第3课时 分子结构与物质的性质总结
[学习目标] 1.能正确判断粒子间作用力,理解其对物质性质的影响,形成“结构决定性质”的观念。2.运用粒子间作用力解释物质性质变化及原因,建立用模型解释化学现象的意识。
知识点1 粒子间作用力的判断及其对物质性质的影响
1.共价键的分类和类型判断
(1)共价键的分类。
依据 类型
共用电子对数目 单键、双键、三键
共用电子对是否偏移 极性键、非极性键
原子轨道的重叠方式 σ键、π键
(2)共价键类型的判断。
①成键元素:同种原子形成非极性键,不同原子形成极性键。
②共用电子对数目:单键、双键或三键。
③共价键规律:单键含1个σ键;双键含1个σ键和1个π键;三键含1个σ键和2个π键。
2.范德华力、氢键、共价键的比较
项目 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 已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间形成的静电作用 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
续 表
项目 范德华力 氢键 共价键
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,共价键越强
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CF4H2S; ②分子内氢键的存在,使物质的熔、沸点降低 共价键键能越大,分子稳定性越强
1.下列物质性质的变化规律与分子间的作用力无关的是( )
[A]CH4、C2H6、C3H8、C4H10的沸点逐渐升高
[B]HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱
[C]F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
[D]H2S、H2Se、H2Te、H2O的沸点逐渐升高
【答案】 B
【解析】 HF、HCl、HBr、HI的稳定性与其分子内共价键的强弱有关,而与分子间的作用力无关,B符合题意。
2.下列说法中正确的是( )
①氢键的存在使冰的密度小于水 ②氢键是分子间作用力,属于化学键 ③由于氢键的存在,沸点:HI>HBr>HCl>HF ④由于氢键的存在,乙醇能与水互溶 ⑤氢键影响物质的物理性质和化学性质
[A]②⑤ [B]③⑤ [C]②④ [D]①④
【答案】 D
【解析】 氢键的存在使冰的密度小于水,故①正确;氢键是分子间作用力,不属于化学键,故②错误;HF分子间存在氢键,沸点最高,故③错误;乙醇能与水形成氢键,使得乙醇能与水互溶,故④正确;氢键主要影响物质的物理性质,不影响化学性质,故⑤错误。
3.下列物质的性质或数据与氢键无关的是( )
[A]NH3极易溶于水
[B]邻硝基苯酚()的熔点低于对硝基苯酚()
[C]乙醚微溶于水,而乙醇可与水互溶
[D]H2O的分解温度高于H2S
【答案】 D
【解析】 NH3能与水形成氢键,增大了NH3在水中的溶解度,故A不符合题意;邻硝基苯酚形成分子内氢键,熔点较低,故B不符合题意;乙醇能与水形成氢键,而乙醚不能与水形成氢键,故C不符合题意;H2O的分解温度高于H2S是因为O—H键能大于S—H键能,故D符合题意。
4.S2Cl2是橙黄色液体。少量泄漏会产生窒息性气体,喷水雾可减慢其挥发,并产生酸性悬浊液。其分子结构如图所示。下列关于S2Cl2的说法错误的是( )
[A]为非极性分子
[B]分子中既含有极性键又含有非极性键
[C]与S2Br2结构相似,熔、沸点:S2Br2>S2Cl2
[D]与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2+2H2OSO2↑+3S↓+4HCl
【答案】 A
【解析】 S2Cl2的正电中心和负电中心不重合,是极性分子,故A错误;S2Cl2分子中含有S—Cl极性键和S—S非极性键,故B正确;S2Br2的相对分子质量更大,熔、沸点更高,故C正确;由于S2Cl2少量泄漏会产生窒息性气体,喷水雾可减慢其挥发,并产生酸性悬浊液,则与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2+2H2OSO2↑+3S↓+4HCl,故D正确。
知识点2 分子结构与性质的原因解释
解题模型:提取物质的性质(熔点、沸点、溶解性等)→分析与这些性质相关的因素(氢键、范德华力、相对分子质量、共价键强度、分子极性等)→解答,探讨这些关键因素如何影响物质的性质。
1.下列两组命题中,Ⅱ组中命题正确,且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是( )
选项 Ⅰ组 Ⅱ组
[A] 相对分子质量:HCl>HF 沸点:HCl高于HF
[B] 键能:H—O>H—S 沸点:H2O高于H2S
[C] 分子间作用力:H2O>H2S 稳定性:H2O强于H2S
[D] 相对分子质量: HI>HCl 沸点:HI高于HCl
【答案】 D
【解析】 由于相对分子质量HCl>HF,所以范德华力HCl>HF,但HF分子间存在氢键,而HCl分子间不存在氢键,所以沸点HCl低于HF,A项中Ⅱ组中命题不正确;由于原子半径OH—S,但沸点与共价键的键能无关,H2O分子间存在氢键,所以沸点H2O高于H2S,B项中Ⅰ组中命题不能解释Ⅱ组中命题;由于相对分子质量H2S>H2O,所以范德华力H2S>H2O,但H2O分子间存在氢键,所以分子间作用力H2O>H2S,由于键能H—O>H—S,所以稳定性H2O强于H2S,分子的稳定性与分子间作用力无关,所以C项中Ⅰ组中命题不能解释Ⅱ组中命题;由于相对分子质量HI>HCl,所以范德华力HI>HCl,沸点HI高于HCl,D项中Ⅱ组中命题正确,且Ⅰ组中命题能解释Ⅱ组中命题。
2.H2O2难溶于CCl4,简要说明理由: 。
【答案】 H2O2是极性分子,而CCl4是非极性溶剂,根据“相似相溶”规律,H2O2难溶于CCl4
3.NH3、HF都极易溶于水的原因是 。
【答案】 NH3、HF都是极性分子,且都能与H2O形成氢键
4.CO2比CS2的熔、沸点低,其理由是 。
【答案】 两者组成和结构相似,CS2的相对分子质量大,范德华力强
5.CO比N2的熔、沸点高,其理由是 。
【答案】 CO是极性分子,分子间作用力较强;N2是非极性分子,分子间作用力较弱
6.甲醇的挥发性比水的强,原因是 。
【答案】 甲醇分子间形成的氢键数量比水分子少,分子间作用力比水弱
7.硼酸(H3BO3)在冷水中溶解度很小,但在热水中较大,原因是 。
【答案】 硼酸分子间以氢键结合,难以溶解,加热时,部分氢键被破坏,硼酸分子与水分子之间形成氢键,溶解度增大
课时作业
(分值:61分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 粒子间作用力的判断及其对物质性质的影响
1.从碘水中提取碘,可供选择的有机试剂是( )
[A]苯、乙醇
[B]汽油、甘油()
[C]四氯化碳、汽油
[D]二硫化碳、乙醇
【答案】 C
【解析】 碘是非极性分子,根据“相似相溶”规律,易溶于非极性溶剂(如CCl4、汽油)。甘油和乙醇含羟基(—OH),能与水互溶,无法提取碘,故C正确。
2.下列类比或推论正确的是( )
[A]O3是极性分子,因此O3在水中的溶解度大于在四氯化碳中的溶解度
[B]P可以形成PCl3和PCl5,因此N也可以形成NCl3和NCl5
[C]冰的密度小于水的密度,因此H2S固体的密度也小于液态H2S的密度
[D]F—CH2COOH的酸性强于Cl—CH2COOH的酸性,因此CF3COOH的酸性也强于CCl3COOH的酸性
【答案】 D
【解析】 O3极性微弱,在非极性溶剂(CCl4)中溶解度更大,A错误;N无d轨道,无法形成NCl5,B错误;H2S分子间不能形成氢键,H2S固体的密度大于液态H2S的密度,C错误;F的电负性比Cl的电负性大,能增强羧酸中O—H极性,使羧酸酸性更强,D正确。
3.已知下列反应中的四种物质由三种元素组成,其中a的分子空间结构为正四面体形,一个a分子含有10e-,组成b物质的元素为第三周期元素。下列判断正确的是( )
[A]四种分子中的化学键均是极性键
[B]四种分子中既有σ键,又有π键
[C]a、c分子中中心原子均采用sp3杂化
[D]b、d分子中共价键的键能:b>d
【答案】 C
【解析】 由题给信息可知,反应的化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl。b分子中化学键是氯原子与氯原子形成的非极性共价键,故A错误;四种分子中都无π键,故B错误;甲烷分子中碳原子与氢原子形成4个碳氢σ键,一氯甲烷分子中形成三个碳氢σ键和一个碳氯σ键,中心原子均为sp3杂化,故C正确;氯的原子半径大于氢的原子半径,所以氯气分子中的Cl—Cl的键能小于氯化氢分子中的H—Cl的键能,故D错误。
4.氢气是清洁能源之一,解决氢气的存储问题是当今科学界需要攻克的课题。C16S8是新型环烯类储氢材料,利用物理吸附的方法来储存氢分子,其分子结构如图所示。下列相关说法正确的是( )
[A]C16S8的熔点由所含化学键的键能决定
[B]C16S8完全燃烧的产物均为极性分子
[C]分子中的σ键和π键的数目比为4∶1
[D]C16S8储氢时与H2间的作用力为氢键
【答案】 C
【解析】 C16S8的熔点由范德华力的大小决定,故A错误;C16S8完全燃烧的产物为CO2和SO2,CO2为非极性分子,SO2为极性分子,故B错误;由分子结构可知,分子中σ键和π键的数目比为4∶1,故C正确;C16S8中没有能形成氢键的原子,故与H2之间的作用力是范德华力,故D错误。
知识点2 分子结构与性质的原因解释
5.下列关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法正确的是( )
[A]CS2在水中的溶解度很小,是由于其属于极性分子
[B]SO2和NH3均易溶于水,原因之一是它们都是极性分子
[C]CS2为非极性分子,在三种物质中CS2熔、沸点最低
[D]NH3在水中溶解度很大只是由于NH3为极性分子
【答案】 B
【解析】 根据“相似相溶”规律,水是极性分子,CS2是非极性分子,SO2和NH3都是极性分子,A错误,B正确;CS2常温下是液体,SO2和NH3常温下是气体,在三种物质中CS2熔、沸点最高,C错误;NH3在水中溶解度很大,除了因为NH3为极性分子外,还因为NH3和H2O之间可形成分子间氢键,D错误。
6.(2025·江苏南通月考)依据下列物质的结构或性质的描述,解释正确的是( )
[A]熔点:HF[B]第一电离能:Zn>Cu,是由于金属性Zn强于Cu
[C]极性:PCl3>NCl3,是由于P和Cl的电负性差值比N和Cl的电负性差值大
[D]沸点:对羟基苯甲醛()>邻羟基苯甲醛(),是由于对羟基苯甲醛分子间范德华力更强
【答案】 C
【解析】 HF分子间能形成氢键,故熔点HF>HI,A错误;基态铜原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,基态锌原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,锌原子的价层电子为全充满较稳定结构,不易失去一个电子,第一电离能较大,故第一电离能Zn>Cu,解释不合理,B错误;两元素的电负性差值越大,形成共价键的极性越大,PCl3、NCl3两物质结构相似,P和Cl的电负性差值比N和Cl的电负性差值大,分子的极性PCl3>NCl3,C正确;对羟基苯甲醛的沸点高于邻羟基苯甲醛的沸点,是由于对羟基苯甲醛能形成分子间氢键,而邻羟基苯甲醛形成的是分子内氢键,分子间氢键使沸点升高,解释错误,D错误。
能力提升
7.下列关于分子的结构和性质的描述错误的是( )
[A]乳酸()分子中含有一个手性碳原子
[B]SO3是平面三角形的非极性分子,故在水中的溶解度很小
[C]O3为极性分子,在水中的溶解度比O2大
[D]甲烷难溶于水可用“相似相溶”规律解释
【答案】 B
【解析】 根据手性碳原子的定义,乳酸分子中含有一个手性碳原子,即(用*标出),故A正确;SO3中心原子的价层电子对数为3+=3,空间结构为平面三角形,属于非极性分子,但SO3能与水反应生成硫酸,因此三氧化硫在水中溶解度较大,故B错误;臭氧分子属于极性分子,氧气属于非极性分子,水分子属于极性分子,根据“相似相溶”规律,臭氧在水中的溶解度比氧气大,故C正确;甲烷分子为非极性分子,水分子为极性分子,根据“相似相溶”规律,甲烷难溶于水,故D正确。
8.下列说法正确的是( )
[A]NH3是极性分子,分子中的N处在3个H所组成的三角形的中心
[B]碘单质易溶于浓碘化钾溶液,不能用“相似相溶”规律解释
[C]可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子之间形成了氢键
[D]卤素单质、卤素氢化物的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而升高
【答案】 B
【解析】 NH3分子的中心原子N上含有1个孤电子对,因此分子应为三角锥形,分子中的N不在3个 H所组成的三角形的中心,A错误;I2+I-,因此I2易溶于浓KI溶液,B正确;CH4·8H2O中水分子间以氢键相连,将甲烷分子包裹其中,甲烷分子与水分子之间不能形成氢键,C错误;卤素氢化物中,HF由于存在分子间氢键,所以熔、沸点反常地高,D错误。
9.(2025·天津第七中学月考)下列对分子性质的解释,错误的是( )
[A]HF易溶于水,是因为HF与水分子间形成氢键
[B]分子中只含有2个手性碳原子
[C]次磷酸(H3PO2)与足量的NaOH溶液反应生成NaH2PO2,可知H3PO2是一元酸
[D]H2O2分子的结构为,H2O2为极性分子
【答案】 B
【解析】 HF中存在电负性较大的氟原子,与氟原子相连的氢原子与水分子中电负性较大的氧原子形成氢键,所以HF易溶于水,A正确;连接4个不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子,分子中2个与甲基相连的碳原子以及与羟基相连的碳原子均为手性碳原子,共3个,B错误;H3PO2与足量的NaOH溶液反应生成NaH2PO2,说明H3PO2只能电离出一个氢离子,所以H3PO2是一元酸,C正确;根据H2O2分子的结构可知,其正电中心和负电中心不重合,为极性分子,D正确。
10.(2025·吉林白城期末)下列对一些实验事实的理论解释,正确的是( )
选项 实验事实 理论解释
[A] 溴单质、碘单质在苯中的溶解度比在水中的溶解度大 苯的密度比水的密度小
[B] 卤素单质从F2到I2,在常温、常压下的聚集状态由气态、液态到固态 范德华力逐渐减小
[C] 在常温、常压下,1体积水可以溶解700体积氨 氨是极性分子且有氢键影响
[D] HF的沸点高于HCl的沸点 H—F的键长比H—Cl的键长短
【答案】 C
【解析】 根据“相似相溶”规律,Br2、I2是非极性分子,它们易溶于非极性溶剂苯中,而在极性溶剂水中的溶解度较小,A错误;卤素单质的组成和结构相似,从F2到I2,相对分子质量增大,范德华力增大,熔、沸点升高,B错误;NH3与H2O都是极性分子,且分子间可以形成氢键,所以在常温、常压下,NH3在H2O中溶解度很大,C正确;HF和HCl的沸点高低与分子内的共价键无关,HF的沸点高是因为其能形成分子间氢键,D错误。
11.(2025·浙江东阳中学月考)科技工作者在金表面进行生长的二维双层冰的边缘结构实现了成像观察,二维冰层的结构模型如图所示。下列说法正确的是( )
[A]气相水分子、“准液体”水分子和固态水分子属于三种不同的化合物
[B]固态水分子之间的化学键较强,“准液体”水分子之间的化学键较弱
[C]受到能量激发时,“准液体”水分子与下层固态水分子脱离,使冰面变滑
[D]由于水分子间的氢键比较牢固,使水分子很稳定,高温下也难分解
【答案】 C
【解析】 气相水分子、“准液体”水分子和固态水分子的化学式都为H2O,属于同一种化合物,A错误;固态水分子之间不存在化学键,“准液体”水分子之间也不存在化学键,液态和固态水分子之间只存在氢键和范德华力,B错误;受到能量激发时,“准液体”水分子汽化为气相水分子,与下层固态水分子间的氢键断裂,从而与固态水分子脱离,使冰面变滑,C正确;水分子的稳定性取决于分子内H、O原子间的共价键,与水分子间的氢键无关,由于水分子内共价键的键能较大,所以水分子很稳定,高温下也难分解,D错误。
12.(16分)回答下列问题。
(1)(2分)两种有机物的相关数据如下表:
物质 HCON(CH3)2 HCONH2
相对分子质量 73 45
沸点/℃ 153 220
HCON(CH3)2的相对分子质量比HCONH2的相对分子质量大,但其沸点反而比HCONH2的沸点低,主要原因是 。
(2)(2分)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低的顺序为 (用化学式表示)。
(3)(6分)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为 ,还原性由强到弱的顺序为 ,键角由大到小的顺序为 。(用化学式表示)
(4)(2分)常温下,乙醇在水中的溶解度大于氯乙烷,原因是 。
(5)(2分)在常压下,甲醇的沸点(65 ℃)比甲醛(HCHO)的沸点(-19 ℃)高。主要原因是
。
(6)(2分)抗坏血酸的分子结构如图所示,推测抗坏血酸 (填“难溶于水”或“易溶于水”)。
【答案】 (1)HCON(CH3)2分子间只有范德华力,HCONH2分子间还存在氢键,破坏范德华力更容易
(2)H2O>H2S>CH4
(3)NH3>AsH3>PH3 AsH3>PH3>NH3 NH3>PH3>AsH3
(4)乙醇分子与水分子之间形成氢键,而氯乙烷分子与水分子之间不能形成氢键
(5)甲醇分子之间存在氢键,甲醛分子之间不存在氢键
(6)易溶于水
【解析】 (2)H2O分子间存在氢键,沸点较高,分子间的范德华力随相对分子质量的增大而增大,则沸点H2S>CH4,因此沸点由高到低的顺序为H2O>H2S>CH4。(3)NH3 分子间存在氢键,而PH3、AsH3均不能形成分子间氢键,导致NH3的沸点比PH3、AsH3的沸点要高,影响PH3、AsH3沸点的因素为范德华力,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,则沸点由高到低的顺序为NH3>AsH3>PH3;通常同主族元素随着原子序数的递增,气态氢化物的还原性逐渐增强,则还原性由强到弱的顺序是AsH3>PH3>NH3;同主族元素,随着原子序数的递增,电负性逐渐减小,则其气态氢化物中的成键电子对逐渐远离中心原子,致使成键电子对的排斥力减小,键角逐渐减小,故键角由大到小的顺序是NH3>PH3>AsH3。(6)1个抗坏血酸分子中含有4个羟基,其可以与H2O形成分子间氢键,所以抗坏血酸易溶于水。
13.(12分)回答下列问题。
(1)(2分)CO(NH2)2与F2反应可得到常用的芯片蚀刻剂三氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)。常温下,三种物质在水中的溶解性CF4(2)(2分)对苯二酚()在水中的溶解度大于苯酚(),原因是 。
(3)(2分)与邻二甲苯的相对分子质量接近,但沸点却高于邻二甲苯,其原因是
。
(4)(3分)已知:有机羧酸的酸性与羧基中O—H 的极性密切相关,一般情况下,O—H的极性越大,羧酸的酸性越强。比较CF3COOH与CCl3COOH的酸性强弱,并说明理由: 。
(5)(3分)比较H2S和C2H5SH的酸性强弱,并从结构的角度说明理由: 。
【答案】 (1)CF4是非极性分子,NF3和N2H4是极性分子,且N2H4易与水形成分子间氢键
(2)对苯二酚分子中羟基比苯酚分子中羟基多一个,与水形成的分子间氢键更多
(3)能形成分子间氢键,而邻二甲苯不能形成分子间氢键
(4)酸性CF3COOH>CCl3COOH。由于电负性F>Cl,F—C的极性大于Cl—C的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性更大,更易电离出H+
(5)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
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共20张PPT)
第3课时 分子结构与
物质的性质总结
1.能正确判断粒子间作用力,理解其对物质性质的影响,形成“结构决定性质”的观念。2.运用粒子间作用力解释物质性质变化及原因,建立用模型解释化学现象的意识。
粒子间作用力的判断及其对物质性质的影响
知识点1
1.共价键的分类和类型判断
(1)共价键的分类。
依据 类型
共用电子对数目 单键、双键、三键
共用电子对是否偏移 极性键、非极性键
原子轨道的重叠方式 σ键、π键
(2)共价键类型的判断。
①成键元素:同种原子形成非极性键,不同原子形成极性键。
②共用电子对数目:单键、双键或三键。
③共价键规律:单键含1个σ键;双键含1个σ键和1个π键;三键含1个σ键和2个
π键。
2.范德华力、氢键、共价键的比较
项目 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 已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间形成的静电作用 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,共价键越强
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CF4H2S;
②分子内氢键的存在,使物质的熔、沸点降低 共价键键能越大,分子稳定性越强
1.下列物质性质的变化规律与分子间的作用力无关的是( )
[A]CH4、C2H6、C3H8、C4H10的沸点逐渐升高
[B]HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱
[C]F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
[D]H2S、H2Se、H2Te、H2O的沸点逐渐升高
B
【解析】 HF、HCl、HBr、HI的稳定性与其分子内共价键的强弱有关,而与分子间的作用力无关,B符合题意。
2.下列说法中正确的是( )
①氢键的存在使冰的密度小于水 ②氢键是分子间作用力,属于化学键
③由于氢键的存在,沸点:HI>HBr>HCl>HF ④由于氢键的存在,乙醇能与水互溶 ⑤氢键影响物质的物理性质和化学性质
[A]②⑤ [B]③⑤ [C]②④ [D]①④
D
【解析】 氢键的存在使冰的密度小于水,故①正确;氢键是分子间作用力,不属于化学键,故②错误;HF分子间存在氢键,沸点最高,故③错误;乙醇能与水形成氢键,使得乙醇能与水互溶,故④正确;氢键主要影响物质的物理性质,不影响化学性质,故⑤错误。
3.下列物质的性质或数据与氢键无关的是( )
[A]NH3极易溶于水
[B]邻硝基苯酚( )的熔点低于对硝基苯酚( )
[C]乙醚微溶于水,而乙醇可与水互溶
[D]H2O的分解温度高于H2S
D
【解析】 NH3能与水形成氢键,增大了NH3在水中的溶解度,故A不符合题意;邻硝基苯酚形成分子内氢键,熔点较低,故B不符合题意;乙醇能与水形成氢
键,而乙醚不能与水形成氢键,故C不符合题意;H2O的分解温度高于H2S是因为O—H键能大于S—H键能,故D符合题意。
4.S2Cl2是橙黄色液体。少量泄漏会产生窒息性气体,喷水雾可减慢其挥发,并产生酸性悬浊液。其分子结构如图所示。下列关于S2Cl2的说法错误的是( )
[A]为非极性分子
[B]分子中既含有极性键又含有非极性键
[C]与S2Br2结构相似,熔、沸点:S2Br2>S2Cl2
[D]与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2+2H2O SO2↑+3S↓+4HCl
A
【解析】 S2Cl2的正电中心和负电中心不重合,是极性分子,故A错误;S2Cl2分子中含有S—Cl极性键和S—S非极性键,故B正确;S2Br2的相对分子质量更大,熔、沸点更高,故C正确;由于S2Cl2少量泄漏会产生窒息性气体,喷水雾可减慢其挥发,并产生酸性悬浊液,则与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2+
2H2O SO2↑+3S↓+4HCl,故D正确。
分子结构与性质的原因解释
知识点2
解题模型:提取物质的性质(熔点、沸点、溶解性等)→分析与这些性质相关的因素(氢键、范德华力、相对分子质量、共价键强度、分子极性等)→解答,探讨这些关键因素如何影响物质的性质。
1.下列两组命题中,Ⅱ组中命题正确,且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是
( )
选项 Ⅰ组 Ⅱ组
[A] 相对分子质量:HCl>HF 沸点:HCl高于HF
[B] 键能:H—O>H—S 沸点:H2O高于H2S
[C] 分子间作用力:H2O>H2S 稳定性:H2O强于H2S
[D] 相对分子质量:HI>HCl 沸点:HI高于HCl
D
【解析】 由于相对分子质量HCl>HF,所以范德华力HCl>HF,但HF分子间存在氢键,而HCl分子间不存在氢键,所以沸点HCl低于HF,A项中Ⅱ组中命题不正确;由于原子半径OH—S,但沸点与共价键的键能无关,H2O分子间存在氢键,所以沸点H2O高于H2S,B项中Ⅰ组中命题不能解释Ⅱ组中命题;由于相对分子质量H2S>H2O,所以范德华力H2S>H2O,但H2O分子间存在氢键,所以分子间作用力H2O>H2S,由于键能H—O>H—S,所以稳定性H2O强于H2S,分子的稳定性与分子间作用力无关,所以C项中Ⅰ组中命题不能解释Ⅱ组中命题;由于相对分子质量HI>HCl,所以范德华力HI>HCl,沸点HI高于HCl,D项中Ⅱ组中命题正确,且Ⅰ组中命题能解释Ⅱ组中命题。
2.H2O2难溶于CCl4,简要说明理由:
。
H2O2是极性分子,而CCl4是非极性溶剂,根据“相似相溶”规律,H2O2难溶于CCl4
3.NH3、HF都极易溶于水的原因是
。
NH3、HF都是极性分子,且都能与H2O形成氢键
4.CO2比CS2的熔、沸点低,其理由是
。
两者组成和结构相似,CS2的相对分子质量大,范德华力强
5.CO比N2的熔、沸点高,其理由是
。
CO是极性分子,分子间作用力较强;N2是非极性分子,分子间作用力较弱
6.甲醇的挥发性比水的强,原因是
。
甲醇分子间形成的氢键数量比水分子少,分子间作用力比水弱
7.硼酸(H3BO3)在冷水中溶解度很小,但在热水中较大,原因是
。
硼酸分子间以氢键结合,难以溶解,加热时,部分氢键被破坏,硼酸分子与水分子之间形成氢键,溶解度增大第3课时 分子结构与物质的性质总结
课时作业
(分值:61分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 粒子间作用力的判断及其对物质性质的影响
1.从碘水中提取碘,可供选择的有机试剂是( )
[A]苯、乙醇
[B]汽油、甘油()
[C]四氯化碳、汽油
[D]二硫化碳、乙醇
【答案】 C
【解析】 碘是非极性分子,根据“相似相溶”规律,易溶于非极性溶剂(如CCl4、汽油)。甘油和乙醇含羟基(—OH),能与水互溶,无法提取碘,故C正确。
2.下列类比或推论正确的是( )
[A]O3是极性分子,因此O3在水中的溶解度大于在四氯化碳中的溶解度
[B]P可以形成PCl3和PCl5,因此N也可以形成NCl3和NCl5
[C]冰的密度小于水的密度,因此H2S固体的密度也小于液态H2S的密度
[D]F—CH2COOH的酸性强于Cl—CH2COOH的酸性,因此CF3COOH的酸性也强于CCl3COOH的酸性
【答案】 D
【解析】 O3极性微弱,在非极性溶剂(CCl4)中溶解度更大,A错误;N无d轨道,无法形成NCl5,B错误;H2S分子间不能形成氢键,H2S固体的密度大于液态H2S的密度,C错误;F的电负性比Cl的电负性大,能增强羧酸中O—H极性,使羧酸酸性更强,D正确。
3.已知下列反应中的四种物质由三种元素组成,其中a的分子空间结构为正四面体形,一个a分子含有10e-,组成b物质的元素为第三周期元素。下列判断正确的是( )
[A]四种分子中的化学键均是极性键
[B]四种分子中既有σ键,又有π键
[C]a、c分子中中心原子均采用sp3杂化
[D]b、d分子中共价键的键能:b>d
【答案】 C
【解析】 由题给信息可知,反应的化学方程式为CH4+Cl2CH3Cl+HCl。b分子中化学键是氯原子与氯原子形成的非极性共价键,故A错误;四种分子中都无π键,故B错误;甲烷分子中碳原子与氢原子形成4个碳氢σ键,一氯甲烷分子中形成三个碳氢σ键和一个碳氯σ键,中心原子均为sp3杂化,故C正确;氯的原子半径大于氢的原子半径,所以氯气分子中的Cl—Cl的键能小于氯化氢分子中的H—Cl的键能,故D错误。
4.氢气是清洁能源之一,解决氢气的存储问题是当今科学界需要攻克的课题。C16S8是新型环烯类储氢材料,利用物理吸附的方法来储存氢分子,其分子结构如图所示。下列相关说法正确的是( )
[A]C16S8的熔点由所含化学键的键能决定
[B]C16S8完全燃烧的产物均为极性分子
[C]分子中的σ键和π键的数目比为4∶1
[D]C16S8储氢时与H2间的作用力为氢键
【答案】 C
【解析】 C16S8的熔点由范德华力的大小决定,故A错误;C16S8完全燃烧的产物为CO2和SO2,CO2为非极性分子,SO2为极性分子,故B错误;由分子结构可知,分子中σ键和π键的数目比为4∶1,故C正确;C16S8中没有能形成氢键的原子,故与H2之间的作用力是范德华力,故D错误。
知识点2 分子结构与性质的原因解释
5.下列关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法正确的是( )
[A]CS2在水中的溶解度很小,是由于其属于极性分子
[B]SO2和NH3均易溶于水,原因之一是它们都是极性分子
[C]CS2为非极性分子,在三种物质中CS2熔、沸点最低
[D]NH3在水中溶解度很大只是由于NH3为极性分子
【答案】 B
【解析】 根据“相似相溶”规律,水是极性分子,CS2是非极性分子,SO2和NH3都是极性分子,A错误,B正确;CS2常温下是液体,SO2和NH3常温下是气体,在三种物质中CS2熔、沸点最高,C错误;NH3在水中溶解度很大,除了因为NH3为极性分子外,还因为NH3和H2O之间可形成分子间氢键,D错误。
6.(2025·江苏南通月考)依据下列物质的结构或性质的描述,解释正确的是( )
[A]熔点:HF[B]第一电离能:Zn>Cu,是由于金属性Zn强于Cu
[C]极性:PCl3>NCl3,是由于P和Cl的电负性差值比N和Cl的电负性差值大
[D]沸点:对羟基苯甲醛()>邻羟基苯甲醛(),是由于对羟基苯甲醛分子间范德华力更强
【答案】 C
【解析】 HF分子间能形成氢键,故熔点HF>HI,A错误;基态铜原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,基态锌原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,锌原子的价层电子为全充满较稳定结构,不易失去一个电子,第一电离能较大,故第一电离能Zn>Cu,解释不合理,B错误;两元素的电负性差值越大,形成共价键的极性越大,PCl3、NCl3两物质结构相似,P和Cl的电负性差值比N和Cl的电负性差值大,分子的极性PCl3>NCl3,C正确;对羟基苯甲醛的沸点高于邻羟基苯甲醛的沸点,是由于对羟基苯甲醛能形成分子间氢键,而邻羟基苯甲醛形成的是分子内氢键,分子间氢键使沸点升高,解释错误,D错误。
能力提升
7.下列关于分子的结构和性质的描述错误的是( )
[A]乳酸()分子中含有一个手性碳原子
[B]SO3是平面三角形的非极性分子,故在水中的溶解度很小
[C]O3为极性分子,在水中的溶解度比O2大
[D]甲烷难溶于水可用“相似相溶”规律解释
【答案】 B
【解析】 根据手性碳原子的定义,乳酸分子中含有一个手性碳原子,即(用*标出),故A正确;SO3中心原子的价层电子对数为3+=3,空间结构为平面三角形,属于非极性分子,但SO3能与水反应生成硫酸,因此三氧化硫在水中溶解度较大,故B错误;臭氧分子属于极性分子,氧气属于非极性分子,水分子属于极性分子,根据“相似相溶”规律,臭氧在水中的溶解度比氧气大,故C正确;甲烷分子为非极性分子,水分子为极性分子,根据“相似相溶”规律,甲烷难溶于水,故D正确。
8.下列说法正确的是( )
[A]NH3是极性分子,分子中的N处在3个H所组成的三角形的中心
[B]碘单质易溶于浓碘化钾溶液,不能用“相似相溶”规律解释
[C]可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子之间形成了氢键
[D]卤素单质、卤素氢化物的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而升高
【答案】 B
【解析】 NH3分子的中心原子N上含有1个孤电子对,因此分子应为三角锥形,分子中的N不在3个 H所组成的三角形的中心,A错误;I2+I-,因此I2易溶于浓KI溶液,B正确;CH4·8H2O中水分子间以氢键相连,将甲烷分子包裹其中,甲烷分子与水分子之间不能形成氢键,C错误;卤素氢化物中,HF由于存在分子间氢键,所以熔、沸点反常地高,D错误。
9.(2025·天津第七中学月考)下列对分子性质的解释,错误的是( )
[A]HF易溶于水,是因为HF与水分子间形成氢键
[B]分子中只含有2个手性碳原子
[C]次磷酸(H3PO2)与足量的NaOH溶液反应生成NaH2PO2,可知H3PO2是一元酸
[D]H2O2分子的结构为,H2O2为极性分子
【答案】 B
【解析】 HF中存在电负性较大的氟原子,与氟原子相连的氢原子与水分子中电负性较大的氧原子形成氢键,所以HF易溶于水,A正确;连接4个不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子,分子中2个与甲基相连的碳原子以及与羟基相连的碳原子均为手性碳原子,共3个,B错误;H3PO2与足量的NaOH溶液反应生成NaH2PO2,说明H3PO2只能电离出一个氢离子,所以H3PO2是一元酸,C正确;根据H2O2分子的结构可知,其正电中心和负电中心不重合,为极性分子,D正确。
10.(2025·吉林白城期末)下列对一些实验事实的理论解释,正确的是( )
选项 实验事实 理论解释
[A] 溴单质、碘单质在苯中的溶解度比在水中的溶解度大 苯的密度比水的密度小
[B] 卤素单质从F2到I2,在常温、常压下的聚集状态由气态、液态到固态 范德华力逐渐减小
[C] 在常温、常压下,1体积水可以溶解700体积氨 氨是极性分子且有氢键影响
[D] HF的沸点高于HCl的沸点 H—F的键长比H—Cl的键长短
【答案】 C
【解析】 根据“相似相溶”规律,Br2、I2是非极性分子,它们易溶于非极性溶剂苯中,而在极性溶剂水中的溶解度较小,A错误;卤素单质的组成和结构相似,从F2到I2,相对分子质量增大,范德华力增大,熔、沸点升高,B错误;NH3与H2O都是极性分子,且分子间可以形成氢键,所以在常温、常压下,NH3在H2O中溶解度很大,C正确;HF和HCl的沸点高低与分子内的共价键无关,HF的沸点高是因为其能形成分子间氢键,D错误。
11.(2025·浙江东阳中学月考)科技工作者在金表面进行生长的二维双层冰的边缘结构实现了成像观察,二维冰层的结构模型如图所示。下列说法正确的是( )
[A]气相水分子、“准液体”水分子和固态水分子属于三种不同的化合物
[B]固态水分子之间的化学键较强,“准液体”水分子之间的化学键较弱
[C]受到能量激发时,“准液体”水分子与下层固态水分子脱离,使冰面变滑
[D]由于水分子间的氢键比较牢固,使水分子很稳定,高温下也难分解
【答案】 C
【解析】 气相水分子、“准液体”水分子和固态水分子的化学式都为H2O,属于同一种化合物,A错误;固态水分子之间不存在化学键,“准液体”水分子之间也不存在化学键,液态和固态水分子之间只存在氢键和范德华力,B错误;受到能量激发时,“准液体”水分子汽化为气相水分子,与下层固态水分子间的氢键断裂,从而与固态水分子脱离,使冰面变滑,C正确;水分子的稳定性取决于分子内H、O原子间的共价键,与水分子间的氢键无关,由于水分子内共价键的键能较大,所以水分子很稳定,高温下也难分解,D错误。
12.(16分)回答下列问题。
(1)(2分)两种有机物的相关数据如下表:
物质 HCON(CH3)2 HCONH2
相对分子质量 73 45
沸点/℃ 153 220
HCON(CH3)2的相对分子质量比HCONH2的相对分子质量大,但其沸点反而比HCONH2的沸点低,主要原因是 。
(2)(2分)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低的顺序为 (用化学式表示)。
(3)(6分)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为 ,还原性由强到弱的顺序为 ,键角由大到小的顺序为 。(用化学式表示)
(4)(2分)常温下,乙醇在水中的溶解度大于氯乙烷,原因是 。
(5)(2分)在常压下,甲醇的沸点(65 ℃)比甲醛(HCHO)的沸点(-19 ℃)高。主要原因是
。
(6)(2分)抗坏血酸的分子结构如图所示,推测抗坏血酸 (填“难溶于水”或“易溶于水”)。
【答案】 (1)HCON(CH3)2分子间只有范德华力,HCONH2分子间还存在氢键,破坏范德华力更容易
(2)H2O>H2S>CH4
(3)NH3>AsH3>PH3 AsH3>PH3>NH3 NH3>PH3>AsH3
(4)乙醇分子与水分子之间形成氢键,而氯乙烷分子与水分子之间不能形成氢键
(5)甲醇分子之间存在氢键,甲醛分子之间不存在氢键
(6)易溶于水
【解析】 (2)H2O分子间存在氢键,沸点较高,分子间的范德华力随相对分子质量的增大而增大,则沸点H2S>CH4,因此沸点由高到低的顺序为H2O>H2S>CH4。(3)NH3 分子间存在氢键,而PH3、AsH3均不能形成分子间氢键,导致NH3的沸点比PH3、AsH3的沸点要高,影响PH3、AsH3沸点的因素为范德华力,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,则沸点由高到低的顺序为NH3>AsH3>PH3;通常同主族元素随着原子序数的递增,气态氢化物的还原性逐渐增强,则还原性由强到弱的顺序是AsH3>PH3>NH3;同主族元素,随着原子序数的递增,电负性逐渐减小,则其气态氢化物中的成键电子对逐渐远离中心原子,致使成键电子对的排斥力减小,键角逐渐减小,故键角由大到小的顺序是NH3>PH3>AsH3。(6)1个抗坏血酸分子中含有4个羟基,其可以与H2O形成分子间氢键,所以抗坏血酸易溶于水。
13.(12分)回答下列问题。
(1)(2分)CO(NH2)2与F2反应可得到常用的芯片蚀刻剂三氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)。常温下,三种物质在水中的溶解性CF4(2)(2分)对苯二酚()在水中的溶解度大于苯酚(),原因是 。
(3)(2分)与邻二甲苯的相对分子质量接近,但沸点却高于邻二甲苯,其原因是
。
(4)(3分)已知:有机羧酸的酸性与羧基中O—H 的极性密切相关,一般情况下,O—H的极性越大,羧酸的酸性越强。比较CF3COOH与CCl3COOH的酸性强弱,并说明理由: 。
(5)(3分)比较H2S和C2H5SH的酸性强弱,并从结构的角度说明理由: 。
【答案】 (1)CF4是非极性分子,NF3和N2H4是极性分子,且N2H4易与水形成分子间氢键
(2)对苯二酚分子中羟基比苯酚分子中羟基多一个,与水形成的分子间氢键更多
(3)能形成分子间氢键,而邻二甲苯不能形成分子间氢键
(4)酸性CF3COOH>CCl3COOH。由于电负性F>Cl,F—C的极性大于Cl—C的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性更大,更易电离出H+
(5)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
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