23分子结构与物质的性质(原卷版)

第二章分子结构与性质

第三节分子结构与物质的性质知识梳理一、键的极性和分子的极性□共价键的极性极性键非极性键定义由不同原子形成的共价键，电子对发生偏移电子对不发生偏移的共价键原子吸引电子能力不同相同共用电子对共用电子对偏向吸引电子能力强的原子共用电子对不发生偏移成键原子电性显电性电中性成键兀素一般是不同种非金属兀素同种非金属兀素举例II—CkH—1Cl—Cl、H—H□分子的极性(1)极性分子与非极性分子(2)共价键的极性与分子极性的关系□键的极性判断从组成元素判断同种元素：A—A型为非极性共价键；不同种元素：A—B型为极性共价键。从电子对偏移判断有电子对偏移为极性共价键；无电子对偏移为非极性共价键。从电负性判断电负性相同为非极性共价键；电负性不同为极性共价键。□键的极性和分子极性的关系极性分子中一定含有极性键，可能含有非极性键(如H2O2)。非极性分子中有的只含非极性键(如O2),有的只含极性键(如BF3等)，有的既含极性键又含非极性键(如CH2==CH2等)。bNHHF雅见的概壇療和菲鏡性分fbNHHF雅见的概壇療和菲鏡性分f：0=C—O:二、键的极性对化学性质的影响键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如，羧酸是一大类含羧基(一COOH)的有机酸，羧基可电离出H＋而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关，如下表所示：不同羧酸的pKapK.丙磴(CHjCOOH)4.88乙^(CHSCOOH)4.763.75软乙酸(ClKClCOOii)2.86二氯乙擬(CHCbCOOH)1.29三亀乙K(CCIjCOOH)0.65三載乙JSUCFQOOH)013三、分子间作用力口范德华力及其对物质性质的影响概念：是分子间普遍存在的相互作用力，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在特征：很弱，比化学键的键能小1〜2个数量级。影响因素：分子的极性越大，范德华力越大；组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。对物质性质的影响：范德华力主要影响物质的物理性质，如熔、沸点，组成和结构相似的物质，范德华力越大，物质熔、沸点越高。某些分子网的范瘪华力分子ArCOHIHBrHQ(kJ•伽」)8.508.7526.0023.112L14□范德华力的正确理解范德华力很弱，比化学键的键能小1〜2个数量级，分子间作用力的实质是电性引力，其主要特征有以下几个方面：广泛存在于分子之间。只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力(范德华力)，如固体和液体物质中。范德华力无方向性和饱和性。只要分子周围空间允许，分子总是尽可能多地吸引其他分子。□键能大小影响分子的热稳定性，范德华力的大小影响物质的熔、沸点。□相对分子质量接近时，分子的极性越大，范德华力越大。□相对分子质量、极性相似的分子，分子的对称性越强，范德华力越弱，如正丁烷〉异丁烷，邻二甲苯〉间二甲苯＞对二甲苯。□氢键及其对物质性质的影响概念：由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子(如水分子中的氢)与另一个电负性很大的原子(如水分子中的氧)之间的作用力。表示方法：氢键通常用A—H...B表示，其中A、B为N、O、F,“一”表示共价键，“…”表示形成的氢键。氢键的本质和性质氢键的本质是静电相互作用，它比化学键弱得多，通常把氢键看作是一种比较强的分子间作用力。氢键具有方向性和饱和性，但本质上与共价键的方向性和饱和性不同。□方向性：A—H...B三个原子一般在同一方向上。原因是在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最小，形成的氢键最强，体系最稳定。□饱和性：每一个A—H只能与一个B原子形成氢键，原因是H原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到A、B原子电子云的排斥。分类：氢键可分为分子间氢键和分子内氢键两类。CK乩 一 、一亠、存在分子内氢键， 存在分子间氢键。前者的沸点低于后者。氢键对物质性质的影响：氢键主要影响物质的熔、沸点，分子间氢键使物质熔、沸点升高，分子内氢键使物质熔、沸点降低。X—HY佬k1i/(U'mol1)t?J;/pm陛壺性判计F-EhF2E.L3551iiF)±O-i(0[S.8276o-u-o25.9266即时一乙时N-11-F观皈NILFN-ll-020.92S6Cl1,00X11N-ll"X5.433SNl[j■宝燧昭一楡定龙寺A-HB妁喪度‘商平扯H-1林崑□溶解性“相似相溶”规律非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂，如蔗糖和氨易溶于水，难溶于四氯化碳；萘和碘易溶于四氯化碳，难溶于水。影响物质溶解性的因素□外界因素：主要有温度、压强等。□氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。□分子结构的相似性：溶质和溶剂的分子结构相似程度越大，其溶解性越大，如乙醇与水互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。弋体输涪刘底(弋体的圧强务21X10'%苗电为朗K.在】00$幺申的溝超及)常新.逼擢爲鸞贰愴IKI17(WIA952.90OTO16二駅代匡IKI69(1002300280.0019於、Q.72PO.CXM3乙垸0,0062二氧牝规11.38四、分子的手性□概念手性异构体：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能叠合，互称手性异构体(或对映异构体)。手性分子：具有手性异构体的分子。□手性分子的判断（1） 判断方法：有机物分子中是否存在手性碳原子。（2） 手性碳原子：有机物分子中连有四个各不相同的原子或基团的碳原子。『题型分析I『题型一』极性分子与非极性分子〖典例1〗在下列物质中：DCO2DCCl4口NH3口BH3口H2O口HBr中，分子中电荷的空间分布均匀的是（）□□口 B.□□口 C.□□口 D.□□口【答案】A【规范答题】口。02呈直线形，键角为180°,分子高度对称，分子中正电中心和负电中心重合，分子中电荷的空间分布均匀；□CC14呈正四面体形，键角为109°28»分子高度对称，分子中正电中心和负电中心重合，分子中电荷的空间分布均匀；□NH3呈三角锥形，键角为107°,分子中正电中心和负电中心不重合，分子中电荷的空间分布不均匀；□BH3呈平面正三角形，键角为120°,分子高度对称，分子中正电中心和负电中心重合，分子中电荷的空间分布均匀；□H2O呈V形，键角为105°，分子中正电中心和负电中心不重合，分子中电荷的空间分布不均匀；□HBr是双原子分子，分子中正电中心和负电中心不重合，分子中电荷的空间分布不均匀；分子中电荷的空间分布均匀的是①□①，答案选A。〖变式1-1〗下列说法正确的是（ ）含有极性键的分子不一定是极性分子键能越大，表示该分子越容易受热分解在分子中，两个成键的原子间的距离叫做键长同一元素的不同含氧酸中，中心原子的化合价越高，其氧化性一定越强〖变式1-2〗尿素［ 「 ］是一种高效化肥，也是一种化工原料。反应:H?N MH》^（嘶“气⑼二^（甲）2（网20（1）可用于尿素的制备。下列有关说法正确的是（）〖变式1-3仿(CHC13)常因保存不慎而被氧化，产生剧毒物光气(COC12),反应为2CHCl3+O2f2HCl+2COC12,I光气的结构式为::1 ，下列说法正确的是( )使用前可用硝酸银稀溶液检验氯仿是否变质CHC13分子为含极性键的非极性分子1个COC12分子中含有3个o键、1个n键，中心碳原子采用sp杂化COC12分子中所有原子不可能共平面『题型二』氢键对物质性质的影响〖典例2〗B2O3的气态分子结构如图1所示，硼酸(H3BO3)晶体结构为层状，其二维平面结构如图2所示。TOC\o"1-5"\h\z下列说法错误的是( )图】 图2ImolHBO晶体中含有6mol氢键3 3硼酸为弱酸图2图1和图2两个分子中B原子分别采用sp杂化、sp2杂化HBO分子的稳定性与氢键无关3 3【答案】A【规范答题】A.由图中信息可知，每个硼酸分子中含有3个羟基，其O原子和H原子均可与邻近的硼酸分子形成氢键，平均每个硼酸分子形成了3个氢键，因此，1molH3BO3晶体中含有3mol氢键，A项错误；由图中结构可知，硼酸分子内的羟基因形成了分子间氢键难以电离出氢离子，因此硼酸是弱酸,B项正确；B原子最外层含有3个电子，在图1中，每个B原子形成2个b键，且不含孤对电子，故其杂化方式为sp杂化；在图2中，每个B原子形成3个b键，且不含孤对电子，故其杂化方式为sp2杂化，C项正确；H3BO3分子的稳定性与分子内的B-O、H-O共价键有关，与氢键无关，D项正确；答案选A。〖变式2-13下表是元素周期表的一部分。表中所列的字母分别代表某一种化学元素。下列说法正确的是（ ）沸点：A2DVA2X B.B、C、D形成的最简单气态氢化物互为等电子体C.CA3分子是非极性分子 D.C形成的单质中o键与n键个数之比为1：2〖变式2-23某化合物的分子式为AB2,属VIA族元素，B属VIIA族元素，A和B在同一周期，它们的电负性值分别为3.44和3.98，已知AB分子的键角为103.3°。下列推断不正确的是（ ）2AB分子的空间构型为"V”形2A-B键为极性共价键，AB分子为非极性分子2AB与HO相比，AB的熔点、沸点比HO的低2222AB分子中无氢原子，分子间不能形成氢键，而HO分子间能形成氢键2〖变式2-33下列说法不正确的是（ ）A.HC1O、HCO、HNOHC1O的酸性依次增强3 3 4OHIb.苹果酸m U）O11含有i个手性碳原子HC1、NH、CHOH均易溶于水的原因之一是与HO均能形成氢键2 5 2以极性键结合的分子不一定是极性分子『题型三』相似相溶原理及其应用〖典例3〗下列“类比”结果正确的是（ ）H2S晶体中一个H2S分子周围有12个H2S紧邻，则冰中一个水分子周围也有12个紧邻分子A1C13中Al原子是sp2杂化，则A12C16中Al原子也是sp2杂化Mg在过量氧气中燃烧生成MgO,则锂在过量氧气燃烧也生成Li2O乙醇ch3ch2oh能与水互溶，则戊醇ch3ch2ch2ch2ch2oh也能与水互溶

【答案】C【规范答题】A•水分子中可以形成分子间氢键，1个水分子可以与4个水分子形成氢键，故一个水分子周围有4个紧邻分子，A错误；A1C13中Al原子是sp2杂化；A12C16为缔合双分子，Al原子形成4个共价键，是sp3杂化，B错误；镁锂为对角线元素，Mg在过量氧气中燃烧生成MgO,则锂在过量氧气燃烧也生成Li2O,C正确；乙醇ch3ch2oh能与水形成氢键而互溶，则戊醇ch3ch2ch2ch2ch2oh中烃基较大减弱了其在水中的溶解性，D错误；故选Co〖变式3-1〗H2O2是常用的氧化剂，其分子结构如下图所示，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上。下A.H2A.H2O2为非极性分子，O原子采取SP3杂化轨道成键B.c.h2o2能与水混溶，不溶于cci4H2O2分子间作用力强于H2O分子间作用力〖变式3-2〗用如图所示实验装置进行相应的实验，不能达到实验目的的是（ ）图甲装置中将C管位置提高可用于检验装置气密性图乙用于洗气，可以除去HC1中的Cl2气体关闭丙装置中弹簧夹K,该装置可用于临时储存气体用丁装置蒸干次氯酸钠溶液制备次氯酸钠晶体〖变式3-33生活中的化学无处不在，下列关于生活中的化学描述错误的是（）可以用光谱分析的方法来确定太阳的组成元素是否含氦壁虎在天花板上爬行自如是因为壁虎的脚与墙体之间有范德华力碘易溶于四氯化碳，难溶于水，因为碘、四氯化碳都是非极性分子“挑尽寒灯梦不成”所看到的灯光和原子核外电子跃迁无关『题型四』分子手性〖典例4〗下列说法正确的是（ ）手性分子具有完全相同的组成和原子排列，化学性质完全相同无机含氧酸分子中所含氧原子个数越多，酸性越强C•氯气易溶于氢氧化钠溶液符合相似相溶原理蛋白质分子间可形成氢键，分子内也存在氢键【答案】D【规范答题】A.手性分子具有完全相同的组成和原子排列，二者结构不同，化学性质不同，故A错误;无机含氧酸分子中非羟基氧原子个数越多，酸性越强，故B错误；氯气和氢氧化钠之间发生反应生成可溶性的盐溶液，与相似相溶原理无关，故C错误；蛋白质分子中存在O-H、N-H键，所以蛋白质分子间可形成氢键，分子内也存在氢键，故D正确；选Do〖变式4-1〗下列对分子结构及其性质的解释中，不正确的是（）乙烷难溶于水、溴易溶于四氯化碳都可用相似相溶原理解释酸性：HCO>HC1O，是因为HCO分子中的氢原子数目比HC1O多TOC\o"1-5"\h\z2 3 2 3羟基乙酸［ch2（oh）cooh］不属于手性分子，因其分子中不存在手性碳原子CHCHOH的沸点高于CHOCH，因乙醇分子中含一OH,能形成分子间氢键2 3 3〖变式4-23下列说法错误的是（ ）互为手性异构体的分子互为镜像利用手性催化剂合成可主要得到一种手性分子手性异构体分子组成相同手性异构体性质相同〖变式4-3〗下列关于分子的结构和性质的描述中，不正确的是（）

A•水很稳定（1000□以上才会部分分解）是水中含有大量氢键所致CH.CHCOOH乳酸（门11 ）分子中含有一个手性碳原子碘易溶于四氯化碳，甲烷难溶于水都可用“相似相溶”原理解释氟的电负性大于氯的电负性，导致三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的酸性『巩固练习』一、单选题1．下列各项比较中前者高于（或大于或强于）后者的是（）CCl4和SiCl4的熔点aCHO ” ,OHC—0H、 小：）和对羟基苯甲醛（ ）的沸点o3和o2在水中的溶解度H2SO3和H2SO4的酸性2.下列说法中正确的是（）A.沸点：PH3>NHA.沸点：PH3>NH3>H2OC.CO2分子中的化学键为非极性键3.下列说法正确的是（）44D.NH3分子中N原子的杂化轨道类型是sp2氢键不是化学键HF的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键乙醇分子与水分子之间只存在范德华力碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是由于碘化氢分子之间存在氢键4.下列叙述中正确的是（ ）NH3、CO、CO2都是极性分子CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强D.CSD.CS2、H2O、C2H都是直线形分子5．下列表示不正确的是A.HCN分子中的极性H-C三NB.CO2的空间结构模型OODC.120°［毎缈Sp2A.HCN分子中的极性H-C三NB.CO2的空间结构模型OODC.120°［毎缈Sp2杂化轨道D.H2O的VSEPR模型6．列说法正确的是（）A.s电子的形状为球形B.单质气体分子均为非极性分子C.Fe和Zn位于元素周期表不同区D.3p2表示3p能级有两个轨道7.列说法正确的是（）HF、HCl、HBr、HI的熔点、沸点依次升高乙醇分子与水分子之间只存在范德华力h2o的熔点、沸点高于h2s,是由于h2o分子之间可以形成氢键D•氯的各种含氧酸的酸性由强到弱排列为HClO>HClO2>HClO3>HClO48.经过对嫦娥五号带回的月球土壤的研究,中国科学家发现月球土壤中含有一定量的水。下列说法正确的是（）是（）月球上的水比地球上的水稳定纯水的pH一定等于7水结冰时会形成更大规模的氢键水是由极性键构成的非极性分子9•肼（叫巴）是火箭燃料，发射时发生反应：2叫巴+2NO2=3N2+4H2O,以下有关该反应中涉及的四种物质的说法正确的是（）N2分子和乙烯一样含有兀键，均易发生加成反应NH分子中没有孤电子对24每个水分子内平均含有两个氢键该反应每当4molN-H键断裂，则形成兀键3mol10.下列说法正确的是（ ）1个N2分子中的n键与1个CO2分子中的n键的数目之比为2口1稳定性：甲烷>乙烯强度：氢键〉化学键>范德华力酸性：FCHCOOH<C1CHCOOH<CHCOOH223NO-和NO-离子中，中心原子的价层电子对数不相等23熔、沸点高低：CHCH<CH(CH)CH<CHCH(OH)CH33322333D.7"* 和. ''互为同系物下列说法不正确的是( )已知冰的熔化热为6.0kJ/mol,冰中氢键键能为20kJ/mol,假设1mol冰中有2mol氢键，且熔化热完全用于破坏冰的氢键，则最多只能破坏冰中15％的氢键已知H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)AH=-57.3kJ/mol,则HCl和NH3・H2O反应生成1molH2O(1)时放出热量大于57.3kJ已知：正丁烷(g)=异丁烷(g)DH<0,贝y异丁烷比正丁烷稳定可以通过测定C(石墨，s)和CO(g)的燃烧热间接计算C(石墨，s)+2O2(g)=CO(g)的反应热某物质M是制造染料的中间体，它的球棍模型如图所示，由短周期X、Y、Z、W四种元素组成，X是原子半径最小的元素，W的3p轨道有一个未成对电子，Y、Z同主族且能形成ZY2的化合物。下列说法正确的是()电负性：Y>Z>W最简单氢化物沸点：Y<Zx2y2是极性分子Z的最高价氧化物的空间构型为三角锥形14．下列说法错误的是（ ）从CH4、NH+、SO2-为正四面体结构，可推测PH+、PO3-也为正四面体结构4444lmol金刚石晶体中，平均含有2molC-C键水的沸点比硫化氢的高，是因为h2o分子间存在氢键，h2s分子间不能形成氢键Mn2+比Fe2+易失去电子A、B、C、D均为18电子分子。A为双原子分子且为浅黄绿色气体；B的水溶液常用于医用消毒；C有臭鸡蛋气味；D为烃（烃只含C、H元素）。下列判断错误的是（ ）D分子中心原子发生sp3杂化C分子中的化学键为SP3—SG键，有轴对称性，可以旋转B为极性分子，但分子中同时含有极性键和非极性键A单质分子间存在氢键，所以在同族单质中沸点最高下列叙述中正确的有（ ）□沸点：HI>HBr>HClCOCl2、BF3中各原子均达到8电子稳定结构一般分子的极性越大，范德华力越大口氢键是一种分子间作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间CH3CH=CH2分子中，o键与n键数目之比为6：1□平面三角形分子一定是非极性分子A.2个 B.3个 C.4个 D.5个二、填空题研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2+3H2=CH3OH+H2O）中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：（1）CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为 和 。⑵在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点：H2O CO2：（填“大于”“小于”或“等于”）（3） 硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn（NO3）2中的化学键除了o键外，还存在 O（4） 丙酮（HyCTYH?）分子中甲基中碳原子轨道的杂化类型是 ，1mol丙酮分子中含有o键的数目为 。（设NA为阿伏加德罗常数的值）（5） C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为 。乙醇的沸点高于丙酮，这是因为 。18．氮是一种典型的非金属元素，其单质及化合物在生活和生产中具有广泛的用途。请回答下列问题⑴科学家目前合成了N分子，其结构如图所示。N分子中氮原子的杂化轨道类型是 ，N-N-N键44角为——；N4分解后能产生比并释放出大量能量，推测其用途可为——(2)口维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用，该物质的结构简式如图所示:以下关于维生素B］的说法正确的是 只含g键和n键既有共价键又有离子键既含有极性键又含有非极性键□维生素B燃烧可生成N2、NH、CO SO2、H2O、HCl等物质，这些物质中属于非极性分子的化合物123222TOC\o"1-5"\h\z有 。(3)液氨常被用作制冷剂，若不断地升高温度，实现“液氨①>氨气②>氮气和氢气③>氮原子和氢原子”的变化，在变化的各阶段被破坏的粒子间的相互作用是口 ；