第5讲　分子的性质

第5讲分子的性质课时要求1.知道范德华力和氢键对物质性质的影响,了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用;2.知道分子的极性及与键的极性对化学性质的影响。考点一键的极性和分子的极性对化学性质的影响1.键的极性(1)极性键与非极性键的比较极性键非极性键成键原子不同种元素的原子间同种元素的原子间电子对发生偏移(电荷分布不均匀)不发生偏移(电荷分布均匀)成键原子的电性Hδ+—呈电中性(2)共价键极性的强弱的判断成键元素电负性值差异越大,共价键的极性越强。(3)键的极性对化学性质的影响键的极性对羧酸酸性大小的影响实质是通过改变羧基中羟基的极性而实现的,羧基中羟基的极性越大,越容易电离出H+,则羧酸的酸性越强。①与羧基相邻的共价键的极性越大,羧基中羟基的极性越大,则羧酸的酸性越强。②烷基是推电子基团,从而减小羧基中羟基的极性,导致羧酸的酸性减小。一般地,烷基越长,推电子效应越大,羧酸的酸性越弱。小题对点过(1)比较F3CCOOH与Cl3CCOOH的酸性强弱,并说明理由:

。

(2)比较H2S和C2H5SH酸性强弱,并从结构的角度说明理由:

。

答案(1)酸性:F3CCOOH>Cl3CCOOH。由于电负性:F>Cl,使得羧酸F3CCOOH中O—H的共用电子对更偏向于氧,O—H的极性更强,更易电离出H+,故F3CCOOH的酸性更强(2)酸性:H2S>C2H5SH。—C2H5是推电子基团,使C2H5SH中H—S的极性降低,电离出H+的能力减弱2.极性分子和非极性分子(1)概念极性分子:分子的正电中心和负电中心不重合,键的极性的向量和不等于零。非极性分子:分子的正电中心和负电中心重合,键的极性的向量和等于零。(2)极性分子和非极性分子的判断方法①A—A型分子一定是非极性分子、A—B型分子一定是极性分子。②判断ABn型分子极性的两条经验规律a.中心原子A化合价的绝对值等于该元素原子最外层电子数,则为非极性分子,反之则为极性分子。b.中心原子A没有孤电子对,则为非极性分子,反之则为极性分子。小题对点过下列分子P4、C60、Cl2、NO、H2O2、NO2、SO2、CH2Cl2、CS2、C2H2、SO3、BF3、HCN、HCHO、PCl5、PCl3属于极性分子的是

;

属于非极性分子的是。

答案NO、H2O2、NO2、SO2、CH2Cl2、HCN、HCHO、PCl3P4、C60、Cl2、CS2、C2H2、SO3、BF3、PCl51.已知CH3COOH+Cl2ClCH2COOH+HCl,ClCH2COOH的酸性比CH3COOH强。下列有关说法正确的是()A.HCl的电子式为H+[︰Cl‥‥︰B.Cl—Cl的键长、键能都比I—I大C.CH3COOH分子中只有σ键D.ClCH2COOH的酸性比ICH2COOH强答案D解析HCl是共价化合物,其电子式为H︰Cl‥‥︰,A错误;Cl原子半径小于I,则Cl—Cl的键长比I—I短,B错误;CH3COOH分子中含有σ键和π键,C错误;Cl的电负性大于I,ClCH2—的吸电子能力强于ICH2—,故ClCH2COOH的酸性比ICH2COOH强,2.键能是衡量共价键稳定性的参数之一。甲醇的结构式为:(1)甲醇分子的键参数中有种键能数据。

(2)甲醇和水都含有H—O键,解释“甲醇为非电解质,而水为弱电解质”的原因

。

答案(1)3(2)甲醇中H—O键的键能比水中H—O键的键能大,化学键不容易断裂3.(1)已知吡啶()中含有与苯类似的Π66大π键、则吡啶中N原子的价层孤电子对占据(填标号)。A.2s轨道 B.2p轨道C.sp2杂化轨道 D.sp杂化轨道(2)、、的碱性随N原子电子云密度的增大而增强,其中碱性最强的是,简述判断的理由

。

答案(1)C(2)已知—CH3为推电子基团,—Cl为吸电子基团,则导致N原子电子云密度最大,结合题干信息可知,其中碱性最强的为考点二分子间作用力及对物理性质的影响1.分子间作用力及其对物质性质的影响(1)分子间作用力①范德华力与氢键的比较范德华力氢键作用微粒分子或原子(稀有气体分子)H与N、O、F等电负性很大的原子分类-分子内氢键和分子间氢键特征无方向性和饱和性有饱和性和方向性强度共价键>氢键>范德华力影响其强度的因素①组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大;②分子的极性越大,范德华力越大X—H…Y强弱与X和Y的电负性有关对物质性质的影响主要影响物理性质(如熔、沸点)②氢键的表示方法(以HF分子间氢键为例)小题对点过(1)有氢键的分子间范德华力,但有范德华力的分子间氢键。

(2)一个氢原子只能形成氢键,这就是氢键的性。

(3)H2O的沸点比HF的沸点高的原因为

。

(4)每个水分子能形成个氢键,每个氢键对该水分子的贡献为1/2,则1mol冰中的氢键数目为。

答案(1)有不一定有(2)一个饱和(3)水分子间形成的氢键数目比HF多(4)42NA2.物质的溶解性(1)“相似相溶”规律①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。②分子结构相似的物质易互溶。(2)氢键对分子溶解性的影响若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大。小题对点过(1)有关分子的溶解性,解答下列各题:①H2O2难溶于CS2,简要说明理由

。

②NH3、CH3CH2OH、CH3CHO都极易溶于水的原因是

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(2)对羟基苯甲酸是用途广泛的有机合成原料,其结构简式为。对羟基苯甲酸为什么易溶于水?苯甲酸甲酯与对羟基苯甲酸的相对分子质量接近,为什么对羟基苯甲酸的熔、沸点远高于苯甲酸甲酯?

答案(1)①H2O2为极性分子,而CS2为非极性溶剂,根据“相似相溶”规律,H2O2难溶于CS2②NH3、CH3CH2OH、CH3CHO都是极性分子,且都能与H2O形成氢键(2)对羟基苯甲酸与水分子之间能形成氢键,故对羟基苯甲酸易溶于水。对羟基苯甲酸分子间能形成氢键,而苯甲酸甲酯分子间不能形成氢键,故对羟基苯甲酸的熔、沸点远高于苯甲酸甲酯的。3.分子的手性(1)手性异构:具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如同左手和右手一样互为镜像,在三维空间里不能叠合的现象。(2)手性分子:具有手性异构体的分子。(3)手性碳原子:在有机物分子中,连有四个不同基团或原子的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子。小题对点过指出下列分子是不是手性分子,是的用*标出手性碳原子。(1)(CH3)2CHCOOH;

(2)CHBrCl2;

(3)CH3CH(NH2)COOH。

答案(1)不是(2)不是(3)是CH3*CH(NH21.(2024·义乌中学高三模拟)液氨、液氯、清洗剂、萃取剂等重点品种使用企业和白酒企业,应加强储罐区、危化品库房、危化品输送等的管理,确保化工生产安全。下列说法正确的是()A.液氨中只存在范德华力B.液氨分子间作用力强,所以其稳定性大于PH3C.液氯挥发导致人体吸入后中毒,是因为液氯分子中的共价键键能较小D.萃取剂CCl4的沸点高于CH4的沸点答案D解析液氨中还存在共价键、氢键等作用力,A项错误;分子间作用力只影响物质的物理性质,与其稳定性无关,B项错误;由于液氯中Cl2分子间作用力弱,液氯沸点低,极易挥发而被人体吸入引起中毒,与共价键键能大小无关,C项错误;由于CCl4与CH4结构相似,且均为共价化合物,CCl4的相对分子质量大于CH4的,其沸点也高于CH4的沸点,D项正确。2.下列关于氢键的说法正确的是()A.每一个水分子内含有两个氢键B.冰和干冰分子间都存在氢键C.DNA中的碱基互补配对是通过氢键来实现的D.H2O是一种非常稳定的化合物是因为水分子间可以形成氢键答案C解析水分子内不存在氢键,氢键存在于水分子之间,故A错误;干冰为二氧化碳,分子间不存在氢键,故B错误;H2O是一种稳定的化合物,是由于O—H键能较大的原因,与氢键无关,氢键只影响物质的物理性质,故D错误。3.从结构的角度分析物质性质变化的原因:(1)的熔点比的低,其原因是

。

(2)已知(A)(B),比较A和B在水中溶解度的大小,并说明理由:

。

(3)固体物质的熔点比它的一种同分异构体的熔点高得多,其原因是

。

(4)有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷。硅烷的沸点与相对分子质量的关系如图所示,呈现这种变化的原因是

。

答案(1)能形成分子间氢键,而不能形成分子间氢键(2)B在水中的溶解度大,因为B分子能与水分子形成分子间氢键(3)易形成离子型内盐,熔点升高,易形成分子内氢键,熔点降低(4)硅烷为分子晶体,随相对分子质量的增大,范德华力增强,沸点升高。本讲感悟疑点:

盲点:

3.(2025·八省联考四川卷)O3和HI发生反应:O3+2HI===I2+O2+H2O,NA是阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是()A.O3是非极性键形成的极性分子B.HI的电子式是H︰I‥C.O3和O2互为同素异形体D.1mol1H216O含有的中子数是8答案A解析A.臭氧分子的中心氧原子和两个配位氧原子之间的O—O具有极性,电子云偏向配位氧原子,故O3是由极性键形成的极性分子,A错误;B.HI是共价化合物,氢和碘之间共用一对电子,故HI的电子式是H︰I‥‥︰,B正确;C.O3和O2是由氧元素形成的不同的单质,互为同素异形体,C正确;D.1H216O中H没有中子,O有16-8=8个中子,故1mol1H216O含有的中子数是2.(2024·江西卷)科学家发现宇宙中存在100多种星际分子。下列关于星际分子说法正确的是()A.分子的极性:SiH4>NH3B.键的极性:H—Cl>H—HC.键角:H2O>CH4D.分子中三键的键长:HC≡N>HC≡CH答案B解析SiH4为非极性分子,NH3为极性分子,故分子的极性:SiH4<NH3,A项错误;H—Cl为极性键,H—H为非极性键,故键的极性:H—Cl>H—H,B项正确;H2O、CH4中O、C均为sp3杂化,O有两个孤电子对,C无孤电子对,根据孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力,知键角:H2O<CH4,C项错误;C的原子半径大于N,则分子中三键的键长:HC≡N<HC≡CH,D项错误。3.(2024·上海卷)液态氟化氢(HF)的电离方式为:3HFX+HF2-,其中X为。HF2-的结构为F—H…F-,其中F-与HF依靠答案H2F+氢键解析根据元素守恒和电荷守恒知,X为H2F+;F的电负性很大,能与H形成氢键,结合HF2-的结构为F—H…F-,知F-与4.(2024·浙江6月选考)氧是构建化合物的重要元素。请回答:化合物HA、HB、HC和HD的结构如图。 ①HA、HB和HC中羟基与水均可形成氢键(—O—H…OH2),按照氢键由强到弱对三种酸排序,请说明理由

。

②已知HC、HD钠盐的碱性NaC>NaD,请从结构角度说明理由

。

答案①HC>HB>HAO、S、Se的电负性逐渐减小,键的极性:CO>CS>CSe,使得HA、HB、HC中羟基的极性逐渐增大,其中羟基与H2O形成的氢键逐渐增强②S的原子半径大于O的原子半径,S—H的键长大于O—H,S—H的键能小于O—H,同时HC可形成分子间氢键,使得HD比HC更易电离出H+,酸性HD>HC,C-的水解能力大于D-,碱性NaC>NaD解析①O、S、Se的电负性逐渐减小,键的极性:CO>CS>CSe,使得HA、HB、HC中羟基的极性逐渐增大,其中羟基与水形成的氢键由强到弱的顺序为HC>HB>HA;②HC、HD钠盐的碱性NaC>NaD,说明酸性HC<HD,原因是:S的原子半径大于O的原子半径,S—H的键长大于O—H,S—H的键能小于O—H,同时HC可形成分子间氢键,使得HD比HC更易电离出H+,酸性HD>HC,C-的水解能力大于D-,钠盐的碱性NaC>NaD。5.(2022·全国甲卷)2008年北京奥运会的“水立方”,在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”,实现了奥运场馆的再利用,其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH2CH2)与四氟乙烯(CF2CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题:(1)固态氟化氢中存在(HF)n形式,画出(HF)3的链状结构。

(2)CF2CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为和;聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯,从化学键的角度解释原因

。

答案(1)(2)sp2sp3聚四氟乙烯中C—F的键能大于聚乙烯中C—H的键能,键能越大,化学性质越稳定解析(1)固体HF中存在氢键,则(HF)3的链状结构为。(2)由于F元素的电负性较大,因此在与C原子的结合过程中形成的C—F的键能大于聚乙烯中C—H的键能,键能的强弱决定物质的化学性质,键能越大,化学性质越稳定,因此聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯。高考热点总结

基础落实选择题只有1个选项符合题意1.(2024·北京大兴三模)下列变化中,主要破坏的微粒间作用力为范德华力的是()A.钠熔化成闪亮的小球B.干冰升华C.苯酚晶体久置后变为粉红色D.工业合成氨,利用氨易液化的特点,从混合气体中分离出来答案B解析A.钠熔化成闪亮的小球主要破坏的是金属键,A不符合题意;B.干冰升华主要破坏的微粒间作用力为范德华力,B符合题意;C.苯酚晶体久置后变为粉红色,破坏了共价键,C不符合题意;D.氨易液化是NH3分子间含有氢键,使得分子间作用力增大,导致氨易液化,D不符合题意。2.(2024·河南模拟预测)有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)透光性好,可制成飞机和车辆的风挡、光学仪器等,可由甲基丙烯酸甲酯发生如下反应制得。下列说法正确的是()――→A.甲基丙烯酸甲酯可由酸和醇发生加成反应得到B.聚甲基丙烯酸甲酯分子中有1个手性碳原子C.甲基丙烯酸甲酯中σ键和π键的个数比为7∶1D.聚甲基丙烯酸甲酯中元素的电负性为O>H>C答案C解析A.甲基丙烯酸甲酯可由甲基丙烯酸和甲醇发生酯化反应得到,A项错误;B.聚甲基丙烯酸甲酯分子中每个链节含有1个手性碳原子,则聚甲基丙烯酸甲酯分子中有n个手性碳原子,B项错误;C.单键为σ键,双键中一个σ键,一个π键,则甲基丙烯酸甲酯中σ键和π键的个数比为7∶1,C项正确;D.聚甲基丙烯酸甲酯中元素的电负性为O>C>H,D项错误。3.徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子,如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是()A.H2O2分子为非极性分子B.CO2分子中C原子为sp2杂化C.BF3分子为平面三角形D.CH3COOH分子间只存在范德华力答案C解析A.H2O2分子构型为半开书页型,分子结构不对称,正负电荷中心不重合,为极性分子,A不正确;B.CO2分子中,中心C原子的价层电子对数为2,C原子发生sp杂化,B不正确;C.BF3分子中,B原子的价层电子对数为3,发生sp2杂化,且B原子不存在孤电子对,所以分子呈平面三角形,C正确;D.CH3COOH分子间可形成氢键,所以分子间存在氢键和范德华力,D不正确。4.路易斯碱是指能作为电子对给予体的原子、分子、离子或原子团。NH3、H2O、CO2、CH3OH、OH-均为常见的路易斯碱。下列说法正确的是()A.CO2、H2O都是由极性键形成的非极性分子B.NH3的键角大于H2O的键角C.CH3OH中的C、H2O中的O杂化方式不同D.CH3OH的沸点高于甲醛沸点的原因是由于范德华力大答案B解析A.H2O是由极性键形成的极性分子,故A错误;B.NH3中N原子采用sp3杂化,有1个孤电子对;H2O中O原子采用sp3杂化,有2个孤电子对,所以NH3的键角大于H2O的键角,故B正确;C.CH3OH中的C、H2O中的O杂化方式都是sp3,故C错误;D.CH3OH的沸点高于甲醛沸点的原因是由于CH3OH分子间存在氢键,故D错误。5.(2024·湖北黄冈模拟预测)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是()选项性质差异结构因素A沸点:乙醇(78.3℃)高于乙醛(20.8℃)分子间氢键B熔点:KAl2Cl7熔点远高于Al2Cl6的熔点分子间作用力C键角:PF3(94°)小于PCl3(109.5°)电负性差异D分解温度:HBr(500℃)高于HI(300℃)键能大小答案B解析A.由于乙醇中存在和氧原子相连的氢原子,存在分子间氢键,而乙醛中不存在,导致乙醇(78.3℃)的沸点高于乙醛(20.8℃),即与氢键作用有关,A不符合题意;B.KAl2Cl7是离子晶体,Al2Cl6是分子晶体,作用力:离子键>范德华力,导致KAl2Cl7的熔点远高于Al2Cl6,则KAl2Cl7的熔点远高于Al2Cl6与晶体类型有关,B符合题意;C.电负性:F>Cl,故PF3中共用电子对离P更远,排斥力更小,键角更小,即键角与F、Cl的电负性差异有关,C不符合题意;D.由于半径I>Br,导致H—Br的键能比H—I的键能大,所以热分解温度:HBr大于HI,即稳定性HBr>HI,故HBr和HI的热稳定性和键能有关,D不符合题意。6.下列事实与氢键无关的是()A.冰中1个水分子周围只有4个紧邻分子B.常温下,互为同分异构体的乙醇与甲醚的状态不同C.NH3的稳定性比CH4的强D.HF、HCl、HBr、HI各自的水溶液中,只有HF的水溶液为弱酸答案C解析A.冰中的水分子间主要以氢键结合,而氢键具有方向性和饱和性,故1个水分子周围只有4个紧邻分子,A不符合题意;B.互为同分异构体的乙醇与甲醚的状态不同,前者为液态,后者为气态,这与乙醇分子间形成了氢键而甲醚间没有形成氢键有关,B不符合题意;C.氨气和甲烷的稳定性分别与N—H和C—H的键能有关,跟氢键无关,C符合题意;D.由于HF分子间能形成氢键,使得其在水中不能完全电离,其为弱酸,D不符合题意。7.曾经有一种“本宝宝福禄双全”的有机物刷爆朋友圈,其结构简式为。下列关于该有机物的说法错误的是()A.基态Cl原子的核外电子有17种运动状态B.分子中存在大π键为ΠC.HClO4中Cl的价层电子对数为4D.与足量H2发生加成反应后,该分子中有3个手性碳原子答案D解析基态Cl原子的核外有17个电子,每个电子的运动状态均不相同,则电子有17种运动状态,A正确;分子中存在苯环,存在Π66大π键,B正确;HClO4分子中Cl原子的价层电子对数=4+12×(7+1-2×4)=4,C正确;与足量H2发生加成反应后,该分子中含有4个手性碳原子(*),如图中所示,8.回答下列问题。(1)B、C、N、F四种元素的第一电离能由小到大的顺序为。

(2)与Se元素相邻的同周期的元素有As和Br,这三种元素的第一电离能由大到小的顺序为。

(3)电负性:H—2.1、C—2.5、O—3.5。通常用酯基和NH3生成酰胺基,不用羧基和NH3直接反应,根据元素电负性的变化规律,解释原因:

。

(4)已知:·OH更容易进攻有机物分子中电子云密度较大的基团。1-丁醇比正戊烷更容易受到·OH进攻的原因是

。

答案(1)B<C<N<F(2)Br>As>Se(3)酯基中碳、氧元素电负性差值最大,极性强,最容易断裂,形成酰胺比较容易;而羧基中氧、氢元素电负性差值最大,比碳、氧键更容易断裂,容易形成铵盐(4)由于O的电负性比C大,1-丁醇中羟基(—OH)的电子云密度比正戊烷中甲基(—CH3)、亚甲基(—CH2—)的电子云密度大,更易受到·OH的进攻能力提升9.(2024·河南南阳一模)CH3OH与H2O在铜催化剂上的反应机理和能量变化如图所示。下列说法正确的是()A.反应Ⅰ、反应Ⅱ均为放热反应B.CO分子中σ键和π键数目和CO2相同C.选择合适的催化剂可降低反应活化能和焓变D.该反应机理中涉及物质中有两种非极性分子、三种极性分子答案D解析A.从能量变化图可知反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅱ为放热反应,A错误;B.每个CO分子中有1个σ键和2个π键,而每个CO2中有2个σ键和2个π键,B错误;C.选择合适的催化剂可降低反应活化能,但不能改变焓变,C错误;D.题述反应机理中涉及物质中有两种非极性分子(H2、CO2),三种极性分子(CH3OH、H2O、CO),D正确。10.(2024·山东济宁一模)以R—X为原料制备R—NH2(R为烃基)的反应机理如图所示,下列说法错误的是()A.叠氮酸根N3-中存在两套Π34大πB.氮原子a、b、c杂化方式未发生变化C.R-N3分子中∠CNN=120°D.若R为甲基,则戊的碱性比NH3强答案C解析A.叠氮酸根N3-中中心N原子得到1个电子共6个价电子,中心氮为sp杂化,和周围2个N形成2个σ键,中心氮的2个p电子和周围2个N的各1个p电子形成1个Π34大π键,在该Π34大π键的镜面对称面上也形成1个Π34大π键,故有两套Π34大π键,N3-的中心氮原子采用sp杂化,A正确;B.由图可知,氮原子a、b、c杂化方式均为sp3杂化,未发生变化,B正确;C.R-N3分子中的氮原子上存在1个孤电子对,由于孤电子对对成键电子对斥力使得∠CNN≠120°,C11.有关物质的熔、沸点,解答下列问题。(1)有机物A()的结构可以表示为(虚线表示氢键),而有机物B()只能形成分子间氢键。工业上用水蒸气蒸馏法将A和B进行分离,首先被蒸出的成分是,原因是: