第05讲 分子性质、分子间作用力与物质性质 原卷版

第05讲分子性质、分子间作用力与物质性质第05讲分子性质、分子间作用力与物质性质易混易错聚焦易混易错聚焦一、聚焦范德华力、氢键和化学键的比较的易混易错点(1)氢键属于分子间作用力，不属于化学键。(2)氢键存在则必然存在范德华力，但是存在范德华力的不一定有氢键存在。(3)分子间作用力(范德华力和氢键)影响物质的物理性质，而化学键决定分子的稳定性。(4)分子间作用力存在于分子之间，而氢键只存在于电负性较大的N、O、F三种元素与氢元素之间，而化学键是存在于相邻原子或离子间的强烈相互作用。二、聚焦分子结构与性质的易混易错点(1)误认为分子的稳定性与分子间的作用力和氢键有关，其实分子的稳定性与共价键的强弱有关。(2)误认为组成相似的分子，中心原子的杂化类型相同，关键是要看其σ键和孤电子对数是否相同。如BCl3中B原子为sp2杂化，NCl3中N原子为sp3杂化。(3)误认为只要含有氢键，物质的熔、沸点就高，其实不一定，分子间的氢键会使物质的熔、沸点升高，而分子内的氢键一般会使物质的熔、沸点降低。三、聚焦范德华力的易混易错点(1)范德华力只影响物质的物理性质。(2)分子间充分接近时才产生范德华力。(3)范德华力也是一种电性作用(实质)。(4)范德华力只存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数非金属单质分子及稀有气体分子之间。(5)范德华力的作用范围很小，即分子充分接近(如固体和液体)时才有相互间的作用力。四、聚焦相似相溶的易混易错点(1)“相似相溶”原理是从分子结构的角度，通过对实验的观察和研究而得出的关于物质溶解性的经验规律，也会有不符合此规律的例外情况。如CO、NO等极性分子均难溶于水。(2)“相似相溶”原理可以解释一些物质在某些溶剂中溶解的情况。氢键影响物质的溶解性。如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶解度增大，且氢键作用力越大，溶解性越好。如NH3极易溶于水、C2H5OH与水能以任意比混溶，上述事实分别与NH3和H2O分子间、C2H5OH和H2O分子间形成氢键密切相关。五、聚焦含氧酸酸性的易混易错点一般来说，含氧酸显酸性的原因有两种类型：一是酸分子中的羟基(－OH)电离出H＋，如次氯酸(HClO)：HClOH＋＋ClO－；二是酸分子自身不能电离出H＋，但酸分子中的中心原子具有空轨道，能接受OH－中氧原子的孤电子对而加合一个OH－，使得水分子释放出H＋而显酸性，如硼酸(H3BO3)：。(1)酸(HO)mROn的酸性强弱与m的大小无关。(2)含氧酸在水中电离出的H＋来源于酸分子中的－OH原子团，与中心原子相连的氢原子不能电离成H＋。(3)碳酸(H2CO3)为弱酸的原因：碳酸[(HO)2CO]中非羟基氧的个数为1，理论上应是一个酸性与亚硝酸[(HO)NO]和磷酸[(HO)3PO]相近的中强酸，然而事实上通常认为它是弱酸，这是由于溶于水的二氧化碳分子中只有极少量与水结合成碳酸。(4)结构相似的含氧酸酸性强弱判断方法：酸分子中中心原子的原子半径越小，电负性越大，其相应酸的酸性越强，如酸性HClO3>HBrO3>HIO3。(5)常见无机无氧酸酸性的强弱关系为：HI>HBr>HCl>HF>H2S，其中HF、H2S为弱酸。六、聚焦分子熔、沸点的易混易错点1．组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越高，如熔、沸点：CF4<CCl4<CBr4<CI4。2．组成相似且相对分子质量相近的物质，分子极性越大(电荷分布越不均匀)，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。3．在同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。易错易错典例分析易错典例1易错典例11．下列关于范德华力的叙述正确的是(深度解析)A．是一种较弱的化学键 B．分子间存在的强于化学键的相互作用C．直接影响所有物质的熔、沸点 D．稀有气体的分子间存在范德华力易错典例易错典例22．关于氢键，下列说法中正确的是A．氢键比范德华力强，所以它属于化学键B．分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高C．含氢原子的物质之间均可形成氢键D．H2O是一种非常稳定的化合物，这是由于水分子间存在氢键举一反三1j举一反三1jYFs3．下列叙述中正确的是A．NH3、CO、CO2都是极性分子B．CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强D．CS2、H2O、C2H2都是直线形分子举一反三举一反三2jYFs4．下列现象与氢键有关的是①HF的熔、沸点比HCl的高②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶③冰的密度比液态水的密度小④HF、NH3都极易溶于水⑤水分子高温下也很稳定A．①②③④⑤ B．②③④⑤ C．①②③⑤ D．①②③④举一反三举一反三3jYFs5．下列说法正确的是A．HF、HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高 B．CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子C．CS2、H2S、C2H2都是直线形分子 D．在水中的溶解性：戊醇＞乙二醇＞乙醇易混易错剖析易混易错剖析1．Cl2、Br2、I2均为第ⅦA族元素的单质，其组成和化学性质相似，但常温下状态分别为气、液、固，其原因是什么？【细剖精析】Cl2、Br2、I2的组成和结构相似，由于相对分子质量逐渐增大，所以范德华力逐渐增大，故熔、沸点升高，常温下状态依次为气态、液态、固态。2．CO2和CS2结构和组成相似，为什么常温下CO2是气体、CS2是液体？【细剖精析】因为CS2比CO2相对分子质量大，所以分子间范德华力也大，使CS2沸点升高，常温下呈液态。3．为什么水结成冰之后体积膨胀？【细剖精析】在水蒸气中水以单个的H2O分子形式存在；在液态水中，经常是几个水分子通过氢键结合起来，形成(H2O)n(如上图)；在固态水(冰)中，水分子大范围地存在氢键，形成相当疏松的晶体，从而在结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此冰能浮在水面上。4．为什么水在4℃时密度最大？【细剖精析】随温度升高，同时发生两种相反的过程：一方面是冰晶结构小集体受热不断崩溃，缔合分子减少；另一方面是水分子间距因热运动不断增大。0～4℃间，前者占主导优势；4℃以上，后者占主导优势；4℃时，两者互不相让，导致水的密度最大。5．为什么NH3极易溶于水，而CH4难溶于水？【细剖精析】NH3是极性分子，CH4为非极性分子，而水是极性分子，根据“相似相溶”规律，NH3易溶于水，而CH4不易溶于水。并且NH3与H2O分子之间还可以形成氢键，使得NH3更易溶于水。6．有机溶剂都是非极性溶剂吗？举例说明。【细剖精析】不一定。有机溶剂大多数是非极性溶剂，如CCl4、苯等，但也有少数的极性溶剂，如酒精。7．如何理解手性分子，其有什么结构特点？【细剖精析】手性分子，是结构镜像对称而又不能完全重合的分子。由于一个碳原子在形成有机物分子时连接的四个原子或基团不同，它会形成两种分子结构，这两种分子具有相似的性质，但是从分子的组成形状来看，它们依然是两种分子。这种情形像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对应，但由于是三维结构，它们不管怎样旋转都不会重合，就像人的左手和右手那样，故称这两种分子具有手性，又叫手性分子。因此，这两种分子互为同分异构体，这种形式的异构称为手性异构。8．强酸溶液的酸性一定强于弱酸溶液的酸性吗？【细剖精析】不一定。溶液的酸性取决于溶液中c(H＋)的大小，c(H＋)越大，溶液的酸性越强。9．H2O2常温下是液体，沸点较高(150℃)其主要原因是什么？【细剖精析】H2O2分子之间存在氢键。10．SO3和O3的混合气体经光解作用，可生成一种结构，如图所示的物质，该物质中S原子采用哪种类型的杂化方式？该分子是否有极性？【细剖精析】由图可知S形成了4个共价键，即含有4个价层电子对，所以硫原子的轨道杂化方式是sp3杂化；由于分子的空间结构不对称，因此该分子是极性分子。11．为什么甲酸、乙酸、丙酸的酸性逐渐减弱？【细剖精析】烃基是推电子基团，烃基越长推电子效应越大，使羧基中的羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱。所以，甲酸的酸性大于乙酸的，乙酸的酸性大于丙酸的……随着烃基加长，酸性的差异越来越小。12．液态苯、汽油等发生汽化时，为何需要加热？降低氯气的温度，为什么能使氯气转化为液态或固态？【细剖精析】液态苯、汽油等发生汽化是物理变化，需要吸收能量克服其分子间的相互作用力。降低氯气的温度时，氯气分子的平均动能逐渐减小。随着温度降低，当分子靠自身的动能不足以克服分子间相互作用力时，分子就会凝聚在一起，形成液体或固体。13．通电情况下水的分解过程中化学键有哪些变化？【细剖精析】H2O中O—H断裂，生成H原子和O原子；H原子间结合成H2分子，形成H—H；O原子间结合形成O2分子，形成O=O。14．冰融化成水的过程中是否存在化学键的变化？是否存在能量的变化？分子间作用力是否有变化？【细剖精析】没有化学键的变化；存在能量的变化；分子间作用力有变化。冰融化成水的过程中存在氢键和范德华力的变化，故存在能量变化。15．常温下CCl4是液体，CF4是气体，CI4是固体，为什么？【细剖精析】CF4、CCl4、CI4分子均是正四面体结构，分子间不存在氢键，它们的分子间作用力随相对分子质量的增大而增大。16．为什么同为双原子分子的Cl2分子是非极性分子，而HCl分子是极性分子？【细剖精析】在Cl2分子中，共用电子对不偏向任何一方，Cl原子不显电性，为非极性分子。在HCl分子中，Heq\o\al(·,×)eq\o(Cl,\s\up6(··),\s\do4(··))∶共用电子对偏向Cl原子，所以Cl原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，整个分子的电荷分布不均匀，所以为极性分子。17．从力学的角度分析：为什么CO2分子是非极性分子，而H2O分子是极性分子？【细剖精析】C=O键是极性键，但从分子总体而言CO2是直线形分子，两个C=O键是对称排列的，两键的极性互相抵消(F合＝0)，所以整个分子没有极性，电荷分布均匀，是非极性分子。O－H键是极性键，共用电子对偏向O原子，由于分子是折线形构型，两个O－H键的极性不能抵消(F合≠0)，所以整个分子电荷分布不均匀，是极性分子。核心知识梳理核心知识梳理1．分子的极性与键的极性和分子空间结构的关系分子类型键的极性分子空间结构分子极性代表分子双原子分子A2非极性键直线(对称)非极性N2等AB极性键直线(不对称)极性CO、HF等三原子分子AB2直线(对称)非极性CO2、CS2、BeCl2等V形(不对称)极性H2O、H2S、SO2等四原子分子AB3平面三角形(对称)非极性BF3、BCl3、SO3等三角锥形极性NH3、PCl3、NF3等五原子分子AB4正四面体(对称)非极性CH4、SiF4等ABnC4－n四面体形(不对称)极性CH2Cl2等2．分子极性的判断方法(1)只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子。如O2、H2、P4、C60。(2)含有极性键的双原子分子都是极性分子。如HCl、HF、HBr。(3)含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的是极性分子。(4)判断ABn型分子极性的经验规律：①若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子；若不等，则为极性分子。②若中心原子有孤电子对，则为极性分子；若无孤电子对，则为非极性分子。如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子；H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分3．根据物质类别判断化学键类型(1)离子化合物中一定有离子键，可能有共价键。由简单离子构成的离子化合物中只有离子键，如MgO、NaCl等；由复杂离子(原子团)构成的离子化合物中既有离子键又有共价键，如(NH4)2SO4、KNO3、NaOH、Na2O2等。(2)共价化合物中只能有共价键，一定没有离子键。这是因为共价化合物中原子间都是通过共用电子形成化学键，不存在带电荷的阴、阳离子，如HCl、CO2、CH4等。(3)金属单质中一般只存在金属键。(4)非金属单质(除稀有气体外)一般只存在非极性键。4．常见物质中的化学键(1)只含有非极性共价键的物质：非金属单质，如H2、O2、N2、金刚石、单晶硅、P4、S2、S4等。(2)只含有极性共价键的物质：一般是由不同种元素组成的共价化合物，如HX(X＝F、Cl、Br、I)、CO、NO、CS2、BF3等。(3)既含有极性共价键，又含有非极性共价键的物质：H2O2、CH3CH3、CH≡CH、等。(4)只含有离子键的物质：由活泼金属元素与活泼非金属元素形成的化合物，如CsCl、NaCl、Na2O、K2O等。(5)既含有离子键，又含有极性共价键的物质：Na2CO3、MgSO4等。(6)既含有离子键，又含有非极性共价键的物质：Na2O2、FeS2、CaC2等。(7)含有离子键、共价键、配位键的物质：铵盐等。(8)既含有共价键，又含有配位键的离子：NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋等。(9)不含化学键的物质：稀有气体。5．范德华力与化学键的区别化学键范德华力存在分子内原子之间、阴阳离子之间、金属阳离子和“自由电子”之间分子之间，且只有分子充分接近时才有范德华力强弱强烈(100～600kJ·mol－1)微弱(2～20kJ·mol－1)对物质性质的影响主要影响物质的化学性质主要影响物质的熔、沸点等物理性质6.分子间作用力、范德华力与氢键的区别(1)范德华力是分子间作用力的一种，不能把范德华力等同于分子间作用力。(2)氢键是一种特殊的分子间作用力，不属于化学键。分子中存在电负性较大的元素，才可能形成氢键。(3)通常情况下，氢键比范德华力强。范德华力、氢键、化学键的比较范德华力氢键共价键概念物质分子之间普遍存在的一种作用力已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很强的原子之间的静电作用原子间通过共用电子对所形成的相互作用作用粒子分子H与N、O、F原子特征无方向性和饱和性有方向性和饱和性有方向性和饱和性强度共价键>氢键>范德华力影响强度的因素①随分子极性的增大而增大②组成和结构相似的分子构成的物质，相对分子质量越大，范德华力越大对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，作用越强成键原子半径和共用电子对数目。键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质②组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高。如熔、沸点：CF4<CCl4<CBr4①分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大。如熔、沸点：H2O>H2S②分子内存在氢键时，降低物质的熔、沸点共价键键能越大，分子稳定性越强(1)氢键对物质熔、沸点的影响：分子间存在氢键的物质，物质的熔、沸点明显高，如NH3>PH3；同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高，如邻羟基苯甲酸<对羟基苯甲酸。(2)氢键对物质溶解度的影响：溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大，如NH3、甲醇、甲酸等易溶于水。(3)氢键对物质密度的影响：氢键的存在会使某些物质的密度反常，如水的密度比冰的密度大。(4)氢键对物质电离性质的影响：如邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1与对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1相差较大。7．氢键及其对物质性质的影响(1)概念：氢键是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。(2)表示方法：氢键的通式可用X—H…Y—表示。式中X和Y为F、O、N，“—”表示共价键，“…”表示形成的氢键。微点拨：一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。所以氢键一般存在于含N—H、H—O、H—F的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。(3)氢键的特征①氢键不是化学键，而是特殊的分子间作用力，其键能比化学键弱，比范德华力强。②氢键具有一定的方向性和饱和性X—H与Y形成分子间氢键时，氢原子只能与一个Y原子形成氢键，3个原子总是尽可能沿直线分布，这样可使X与Y尽量远离，使两原子间电子云的排斥作用力最小，体系能量最低，形成的氢键最强、最稳定(如下图)。(4)氢键的类型①分子间氢键，如水中O—H…O—。②分子内氢键，如。(5)氢键对物质性质的影响①当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。②当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将下降。③氢键也影响物质的电离、溶解等过程。8．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；而萘和碘却易溶于四氯化碳，难溶于水。(1)影响物质溶解性的因素①外界因素：主要有温度、压强等。②氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。③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。④溶质是否与水反应：溶质与水发生反应，溶质的溶解度会增大。如SO2与水反应生成的H2SO3可溶于水，故SO2的溶解度增大。易错易错通关基础练1．在“固体氯→液氯→氯气→氯原子”的变化过程中，被破坏的作用力依次是A．范德华力、范德华力、范德华力B．共价键、共价键、共价键C．范德华力、共价键、共价键D．范德华力、范德华力、共价键2．下列变化需要克服同类型作用力的是A．NaCl和AlCl3的融化 B．氯化氢和氯化钾的溶解C．碘和干冰的升华 D．溴和汞的汽化3．关于氢键，下列说法不正确的是A．每一个水分子间含有两个氢键B．冰、水中都存在氢键C．水是一种非常稳定的化合物，这是由于水分子之间能形成氢键D．由于N、O、F的电负性比较大，所以NH3、H2O、HF分子间都可以形成氢键4．下列物质酸性大小比较正确的是A．HClO＞HClO2＞HClO3＞HClO4 B．H2SO4＞HClO4C．H3AsO3＞HNO2 D．HI＞HCl＞HF5．下列物质中，既有共价键又有分子间作用力的是A．氧化镁 B．氦 C．铜 D．液氨6．下列说法正确的是A．由于氢键的存在，冰才能浮在水面上B．氢键是自然界中最重要、存在最广泛的化学键之一C．由于氢键的存在，沸点：HCl＞HBr＞HI＞HFD．氢键的存在决定了水分子中氢氧键的键角是104.5°7．下列关于键的极性和分子极性的说法中，错误的是A．只有非极性键的分子一定是非极性分子B．含极性键的非极性分子，其空间结构是对称的C．不同元素形成的双原子分子一定是极性分子D．极性分子中一定只含有极性键8．下列各项比较中前者高于(或大于或强于)后者的是A．CCl4和SiCl4的熔点B．邻羟基苯甲醛()和对羟基苯甲醛()的沸点C．O3和O2在水中的溶解度D．H2SO3和H2SO4的酸性易错易错通关能力练1．下列叙述中正确的是A．能电离出H+的化合物除水外都是酸，分子中含有几个氢原子它就是几元酸B．非金属性越强，其对应的含氧酸的酸性越强C．同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高，其酸性越强，氧化性也越强D．H3PO4和H2CO3分子中非羟基氧的个数均为1，但它们的酸性不相近，H3PO4是中强酸而H2CO3是弱酸2．下列图象表示正确的是A． B． C． D．3．下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是A．在由分子所构成的物质中，不一定含有共价键B．氢键不是化学键而是分子间的一种作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间C．范德华力是分子间存在的一种作用力，分子的极性越大，范德华力越大D．共价键是原子之间通过共用电子对形成的化学键，共价键有方向性和饱和性4．下列有关描述正确的是A．原子半径：Na<Mg<Ca B．沸点：H2O<H2S<H2SeC．电负性：F>N>O D．无机含氧酸的酸性：H2SO3<H2SO4<HClO45．下列现象与氢键有关