第二章 分子结构与性质
第三节 分子结构与物质的性质
课时3 溶解性与分子的手性
1.下列现象不能用“相似相溶”规律解释的是（ ）。
A.氯化氢易溶于水 B.氯气易溶于NaOH溶液
C.碘易溶于CCl4 D.酒精易溶于水
2.下列说法不正确的是（ ）。
A.NF3的键角大于NH3的键角
B.标准状况下，22.4 L二氧化碳和18 g冰中所含的 π 键数和氢键数均为2NA
C.HNO3、H2SO4、C2H5OH、CH3COOH分子之间都可以形成分子间氢键
D.甘油(CH2OH-CHOH-CH2OH)分子中没有手性碳原子
3.关于分子的性质，下列说法不正确的是（ ）。
A.H－Cl的键能比H－I的键能大，故HCl分子比HI分子稳定
B.对羟基苯甲醛的沸点大于邻羟基苯甲醛
C.乙醇在水中的溶解度小于丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)，可以用相似相溶解释
D.尿素CO(NH2)2易溶于水，不溶于有机溶剂
4. 杂环化合物吡啶( )和吡咯( )的结构与苯类似。下列说法错误的是（ ）。
A. 吡啶和吡咯中N原子价层孤电子对所处轨道类型相同
B. 吡啶和吡咯中C、N原子的杂化方式均相同
C. 吡咯的水溶性弱于吡啶
D. 吡啶接受质子能力强于吡咯
5.回答下列物质结构相关内容的小题：
（1）常温下，甲醇CH3OH在水中的溶解度大于甲胺CH3NH2，原因是___________。
（2）臭氧在水中的溶解度比氧气大的原因是_______________。
（3）H2O2难溶于CS2，简要说明理由： 。
（4）CH3COOH易溶于水，除了它是极性分子外，还因为___________________。
6.回答下列问题：
（1）NH3在水中溶解度较大，可能的原因有_______、_______。(写出两个即可)
（2）下列物质的结构或性质与氢键无关的是___________(填字母)。
A．乙酸可以和水以任意比互溶 B．乙醇在水中的溶解度
C．氢化镁的相对分子质量 D．DNA的双螺旋结构
7.回答下列问题：
（1）下列分子中若有手性原子，请用“*”标出其手性碳原子。
试比较下列含氧酸的酸性强弱(填“>”、“<”或“=”)：H2SO4_______H2SO3；HClO3_______
HClO4。
（3）根据价层电子对互斥理论判断下列问题：H2S分子的VSEPR构型为____________，立体构型为_________________。
（4）H2O的沸点(100℃)比H2S的沸点(-61℃)高，这是由于___________________ ；H2O比H2S更稳定，这是由于________________________。
8.X、Y、Z、M、Q是中学化学常见的五种元素，原子序数依次增大，其相关结构或性质信息如下表所示。
元素 结构或性质信息
X 其原子最外层电子数是内层电子数的2倍
Y 基态原子最外层电子排布为nsnnpn+1
Z 非金属元素，其单质为固体，在氧气中燃烧时有明亮的蓝紫色火焰
M 单质在常温、常压下是气体，基态原子的M层上有1个未成对的p电子
Q 其与 X 形成的合金为目前用量最多的金属材料
（1）Q元素基态原子的电子排布式是___________。
（2）比较Y元素与氧元素的第一电离能：___________>___________(填元素符号)；X和Z形成的化合物XZ2为一种液体溶剂，其分子中的键和键数目之比为___________，该化合物溶于水___________(填“易”或“难”)。
（3）Y的最简单氢化物分子中含有___________共价键(填“极性”或“非极性”，下同)，是___________分子，该氢化物易液化，其原因是___________。
（4）M的气态氢化物和氟化氢相比，沸点高的是___________(填写化学式，下同)；稳定性强的是___________，其原因是___________。1.下列现象不能用“相似相溶”规律解释的是（ ）。
A.氯化氢易溶于水 B.氯气易溶于NaOH溶液
C.碘易溶于CCl4 D.酒精易溶于水
【答案】B
【解析】氯化氢、水都是极性分子，所以氯化氢易溶于水，能用“相似相溶”规律解释，A不符合题意；氯气易溶于NaOH溶液是因为氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠、水，不能用“相似相溶”规律解释，B符合题意；碘、CCl4都是非极性分子，所以碘易溶于CCl4，能用“相似相溶”规律解释，C不符合题意；酒精、水都是极性分子，所以酒精易溶于水，能用“相似相溶”规律解释，D不符合题意。
2.下列说法不正确的是（ ）。
A.NF3的键角大于NH3的键角
B.标准状况下，22.4 L二氧化碳和18 g冰中所含的 π 键数和氢键数均为2NA
C.HNO3、H2SO4、C2H5OH、CH3COOH分子之间都可以形成分子间氢键
D.甘油(CH2OH-CHOH-CH2OH)分子中没有手性碳原子
【答案】A
【解析】NF3和NH3的中心原子都是氮，且中心原子的孤对电子数目都是，但配位原子的电负性：F>H，故氨气的键角大于三氟化氮，A错误；一个二氧化碳有2个碳氧双键，故标准状况下，22.4 L即1 mol二氧化碳含有π键数为2NA。冰中一个水分子靠氢键与周围的四个水分子形成正四面体，均摊法一个水分子有两个氢键，故18 g即1 mol水含有2NA个氢键，B正确；氢原子与电负性大、半径小的原子X(氟、氧、氮等)以共价键结合，若与电负性大的原子Y(与X相同的也可以)接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H···Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。根据定义，HNO3、H2SO4、C2H5OH、CH3COOH分子之间都可以形成分子间氢键，C正确；手性碳原子是指连有四个不同基团的碳原子，甘油(CH2OH-CHOH-CH2OH)分子中没有手性碳原子，D正确。
3.关于分子的性质，下列说法不正确的是（ ）。
A.H－Cl的键能比H－I的键能大，故HCl分子比HI分子稳定
B.对羟基苯甲醛的沸点大于邻羟基苯甲醛
C.乙醇在水中的溶解度小于丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)，可以用相似相溶解释
D.尿素CO(NH2)2易溶于水，不溶于有机溶剂
【答案】C
【解析】键能的大小决定着物质的化学性质，键能越大，物质越稳定，H—Cl比H—I键能大，HCl比HI稳定，A正确；对羟基苯甲醛分子间形成氢键导致沸点升高，而邻羟基苯甲醛存在分子内氢键导致沸点降低，故沸点：对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛，B正确；乙醇在水中的溶解度大于丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)，是因为CH3CH2CH2CH2OH中烃基较大，其中的-OH占比少，溶解度明显减小，C错误；尿素CO(NH2)2是极性分子，易溶于水，不溶于有机溶剂，D正确。
4. 下列关于分子的结构或性质的解释正确的是（ ）。
选项 物质的结构或性质 解释
A 键角： 的键长大于的键长
B 用乙酸乙酯而不用水溶解油漆 乙酸乙酯与油漆中的成分极性都较小，利用了相似相溶原理，而水分子极性较大，对油漆溶解效果不好
C 酸性： 烃基越长，推电子效应越小，羧基中羟基的极性越大，羧酸的酸性越弱
D 的沸点高于 因为分子间的范德华力大于分子间的范德华力
【答案】B
【解析】A．甲烷为sp3杂化，没有孤电子对，为正四面体结构，键角为109°28′，水为sp3杂化，2对孤电子对，为角形，约为105°，所以键角：CH4>H2O，A错误；B．乙酸乙酯与油漆中的成分极性都较小，而水分子极性较大，利用了相似相溶原理，极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂，B正确；C．烃基(R－)越长推电子效应越大，则CH3CH2-的推电子效应比CH3-大，从而使-COOH中-OH的极性减弱，电离能力减弱，酸性减弱，所以酸性：CH3COOH＞CH3CH2COOH，C错误；D．对羟基苯甲醛可以形成分子间氢键，邻羟基苯甲醛可以形成分子内氢键，分子间氢键使得熔沸点升高，分子内氢键使得熔沸点降低，所以对羟基苯甲醛熔沸点大于邻羟基苯甲醛，D错误。
5.回答下列物质结构相关内容的小题：
（1）常温下，甲醇CH3OH在水中的溶解度大于甲胺CH3NH2，原因是___________。
（2）臭氧在水中的溶解度比氧气大的原因是_______________。
（3）H2O2难溶于CS2，简要说明理由： 。
（4）CH3COOH易溶于水，除了它是极性分子外，还因为___________________。
【答案】（1）甲醇与水分子之间的氢键大于甲胺与水分子之间的氢键
（2）臭氧和水都是极性分子，而氧气是非极性分子，根据相似相溶原理，臭氧在水中的溶解度比氧气大 （3）过氧化氢分子为极性分子、二硫化碳为非极性分子，根据相似相溶原理可知，H2O2难溶于CS2 （4）乙酸与水分子之间可形成氢键
【解析】（1）溶质和溶剂之间形成氢键可以增大溶解度，由于甲醇与水分子之间的氢键大于甲胺与水分子之间的氢键，所以常温下，甲醇CH3OH在水中的溶解度大于甲胺CH3NH2。（2）臭氧在水中的溶解度比氧气大的原因是臭氧和水都是极性分子，而氧气是非极性分子，根据相似相溶原理，臭氧在水中的溶解度比氧气大。（3）H2O2难溶于CS2，原因为过氧化氢分子为极性分子、二硫化碳为非极性分子，根据相似相溶原理可知，H2O2难溶于CS2。（4）CH3COOH易溶于水，除了它是极性分子外，还因为CH3COOH与水分子之间可形成氢键。
6.回答下列问题：
（1）NH3在水中溶解度较大，可能的原因有_______、_______。(写出两个即可)
（2）下列物质的结构或性质与氢键无关的是___________(填字母)。
A．乙酸可以和水以任意比互溶 B．乙醇在水中的溶解度
C．氢化镁的相对分子质量 D．DNA的双螺旋结构
【答案】（1）NH3能与水反应、NH3与水都是极性分子、NH3与水分子之间还可以形成氢键(任写两个) （2）C
【解析】（1）NH3在水中的溶解度较大，可能的原因有：NH3能与水反应、NH3与水都是极性分子，依据相似相溶原理可知，氨气在水中的溶解度大；NH3与水分子之间还可以形成氢键，增大氨气溶解度。（2）乙酸都分别可与水分子间形成氢键,所以可以和水以任意比互溶，A不符合题意；乙醇和水分子间能形成氢键，乙醇在水中的溶解度与氢键有关，B不符合题意；氢化镁的相对分子质量与氢键无关，C符合题意；DNA含有O H、N H键，双螺旋结构与氢键有关，D不符合题意。
7.回答下列问题：
（1）下列分子中若有手性原子，请用“*”标出其手性碳原子。
试比较下列含氧酸的酸性强弱(填“>”、“<”或“=”)：H2SO4_______H2SO3；HClO3_______
HClO4。
（3）根据价层电子对互斥理论判断下列问题：H2S分子的VSEPR构型为____________，立体构型为_________________。
（4）H2O的沸点(100℃)比H2S的沸点(-61℃)高，这是由于___________________ ；H2O比H2S更稳定，这是由于________________________。
【答案】（1） （2）> ＜ （3）四面体型 V形
（4）水分子之间存在氢键，沸点高于同族其他元素氢化物 O与S是同主族元素，同主族元素从上到下非金属性依次减弱，非金属性越强，元素最简单的氢化物越稳定
【解析】（1）碳原子上连有四个不同的原子或者基团的具有手性，该分子中具有手性碳原子。（2）同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高，对应的含氧酸的酸性越强，H2SO4中S元素化合价为+6价，H2SO3中S元素化合价为+4价，故酸性：H2SO4>H2SO3；HClO3中Cl元素化合价为+5，HClO4中Cl元素化合价为+7，故酸性：HClO3＜HClO4。（3）H2S分子价层电子对数=2+(6-1×2)/2=4，有2对孤电子对，则中心原子S原子采取sp3杂化，VSEPR构型为四面体型，分子的立体构型为V形。（4）水分子之间存在氢键，沸点高于同族其他元素氢化物，所以H2O的沸点(100℃)比H2S的沸点(-61℃)高。O与S是同主族元素，同主族元素从上到下非金属性依次减弱，非金属性越强，元素最简单的氢化物越稳定，故H2O比H2S更稳定。
8.X、Y、Z、M、Q是中学化学常见的五种元素，原子序数依次增大，其相关结构或性质信息如下表所示。
元素 结构或性质信息
X 其原子最外层电子数是内层电子数的2倍
Y 基态原子最外层电子排布为nsnnpn+1
Z 非金属元素，其单质为固体，在氧气中燃烧时有明亮的蓝紫色火焰
M 单质在常温、常压下是气体，基态原子的M层上有1个未成对的p电子
Q 其与 X 形成的合金为目前用量最多的金属材料
（1）Q元素基态原子的电子排布式是___________。
（2）比较Y元素与氧元素的第一电离能：___________>___________(填元素符号)；X和Z形成的化合物XZ2为一种液体溶剂，其分子中的键和键数目之比为___________，该化合物溶于水___________(填“易”或“难”)。
（3）Y的最简单氢化物分子中含有___________共价键(填“极性”或“非极性”，下同)，是___________分子，该氢化物易液化，其原因是___________。
（4）M的气态氢化物和氟化氢相比，沸点高的是___________(填写化学式，下同)；稳定性强的是___________，其原因是___________。
【答案】（1）[Ar]3d64s2(或1s22s22p63s23p63d64s2) （2）N O 1：1 难
（3）极性 极性 氨分子间可以形成氢键
（4）HF HF F的原子半径小于Cl，H-F的键长小于H-Cl，H-F的键能大于H-Cl
【解析】X原子最外层电子数是内层电子数的2倍，最外层最多含有8个电子，则X含有两个电子层，最外层含有4个C，则X为C元素；Y的基态原子最外层电子排布为nsnnpn+1，s层含有2个电子，则n=2，Y的最外层电子排布式为：2s22p3，则Y为N元素；Z为非金属元素，其单质为固体，在氧气中燃烧时有明亮的蓝紫色火焰，则Z为S元素；基态原子的M层上有1个未成对的p电子，则M的电子排布式为1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5，为铝元素或氯元素，由于Z单质常温、常压下是气体，所以Z是Cl元素；Q与X形成的合金为目前用量最多的金属材料，该合金为钢，则Q为Fe元素，综上所述：X、Y、Z、M、Q分别为C、N、S、Cl、Fe元素。（1）Q为Fe元素，铁原子核外有26个电子，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2（2）核外电子排布处于半充满、全充满、全空的状态是稳定结构，N原子的2p能级是半充满状态，是稳定状态，因此第一电离能：N＞O；X和Z形成的化合物XZ2为CS2，结构为S=C=S，σ键和π键数目之比为2:2=1:1，该化合物是非极性分子，而水为极性分子，利用“相似相溶”原理CS2难溶于水。（3）Y的简单氢化物为NH3，分子中含有N-H键为不同中原子间的极性键。NH3分子为三角锥形，不对称结构为极性分子。NH3以液化即分子间作用力强，主要原因为NH3分子间有分子间氢键。（4）由于HF分子间存在氢键，所以氟化氢的沸点比HCl高。由于H—F键的键能大于H—Cl键，则氢化物的稳定性：HF＞HCl。
