于水 其他金 属的碳酸盐难溶于水 难溶盐的酸式盐与相应正盐相比 有较大的溶解度 而易溶盐的 酸式盐与相应正盐相比 溶解度明显降低 后一现象的原因一般认为是 HCO3 离子通过 氢键形成了双聚离子或多聚链状离子 在 CO32 和 HCO3 中 C 原子以 sp3杂化轨道与 O 原子成键 电荷相反的离子互相 靠近时 由于相反电场的作用 离子的电子云发生变形 称为离子极化 被异号离子极 化而产生离子电子云变形的性质 称为该离子的变形性 阴 阳离子都有极化作用和变 形性两方面 但由于阳离子半径较小 电场集中 阴离子则恰好相反 所以阳离子的极 化作用较大 阴离子的变形性较大 一般说来 阳离子半径越小 电荷越高 极化作用 越强 阴离子半径越大 负电荷越多 变形性越强 阴离子被极化后产生变形 正负电 荷重心不重合 反过来又可对阳离子产生极化作用 这称之为附加极化 附加极化的结 果 使阴 阳离子强烈变形 外层电子云发生重叠 键的极性减弱 键长变短 由离子 键向共价键过渡 使物质溶解度变小 热稳定性降低 颜色变深 含复杂阴离子的化合物中 复杂离子中的正态原子对负态原子有极化作用 化合物 中的阳离子对阴离子中的负态原子也有极化作用 后一作用与前一作用方向相反 称为 反极化作用 反极化作用的存在表现为阳离子与阴离子中的正态原子共同争夺负态原子 使阴离子内部化学键削弱 易发生断键 试计算或回答下列问题 1 计算 H2CO3的理论 K 1值 假如 CO2溶于水 全部转化为 H2CO3时的 K 1值 2 计算 H2CO3的实际 K 1值 第 13 页 共 20 页 3 画出 HCO3 22 和 HCO3 nn 的氢键结构 4 碳酸铵的含氮量比碳酸氢铵要高 而我国的小氮肥厂却生产碳酸氢铵 不生产 碳酸铵 这是为什么 5 把 BaCO3 FeCO3 ZnCO3 CaCO3按热稳定性由高到低的顺序排列起来 6 试解释 Na2CO3的分解温度比 NaHCO3高的原因 7 把 CoF2 CoBr2 CoCl2 CoI2按它们的颜色由浅到深的顺序排列起来 并说明 原因 第 14 页 共 20 页 参考答案 参考答案 37 1 A 2 A 3 C 4 A 5 C 6 B 7 B C 8 B 9 C 10 AB CD 11 A D 同族元素的氢化物相对分子质量越大 分子间作用力越大 沸点越高 H2O HF NH3分子间存在氢键 使分子间作用力显著增大 因而沸点显著升高 12 共价键 离子键 13 D 14 D 15 B C 16 D 17 B 18 B 19 A 20 B 21 D 22 B 23 A 24 A C 25 C 26 B C 27 A 28 D 29 B 30 A 31 1 棕色 紫色 2 温度高时 分子间作用力弱 32 1 极性分子 2 增大 水分子是极性分子 当它被置于强磁场之中时 分 子中的正负两端受到磁场两极的 牵引 而使分子体积增大 33 固体熔点越低 在液体中的溶解度越大 气体沸点越高 在液体中的溶解度越 物质分子间作用力越接近液体 溶剂 分子间作用力 则溶解度越大 34 1 红棕色 H2Se 2 氧化性逐渐减弱 Cl2 2Br 2Cl Br2 3 随着相对分子质量增大 沸点逐渐升高 4 HF H2O 分子之间易形成氢键 35 1 加热试管时 部分冰融化 而其余的则仍保持固态 2 巧克力整块的逐渐变软 3 巧克力的变化 4 例如玻璃 石蜡 黄油 塑料 糖蜜 橡胶 36 是缔合液体 它们形成缔合分子时的氢键是 第 15 页 共 20 页 37 四个化合物都是苯甲酸的衍生物 不同之处在于 OH 或 OCH3基团性质和所联结的 位置不同 即使是相同基团 因其空间位置变化 故晶格中基团间的作用力也有差别 导致化合物熔点发生了变化 a 和 c 是一对异构体 c 在晶格中能与另一分 子形成分子间氢键 a 则形成分子内氢键 因前者键力大于后者 故 c 熔点高 于 a b d 的晶格中存在着较大的范德华力 故其熔点比 a 大 38 1 水 甲醇 乙醇 乙酸 丙酮 丙醇 甲乙醚 2 化合物分子间都有氢键 所以其沸点较化 高 为同系物 分子量高 沸点也高 化合物的分子量相同 因 能成双分子 所以沸点高 无氢键 沸点低于 39 1 小 2 2 液态水中仍然存在大量氢键 3 12 1 56 40 1 CF4的 C PF3的 P 均 sp3杂化 但 CF4为正四面体 为非极性分子 而 PF3为三 角锥体 为极性分子 分子间 CF4只有色散力 而 PF3有色散力 诱导力 取向力 分子间力 PF3 CF4 故 PF3的熔点 沸点高于 CF4 2 C 为第二周期元素 只有一个价轨道 在 CF4中的配位数已经饱和 C F 键能 也较大 故室温下不水解 高温下 CF4 3H2O CO2 4HF P 为第三周期元素 有 9 个价轨道 在 PF3中 P 的配位数不饱和 只有它的价轨道可接受 Lewis 碱进攻 P 上有孤对电子 可作为 Lewis 碱与氢离子反应 故宜水解 且反应彻底 PF3 3H2O H3PO3 3HF 41 H2O2分子间存在氢键 在液态或固态中存在缔合现象 所以熔 沸点高 与水分子可 形成氢键 所以溶解度大 42 1 每个水分子平均最多可形成 2 个氢键 每个 HF 分子平均最多生成 1 个氢键 前 者氢键数目多 总键能较大 故沸点较高 2 氟原子半径小 外层孤对电子多 电子云密度大 电子间斥力大 使得氟原子 结合一个电子形成气态 F 时放出能量较少 43 AC BF3的硼原子最外层只有 6 个电子 为缺电子原子 2 3 C42H6F24Hg6 C6H6 44 三氟甲烷 三氟甲烷分子结构中 CF3是一个强吸电子基团 故 C 原子上的 H 也几乎 成了裸露的质子 这样 三氟甲烷与丙酮形成了氢键 从而导 第 16 页 共 20 页 致丙酮在三氟甲烷中溶解时 产生的热效应较大 45 N N N N OC H3 H3C O C H3 C O O Na HO 46 H C C l C l C l CHCl3的氢原子与苯环的共軛电子形成氢键 47 阿司匹林中的羧酸和柠檬酸根反应形成阿司匹林的钠盐 48 1 2 4 个吡啶酮结合位置与两分子的丙酸通过氢键 第 17 页 共 20 页 结合产生加合物 阻碍金刚石状结构生成 3 49 1 在 CHCl3分子中 3 个 Cl 原子和 C 原子相连 Cl 原子是拉电子体 使和 3 个 Cl 相连的 C 原子 相对而言 正性增强了 和 CH4中 C 原子相比 在 CH3 2CO 分子 中 CH3是推电子基团 因此和 2 个 CH3相连的 C 原子的负性增强了 从而使与之 相连的 O 原子变得更负 这样就有可能发生下列氢键的结合 Cl3CH OC CH3 2 2 从它们的结构上看 C2H5OH 和 H2O 之间形成的氢键肯定强于 CHCl3和 CH3 2CO 之间形成的氢键 但其前者之所以释热量少是因为 C2H5OH 和 H2O 混合释热量 是 C2H5OH 和 H2O 间形成氢键释热量和拆散 H2O 分子间 C2H5OH 分子间的氢键 吸热量的代数和 而 CHCl3和 CH3 2CO 间形成氢键释热是它和拆散 CHCl3分子间 CH3 2CO 分子间作用力的代数和 一般分子间作用力小于氢键间力 50 1 H2F NH4 2 O H H H O H HH H O O H H O H H H O H HH H O H H O H3O H2O n n 1 2 3 3 H2O H F H2O H Cl H2O H C N H2N H OH 只有 NH3和水的加合物里水是质子给体 因为氧原子的电负性比氮原子大 所以 H OH 共用电子对偏向氧 使水中的氢变成裸露的质子和氮形成氢键 3 51 1 碱性问题 乙醇基置换氢离子降低了键的极性 从而降低了氮原子上的孤对电 子的碱性 沸点问题 三乙醇胺分子间有更强的氢键和范德华力 2 能代替的原因 N CH2CH2OH 3 H2S HN CH2CH2OH 3 HS 第 18 页 共 20 页 2N CH2CH2OH 3 H2S HN CH2CH2OH 3 2S N CH2CH2OH 3 H2CO3 HN CH2CH2O