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第二章
分子结构与性质
第三节 分子的性质
第1课时 键的极性、分子极性、范德华力和氢键
激趣入题·情境呈现
范德华力概念的产生
为了研究气体分子的运动规律，科学家们提出一种理想气体的假设，认为气体分子不具有体积，并且气体分子之间不存在相互作用。根据这种假设提出的理想气体方程对气体分子运动规律的描述与实验事实出现偏差。荷兰物理学家范德华(J.
van
der
Waals)修正了关于气体分子运动的以上假设，指出气体分子本身具有体积，并且分子间存在引力。由此，范德华提出了描述实际气体行为的范德华气态方程，根据这个方程计算的结果与实验事实十分吻合。由于是范德华首次将分子间作用力概念引入气态方程，人们将这种相互作用力称为范德华力。
新知预习·自主探究
一、键的极性和分子的极性
1．键的极性
共价键
分类
极性共价键
非极性共价键
成键原子
________元素的原子
________元素的原子
电子对
________偏移
__________偏移
成键原子的电性
一个原子呈正电性(δ＋)，
一个原子呈负电性(δ－)
电中性
不同
同种
发生
不发生
2.键的极性与分子极性的关系
二、范德华力和氢键
1．范德华力及其对物质性质的影响
2．氢键及其对物质性质的影响
概念
是由已经与__________很大的原子(如N、F、O)形成共价键的__________与另一个__________很大的原子之间的作用力
表示方法
通常用A—H…B—表示，其中A、B为N、F、O中的一种，“—”表示__________，“…”表示形成的________
特征
(1)不属于化学键，是一种分子间作用力。氢键键能较小，比化学键的键能小1～2个数量级，但比范德华力______
(2)具有一定的方向性和饱和性
类型
__________氢键和__________氢键
对物质性质的影响
主要影响物质的__________和电离、溶解等
电负性
氢原子
电负性
共价键
氢键
强
分子内
分子间
熔沸点
预习自测·初试牛刀
√
√
×
D．该物质的分子之间不能形成氢键，但它可以与水分子形成氢键( )
E．1
mol
该分子有27NA个σ键( )
F．该分子易溶于水( )
G．该分子中碳原子的杂化类型有sp、sp2、sp3三种杂化方式( )
H．分子中的氧原子采取sp3杂化( )
(2)乙醇比乙醛的沸点高的原因是乙醇的相对分子质量较大。( )
(3)同主族从上到下，气态氢化物的沸点依次升高。( )
(4)BCl3与NCl3均为三角锥形，为极性分子。( )
×
√
×
×
√
×
×
×
2．下列原子与氢原子形成的化学键中，极性最强的是( )
A．F
B．Cl
C．N
D．O
解析：H与F、Cl、N、O均形成极性共价键，非金属性最强的是F，则H—F键的极性最强，故选A。
A
3．下列分子中属于非极性分子的是( )
A．HF
B．H2O2
C．CO2
D．NH3
解析：HF含有H—F极性键，分子构型直线形，正负电荷中心不重合，为极性分子，A错；H2O2中含极性键，两个O—H键不在一个平面上，正负电荷重心不重合，为极性分子，B错；CO2的结构式为O===C===O，空间构型为直线型，结构对称且正负电荷重心重合，为非极性分子，C正确；NH3含有N—H极性健，分子构型为三角锥形正负电荷重心不重合，为极性分子，D错。
C
4．下列物质中，分子间形成的氢键最强的是( )
A．甲醇
B．NH3
C．冰
D．(HF)n
解析：氢键都是H与其它电负性强的元素形成的，氢键的强弱要看电负性强的元素的原子半径，半径越小越强，这三种元素N、O、F的原子半径大小为N>O>F，因此HF里的氢键最强，故选D。
D
5．下列说法中正确的是( )
A．极性分子组成的溶质一定易溶于极性分子组成的溶剂之中，非极性分子组成的溶质一定易溶于非极性分子组成的溶剂中
B．溴分子和水分子是极性分子，四氯化碳分子是非极性分子，所以溴难溶于水而易溶于四氯化碳
C．白磷分子是非极性分子，水分子是极性分子，而二硫化碳是非极性分子，所以白磷难溶于水而易溶于二硫化碳
D．水分子是极性分子，二氧化碳可溶于水，因此二氧化碳是极性分子
解析：很多有机物分子都是极性分子，但因为极性很弱，所以大部分难溶于水，而有机物之间的溶解度却很大，所以A项错误。溴分子是非极性分子，故B项错误。二氧化碳(O===C===O)是非极性分子，D项错误。
C
6．沸腾时只需克服范德华力的液体物质是( )
A．水
B．酒精
C．氨水
D．CH3Cl
解析：A．水在沸腾时除了克服范德华力外，还需要破坏氢键，故A错误；B．酒精中也存在氢键，在沸腾时，同时破坏了范德华力和氢键，故B错误；C．氨水中存在氢键，在沸腾时，同时破坏了范德华力和氢键，故C错误；D．CH3Cl只存在范德华力，沸腾时只需克服范德华力，故D正确。
D
课堂探究·疑难解惑
1．从哪些方面可以判断键的极性？
2．如何根据多原子分子的组成及立体构型确定分子的极性？
知识点一 判断共价键的极性与分子极性的方法
1．提示 可从组成元素、电子对偏移、电负性三个方面判断。
2．提示 双原子分子，如果为单质，为非极性分子；如果为化合物，则看分子的立体构型，若立体构型对称则为非极性分子，若立体构型不对称则为极性分子。
2．分子的极性的判断方法
(1)化合价法：ABm型分子中，中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价电子数时，该分子为非极性分子，此时分子的空间结构对称；若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数，则分子的空间结构不对称，其分子为极性分子，具体实例如下：
分子
BF3
CO2
PCl5
SO3
H2O
NH3
SO2
中心原子化
合价绝对值
3
4
5
6
2
3
4
中心原子价电子数
3
4
5
6
6
5
6
分子极性
非极性
非极性
非极性
非极性
极性
极性
极性
(2)根据分子所含键的类型及分子立体构型判断：
分子
键的极性
键角
立体构型
分子极性
单原子分子
He、Ne
－
－
－
非极性分子
双原子分子
H2
非极性键
－
直线形
非极性分子
HCl
极性键
－
直线形
极性分子
三原子分子
H2O
极性键
105°
V形
极性分子
CO2
极性键
180°
直线形
非极性分子
四原子分子
BF3
极性键
120°
平面三角形
非极性分子
NH3
极性键
107°
三角锥形
极性分子
五原子分子
CH4
极性键
109°28′
正四面体形
非极性分子
CH3Cl
极性键
－
四面体形
极性分子
(3)根据中心原子最外层电子是否全部成键判断：
中心原子即其他原子围绕它成键的原子。分子中的中心原子最外层电子若全部成键不存在孤电子对，此分子一般为非极性分子；分子中的中心原子最外层电子若未全部成键，存在孤电子对，此分子一般为极性分子。
CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键，它们都是非极性分子。
H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键，它们都是极性分子。
下列物质：①BeCl2 ②Ar ③白磷 ④BF3⑤NH3 ⑥过氧化氢，其中含极性键的非极性分子是( )
A．①④⑥
B．②③⑥
C．①④
D．①③④⑤
解析：①BeCl2立体构型是直线形，Cl—Be—Cl是含极性键的非极性分子，正确；②Ar为稀有气体，分子中不含化学键，错误；③白磷分子式为P4，不含极性键，含有的是非极性键，错误；④BF3是平面三角形结构，是极性键构成的非极性分子，正确；⑤过氧化氢是由极性键和非极性键构成的极性分子，错误，故C正确。
C
典例
1
规律方法指导：从以下两方面判断分子的极性：
1．下列物质的分子中，都属于含极性键的非极性分子的是( )
A．CO2、H2S
B．C2H4、CH4
C．Cl2、C2H2
D．NH3、HCl
解析：由两种不同元素形成的共价键才会有极性，因此C项中Cl2中无极性键。之后根据结构可以判断A项中H2S，D项中NH3，HCl分子中正负电荷中心不重合，属于极性分子。故正确答案为B。
B
1．范德华力是存在于分子内的相互作用力吗？范德华力很强吗？影响范德华力的因素有哪些？
2．范德华力主要影响物质的哪些物理性质？如何影响？
3．氢键是化学键吗？常见类型有哪些？对物质的哪些性质有影响？
知识点二 分子间作用力和氢键
1．提示 范德华力是存在于分子间的作用力。范德华力很弱。影响因素：分子的极性越大，范德华力越大；结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。
2．提示 范德华力主要影响物质的熔、沸点，范德华力越大，物质熔、沸点越高。
3．提示 氢键不是化学键。氢键分为分子内氢键和分子间氢键。主要影响物质的熔、沸点和溶解度等。
1．范德华力
(1)范德华力的概述
降温加压时气体会液化，降温时液体会凝固，这一事实表明，分子之间存在着相互作用力，它把分子聚集在一起，因而把这类分子间作用力称为范德华力。其实质是静电作用。
说明：①范德华力广泛存在于分子之间，只有分子间才有范德华力。属于分子间的电性作用力。
②范德华力很弱，约比共价键小1～2个数量级。
③范德华力只影响分子的物理性质，它无方向性和饱和性。
(2)范德华力的影响因素
影响范德华力的主要因素有分子的相对分子质量、分子的极性等。
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，如
②分子的极性越强，范德华力越大。
③温度升高，范德华力减小。
分子
Ar
CO
HI
HBr
HCl
范德华力/kJ·mol－1
8.50
8.75
26.00
23.11
21.14
(3)范德华力对物质性质的影响
①对物质熔、沸点的影响
一般来说，分子晶体中范德华力越大，物质的熔、沸点越高。具体如下：
a．组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增大，分子间的范德华力逐渐增大，它们的熔、沸点逐渐升高。如下图中的曲线所示：
b．分子组成相同但结构不同的物质(即互为同分异构体)，分子对称性越好，范德华力越小，物质的熔、沸点越低，如熔、沸点：新戊烷＜异戊烷＜正戊烷。
c．一般，相对分子质量相近的物质，分子的极性越小，范德华力越小，物质的熔、沸点越低，如熔、沸点：N2＜CO。
②对物质溶解性的影响
液体的互溶以及固态、气态的非电解质在液体里的溶解度都与范德华力有密切的关系。
2．氢键
(1)形成条件
①要有一个与电负性很大的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O中的氢原子。
②要有一个电负性很大，含有孤电子对并带有部分负电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。
③X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。
一般来说能形成氢键的元素为N、O、F。
(2)氢键的存在
①含H—O、N—H、H—F键的物质。
②有机化合物中的醇类和羧酸等物质。
(3)氢键的类型
尽管人们将氢键归结为一种分子间作用力，但是氢键既可以存在于分子之间，也可以存在于分子内部的原子团之间。
如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在氢键，对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如图)。
(4)氢键对物质性质的影响
①对熔、沸点的影响
a．分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高，因为要使液体汽化，必须破坏大部分分子间的氢键，这需要较多的能量；要使晶体熔化，也要破坏一部分分子间的氢键。所以，存在分子间氢键的化合物的熔、沸点要比没有氢键的同类化合物高。
b．分子内氢键的形成使物质的熔、沸点降低，如邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低。
②对溶解度的影响
在极性溶剂里，如果溶质分子与溶剂分子间可以形成氢键，则溶质的溶解性增大。例如，乙醇和水能以任意比例互溶。
③对水密度的影响
绝大多数物质固态时的密度大于液态时的密度，但是在0
℃附近水的密度却是液态的大于固态的。水的这一反常现象也可用氢键解释。
④对物质的酸性等也有一定的影响。
3．范德华力、氢键及共价键比较
范德华力
氢键
共价键
特征
无方向性、无饱和性
有方向性、有饱和性
有方向性、有饱和性
强度比较
共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素
①随着分子极性的增大而增大
②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大
对于A—H…B—，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，作用力越大
成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
下列说法中错误的是( )
A．卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间可以形成氢键
B．邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低
C．H2O的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键键能大
D．氨气极易溶于水与氨气分子和水分子形成的氢键有关
C
典例
2
解析：因HF分子间可以形成氢键，所以沸点：HF>HI>HBr>HCl，A正确；邻羟基苯甲醛的分子内可以形成氢键，而对羟基苯甲醛的氢键只存在于分子间，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高，正确；据F原子半径小于O原子半径，可知(HF)n中氢键键长比水中氢键键长短、键能大，但由于一个HF分子只能与两个相邻的HF分子形成氢键，而一个H2O分子可与四个相邻的H2O分子形成氢键，故H2O的沸点比HF的沸点高，C错误；氨气在水中的溶解性与形成氢键有关，D正确。
规律方法指导：氢键对物质性质的影响
(1)对物质熔点、沸点的影响。①某些氢化物分子间可以形成氢键，如H2O、NH3、HF等，氢键会使这些氢化物沸点反常，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②分子内氢键对物质性质的影响与分子间氢键对物质性质产生的影响是不同的。邻羟基苯甲醛可以形成分子内氢键，对羟基苯甲醛可以形成分子间氢键，因此对羟基苯甲醛的熔点、沸点分别比邻羟基苯甲醛的熔点、沸点高。
(2)对物质密度的影响：氢键的存在，会使某些物质的密度出现反常，如液态水变为冰，密度会变小。
(3)对物质溶解度的影响：若溶剂和溶质之间可以形成氢键，则溶解性好，溶质分子不能与水分子形成氢键，在水中溶解度就相对小。如NH3极易溶于水，甲醇、乙醇、乙酸等能与水以任意比混溶，就是因为它们与水形成了分子间氢键。
(4)氢键对物质结构的影响：氢键的存在使一些物质具有一些特殊结构，如冰晶体的孔穴结构使体积膨胀。
2．关于氢键的下列说法中正确的是( )
A．每个水分子内含有两个氢键
B．在水蒸气、水和冰中都含有氢键
C．分子间形成氢键能使物质的熔点和沸点升高
D．HF的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键
解析：氢键属于分子间作用力，它主要影响物质的物理性质。水分子内只有共价键而无氢键，A项不正确；B项中水蒸气分子间距离太大，不能形成氢键；D项中HF稳定性很强与氢键无关。
C
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为什么水呈现出独特的物理性质
水分子之间存在着氢键，使水的沸点比硫化氢的沸点高出139
℃，结果在通常状况下水为液态，地球上因此有了生命。冰中的水分子之间最大程度地形成氢键。由于氢键有方向性，每个水分子的两对孤对电子和两个氢原子只能沿着四个sp3杂化轨道的方向分别与相邻水分子形成氢键，因此每个水分子只能与周围四个水分子接触。水分子之间形成的孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，反映在宏观性质上就是冰的密度比水的密度小。正是由于冰的这一独特结构，使冰可以浮在水面上，从而使水中生物在寒冷的冬季得以在冰层下的水中存活。
冰中每个氢原子分享到一个氢键，折合每摩尔冰有2NA个氢键(NA为阿伏伽德罗常数)。冰中氢键的作用能为18.8
kJ·mol－1而冰的熔化热只有5.0
kJ·mol－1。当在0
℃冰融化成水时，即使熔化热全部用于破坏氢键，也只能使大约13%的氢键遭到破坏，水中仍存在着许多由氢键作用而形成的小集团(H2O)n有人将其称之为“冰山”。温度升高使冰融化为水的过程中，实际上包括两种过程：水分子不能最大程度地形成氢键使水的密度变大，水分子的热运动即热膨胀作用使水的密度减小。随着温度升高，前一过程的作用由强变弱，后一过程的作用由弱变强，在4
℃时两种作用达到平衡。所以，当温度升高时，0
℃～4
℃内水的密度逐渐增大，4
℃时达到最大密度，4
℃后水的密度变小。
氨气溶于水时，大部分NH3与H2O以氢键(用“…”表示)结合形成NH3·H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为( )
B第1课时
键的极性、分子极性、范德华力和氢键
1．下列叙述中正确的是( D )
A．极性分子中不可能含有非极性键
B．离子化合物中不可能含有非极性键
C．非极性分子中不可能含有极性键
D．共价化合物中不可能含有离子键
解析：A项，如H2O2中含非极性键，B项，如Na2O2中含非极性键，C项，如CCl4是极性键形成的非极性分子。
2．下列物质的变化，破坏的主要是范德华力的是( A )
A．碘单质的升华
B．NaCl溶于水
C．将水加热变为气态
D．NH4Cl受热分解
解析：碘的升华，只是状态发生了变化，破坏的是范德华力，没有破坏化学键；NaCl溶于水，会破坏离子键；水由液态变为气态，破坏的是氢键和范德华力；NH4Cl受热分解，破坏的是化学键(包括共价键和离子键)。
3．下列关于氢键的说法正确的是( C )
A．由于氢键的作用，使NH3、H2O、HF的沸点反常，且沸点高低顺序为HF>H2O>NH3
B．氢键只能存在于分子间，不能存在于分子内
C．没有氢键，就没有生命
D．相同量的水在气态、液态和固态时均有氢键，且氢键的数目依次增多
解析：A项，“反常”是指它们在与其同族氢化物沸点排序中的现象，它们的沸点顺序可由氢化物的状态所得，水常温下是液体，沸点最高。B项，氢键存在于不直接相连但相邻的H、O原子间，所以，分子内可以存在氢键。C项正确，因为氢键造成了常温、常压下水是液态，而液态的水是生物体营养传递的基础。D项，在气态时，分子间距离大，分子之间不能形成氢键。
4．下列事实与NH3极易溶于水无关的是( C )
A．NH3与水反应生成NH3·H2O
B．NH3与水分子之间形成氢键
C．NH3和水分子的相对分子质量接近
D．NH3是极性分子
解析：A．NH3与水反应生成NH3·H2O，使氨气的溶解度变大，与NH3极易溶于水有关，故A不选；B．NH3与水分子之间形成氢键，使氨气的溶解度变大，与NH3极易溶于水有关，故B不选；C．NH3和水分子的相对分子质量，与氨气的溶解性无关，故选C；D．NH3是极性分子，水是极性溶剂，极性分子易溶于极性溶剂，与NH3极溶于水有关，故D不选；故选C。
5．下列物质中含有非极性键且为盐的是( A )
A．CH3COONa
B．NH4Cl
C．CaCl2
D．H2O2
解析：CH3COONa属于盐且碳原子间为非极性键。
6．请完成下列表格的填空：
单原子分子
双原子分子
三原子分子
四原子分子
分子
He、Ne
H2
HCl
H2O
CO2
BF3
NH3
键的极性
—
非极性键
极性键
极性键
_极性键_
极性键
_极性键_
键角
—
—
—
_105°_
_180°_
_120°_
_107°_
立体构型
—
_直线形_
直线形
_V形_
_直线形_
平面正三角形
三角锥形
分子极性
_非极性_
_非极性_
_极性_
_极性_
_非极性_
非极性
_极性_
根据以上表格，试推测上述哪些物质易溶于水__HCl、NH3__。
解析：本题着重考查分子的极性与键的极性以及分子立体构型之间的关系。由非极性键构成的分子一般都是非极性分子。由极性键构成的分子，若能空间对称，分子则无极性，这样的空间对称有三种：一是直线形对称，键角为180°，常见的分子有CO2、CS2、C2H2等；二是平面对称，键角为120°，分子构型为平面正三角形，常见的分子有BF3、BBr3等；三是立体对称，键角为109°28′，分子构型为正四面体，常见的分子有CH4、CCl4、SiH4等。根据相似相溶规则，易溶于水的有HCl、NH3。
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-第1课时 键的极性、分子极性、范德华力和氢键
激趣入题·情境呈现
范德华力概念的产生
为了研究气体分子的运动规律，科学家们提出一种理想气体的假设，认为气体分子不具有体积，并且气体分子之间不存在相互作用。根据这种假设提出的理想气体方程对气体分子运动规律的描述与实验事实出现偏差。荷兰物理学家范德华(J.
van
der
Waals)修正了关于气体分子运动的以上假设，指出气体分子本身具有体积，并且分子间存在引力。由此，范德华提出了描述实际气体行为的范德华气态方程，根据这个方程计算的结果与实验事实十分吻合。由于是范德华首次将分子间作用力概念引入气态方程，人们将这种相互作用力称为范德华力。
新知预习·自主探究
一、键的极性和分子的极性
1．键的极性
共价键
分类
极性共价键
非极性共价键
成键原子
__不同__元素的原子
__同种__元素的原子
电子对
__发生__偏移
__不发生__偏移
成键原子的电性
一个原子呈正电性(δ＋)，一个原子呈负电性(δ－)
电中性
2.键的极性与分子极性的关系
二、范德华力和氢键
1．范德华力及其对物质性质的影响
2．氢键及其对物质性质的影响
概念
是由已经与__电负性__很大的原子(如N、F、O)形成共价键的__氢原子__与另一个__电负性__很大的原子之间的作用力
表示方法
通常用A—H…B—表示，其中A、B为N、F、O中的一种，“—”表示__共价键__，“…”表示形成的__氢键__
特征
(1)不属于化学键，是一种分子间作用力。氢键键能较小，比化学键的键能小1～2个数量级，但比范德华力__强__(2)具有一定的方向性和饱和性
类型
__分子内__氢键和__分子间__氢键
对物质性质的影响
主要影响物质的__熔沸点__和电离、溶解等
预习自测·初试牛刀
1．思考辨析
(1)关于下面分子的说法请判断正误
A．既有σ键又有π键(√)
B．O—H键的极性强于C—H键的极性(√)
C．是非极性分子(×)
D．该物质的分子之间不能形成氢键，但它可以与水分子形成氢键(×)
E．1
mol
该分子有27NA个σ键(√)
F．该分子易溶于水(×)
G．该分子中碳原子的杂化类型有sp、sp2、sp3三种杂化方式(×)
H．分子中的氧原子采取sp3杂化(√)
(2)乙醇比乙醛的沸点高的原因是乙醇的相对分子质量较大。(×)
(3)同主族从上到下，气态氢化物的沸点依次升高。(×)
(4)BCl3与NCl3均为三角锥形，为极性分子。(×)
2．下列原子与氢原子形成的化学键中，极性最强的是( A )
A．F
B．Cl
C．N
D．O
解析：H与F、Cl、N、O均形成极性共价键，非金属性最强的是F，则H—F键的极性最强，故选A。
3．下列分子中属于非极性分子的是( C )
A．HF
B．H2O2
C．CO2
D．NH3
解析：HF含有H—F极性键，分子构型直线形，正负电荷中心不重合，为极性分子，A错；H2O2中含极性键，两个O—H键不在一个平面上，正负电荷重心不重合，为极性分子，B错；CO2的结构式为O===C===O，空间构型为直线型，结构对称且正负电荷重心重合，为非极性分子，C正确；NH3含有N—H极性健，分子构型为三角锥形正负电荷重心不重合，为极性分子，D错。
4．下列物质中，分子间形成的氢键最强的是( D )
A．甲醇
B．NH3
C．冰
D．(HF)n
解析：氢键都是H与其它电负性强的元素形成的，氢键的强弱要看电负性强的元素的原子半径，半径越小越强，这三种元素N、O、F的原子半径大小为N>O>F，因此HF里的氢键最强，故选D。
5．下列说法中正确的是( C )
A．极性分子组成的溶质一定易溶于极性分子组成的溶剂
之中，非极性分子组成的溶质一定易溶于非极性分子组成的溶剂中
B．溴分子和水分子是极性分子，四氯化碳分子是非极性分子，所以溴难溶于水而易溶于四氯化碳
C．白磷分子是非极性分子，水分子是极性分子，而二硫化碳是非极性分子，所以白磷难溶于水而易溶于二硫化碳
D．水分子是极性分子，二氧化碳可溶于水，因此二氧化碳是极性分子
解析：很多有机物分子都是极性分子，但因为极性很弱，所以大部分难溶于水，而有机物之间的溶解度却很大，所以A项错误。溴分子是非极性分子，故B项错误。二氧化碳(O===C===O)是非极性分子，D项错误。
6．沸腾时只需克服范德华力的液体物质是( D )
A．水
B．酒精
C．氨水
D．CH3Cl
解析：A．水在沸腾时除了克服范德华力外，还需要破坏氢键，故A错误；B．酒精中也存在氢键，在沸腾时，同时破坏了范德华力和氢键，故B错误；C．氨水中存在氢键，在沸腾时，同时破坏了范德华力和氢键，故C错误；D．CH3Cl只存在范德华力，沸腾时只需克服范德华力，故D正确。
课堂探究·疑难解惑
知识点一 判断共价键的极性与分子极性的方法
┃┃问题探究__■
1．从哪些方面可以判断键的极性？
2．如何根据多原子分子的组成及立体构型确定分子的极性？
┃┃探究提示__■
1．提示 可从组成元素、电子对偏移、电负性三个方面判断。
2．提示 双原子分子，如果为单质，为非极性分子；如果为化合物，则看分子的立体构型，若立体构型对称则为非极性分子，若立体构型不对称则为极性分子。
┃┃知识总结__■
1．键的极性的判断方法
(1)从组成元素
(2)从电子对偏移
(3)从电负性
2．分子的极性的判断方法
(1)化合价法：ABm型分子中，中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价电子数时，该分子为非极性分子，此时分子的空间结构对称；若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数，则分子的空间结构不对称，其分子为极性分子，具体实例如下：
分子
BF3
CO2
PCl5
SO3
H2O
NH3
SO2
中心原子化合价绝对值
3
4
5
6
2
3
4
中心原子价电子数
3
4
5
6
6
5
6
分子极性
非极性
非极性
非极性
非极性
极性
极性
极性
(2)根据分子所含键的类型及分子立体构型判断：
分子
键的极性
键角
立体构型
分子极性
单原子分子
He、Ne
－
－
－
非极性分子
双原子分子
H2
非极性键
－
直线形
非极性分子
HCl
极性键
－
直线形
极性分子
三原子分子
H2O
极性键
105°
V形
极性分子
CO2
极性键
180°
直线形
非极性分子
四原子分子
BF3
极性键
120°
平面三角形
非极性分子
NH3
极性键
107°
三角锥形
极性分子
五原子分子
CH4
极性键
109°28′
正四面体形
非极性分子
CH3Cl
极性键
－
四面体形
极性分子
(3)根据中心原子最外层电子是否全部成键判断：
中心原子即其他原子围绕它成键的原子。分子中的中心原子最外层电子若全部成键不存在孤电子对，此分子一般为非极性分子；分子中的中心原子最外层电子若未全部成键，存在孤电子对，此分子一般为极性分子。
CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键，它们都是非极性分子。
H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键，它们都是极性分子。
┃┃典例剖析__■
典例1
下列物质：①BeCl2 ②Ar ③白磷 ④BF3⑤NH3 ⑥过氧化氢，其中含极性键的非极性分子是( C )
A．①④⑥
B．②③⑥
C．①④
D．①③④⑤
解析：①BeCl2立体构型是直线形，Cl—Be—Cl是含极性键的非极性分子，正确；②Ar为稀有气体，分子中不含化学键，错误；③白磷分子式为P4，不含极性键，含有的是非极性键，错误；④BF3是平面三角形结构，是极性键构成的非极性分子，正确；⑤过氧化氢是由极性键和非极性键构成的极性分子，错误，故C正确。
规律方法指导：从以下两方面判断分子的极性：
┃┃变式训练__■
1．下列物质的分子中，都属于含极性键的非极性分子的是( B )
A．CO2、H2S
B．C2H4、CH4
C．Cl2、C2H2
D．NH3、HCl
解析：由两种不同元素形成的共价键才会有极性，因此C项中Cl2中无极性键。之后根据结构可以判断A项中H2S，D项中NH3，HCl分子中正负电荷中心不重合，属于极性分子。故正确答案为B。
知识点二 分子间作用力和氢键
┃┃问题探究__■
1．范德华力是存在于分子内的相互作用力吗？范德华力很强吗？影响范德华力的因素有哪些？
2．范德华力主要影响物质的哪些物理性质？如何影响？
3．氢键是化学键吗？常见类型有哪些？对物质的哪些性质有影响？
┃┃探究提示__■
1．提示 范德华力是存在于分子间的作用力。范德华力很弱。影响因素：分子的极性越大，范德华力越大；结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。
2．提示 范德华力主要影响物质的熔、沸点，范德华力越大，物质熔、沸点越高。
3．提示 氢键不是化学键。氢键分为分子内氢键和分子间氢键。主要影响物质的熔、沸点和溶解度等。
┃┃知识总结__■
1．范德华力
(1)范德华力的概述
降温加压时气体会液化，降温时液体会凝固，这一事实表明，分子之间存在着相互作用力，它把分子聚集在一起，因而把这类分子间作用力称为范德华力。其实质是静电作用。
说明：①范德华力广泛存在于分子之间，只有分子间才有范德华力。属于分子间的电性作用力。
②范德华力很弱，约比共价键小1～2个数量级。
③范德华力只影响分子的物理性质，它无方向性和饱和性。
(2)范德华力的影响因素
影响范德华力的主要因素有分子的相对分子质量、分子的极性等。
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，如
分子
Ar
CO
HI
HBr
HCl
范德华力/kJ·mol－1
8.50
8.75
26.00
23.11
21.14
②分子的极性越强，范德华力越大。
③温度升高，范德华力减小。
(3)范德华力对物质性质的影响
①对物质熔、沸点的影响
一般来说，分子晶体中范德华力越大，物质的熔、沸点越高。具体如下：
a．组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增大，分子间的范德华力逐渐增大，它们的熔、沸点逐渐升高。如下图中的曲线所示：
b．分子组成相同但结构不同的物质(即互为同分异构体)，分子对称性越好，范德华力越小，物质的熔、沸点越低，如熔、沸点：新戊烷＜异戊烷＜正戊烷。
c．一般，相对分子质量相近的物质，分子的极性越小，范德华力越小，物质的熔、沸点越低，如熔、沸点：N2＜CO。
②对物质溶解性的影响
液体的互溶以及固态、气态的非电解质在液体里的溶解度都与范德华力有密切的关系。
2．氢键
(1)形成条件
①要有一个与电负性很大的元素X形成强极性键的氢原子，如H2O中的氢原子。
②要有一个电负性很大，含有孤电子对并带有部分负电荷的原子Y，如H2O中的氧原子。
③X和Y的原子半径要小，这样空间位阻较小。
一般来说能形成氢键的元素为N、O、F。
(2)氢键的存在
①含H—O、N—H、H—F键的物质。
②有机化合物中的醇类和羧酸等物质。
(3)氢键的类型
尽管人们将氢键归结为一种分子间作用力，但是氢键既可以存在于分子之间，也可以存在于分子内部的原子团之间。
如邻羟基苯甲醛分子内的羟基与醛基之间存在氢键，对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如图)。
(4)氢键对物质性质的影响
①对熔、沸点的影响
a．分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高，因为要使液体汽化，必须破坏大部分分子间的氢键，这需要较多的能量；要使晶体熔化，也要破坏一部分分子间的氢键。所以，存在分子间氢键的化合物的熔、沸点要比没有氢键的同类化合物高。
b．分子内氢键的形成使物质的熔、沸点降低，如邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低。
②对溶解度的影响
在极性溶剂里，如果溶质分子与溶剂分子间可以形成氢键，则溶质的溶解性增大。例如，乙醇和水能以任意比例互溶。
③对水密度的影响
绝大多数物质固态时的密度大于液态时的密度，但是在0
℃附近水的密度却是液态的大于固态的。水的这一反常现象也可用氢键解释。
④对物质的酸性等也有一定的影响。
3．范德华力、氢键及共价键比较
范德华力
氢键
共价键
定义
物质分子之间普遍存在的一种相互作用力
已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力
原子间通过共用电子对所形成的相互作用力
分类
分子内氢键、分子间氢键
极性共价键、非极性共价键
特征
无方向性、无饱和性
有方向性、有饱和性
有方向性、有饱和性
强度比较
共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素
①随着分子极性的增大而增大②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大
对于A—H…B—，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，作用力越大
成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
┃┃典例剖析__■
典例2
下列说法中错误的是( C )
A．卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间可以形成氢键
B．邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低
C．H2O的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键键能大
D．氨气极易溶于水与氨气分子和水分子形成的氢键有关
解析：因HF分子间可以形成氢键，所以沸点：HF>HI>HBr>HCl，A正确；邻羟基苯甲醛的分子内可以形成氢键，而对羟基苯甲醛的氢键只存在于分子间，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高，正确；据F原子半径小于O原子半径，可知(HF)n中氢键键长比水中氢键键长短、键能大，但由于一个HF分子只能与两个相邻的HF分子形成氢键，而一个H2O分子可与四个相邻的H2O分子形成氢键，故H2O的沸点比HF的沸点高，C错误；氨气在水中的溶解性与形成氢键有关，D正确。
规律方法指导：氢键对物质性质的影响
(1)对物质熔点、沸点的影响。①某些氢化物分子间可以形成氢键，如H2O、NH3、HF等，氢键会使这些氢化物沸点反常，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②分子内氢键对物质性质的影响与分子间氢键对物质性质产生的影响是不同的。邻羟基苯甲醛可以形成分子内氢键，对羟基苯甲醛可以形成分子间氢键，因此对羟基苯甲醛的熔点、沸点分别比邻羟基苯甲醛的熔点、沸点高。
(2)对物质密度的影响：氢键的存在，会使某些物质的密度出现反常，如液态水变为冰，密度会变小。
(3)对物质溶解度的影响：若溶剂和溶质之间可以形成氢键，则溶解性好，溶质分子不能与水分子形成氢键，在水中溶解度就相对小。如NH3极易溶于水，甲醇、乙醇、乙酸等能与水以任意比混溶，就是因为它们与水形成了分子间氢键。
(4)氢键对物质结构的影响：氢键的存在使一些物质具有一些特殊结构，如冰晶体的孔穴结构使体积膨胀。
┃┃变式训练__■
2．关于氢键的下列说法中正确的是( C )
A．每个水分子内含有两个氢键
B．在水蒸气、水和冰中都含有氢键
C．分子间形成氢键能使物质的熔点和沸点升高
D．HF的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键
解析：氢键属于分子间作用力，它主要影响物质的物理性质。水分子内只有共价键而无氢键，A项不正确；B项中水蒸气分子间距离太大，不能形成氢键；D项中HF稳定性很强与氢键无关。
核心素养·专家博客
为什么水呈现出独特的物理性质
水分子之间存在着氢键，使水的沸点比硫化氢的沸点高出139
℃，结果在通常状况下水为液态，地球上因此有了生命。冰中的水分子之间最大程度地形成氢键。由于氢键有方向性，每个水分子的两对孤对电子和两个氢原子只能沿着四个sp3杂化轨道的方向分别与相邻水分子形成氢键，因此每个水分子只能与周围四个水分子接触。水分子之间形成的孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，反映在宏观性质上就是冰的密度比水的密度小。正是由于冰的这一独特结构，使冰可以浮在水面上，从而使水中生物在寒冷的冬季得以在冰层下的水中存活。
冰中每个氢原子分享到一个氢键，折合每摩尔冰有2NA个氢键(NA为阿伏伽德罗常数)。冰中氢键的作用能为18.8
kJ·mol－1而冰的熔化热只有5.0
kJ·mol－1。当在0
℃冰融化成水时，即使熔化热全部用于破坏氢键，也只能使大约13%的氢键遭到破坏，水中仍存在着许多由氢键作用而形成的小集团(H2O)n有人将其称之为“冰山”。温度升高使冰融化为水的过程中，实际上包括两种过程：水分子不能最大程度地形成氢键使水的密度变大，水分子的热运动即热膨胀作用使水的密度减小。随着温度升高，前一过程的作用由强变弱，后一过程的作用由弱变强，在4
℃时两种作用达到平衡。所以，当温度升高时，0
℃～4
℃内水的密度逐渐增大，4
℃时达到最大密度，4
℃后水的密度变小。
┃┃即时训练__■
氨气溶于水时，大部分NH3与H2O以氢键(用“…”表示)结合形成NH3·H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为( B )
解析：根据NH3·H2O??NH＋OH－可知NH3·H2O的结构式为。
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10
-第1课时
键的极性、分子极性、范德华力和氢键
A 级·基础巩固练
一、选择题
1．下列物质中，由极性键形成的非极性分子是( A )
A．CO2
B．Br2
C．CaCl2
D．SO2
解析：不同种元素形成的化合物中才可能含有极性键；在由三个以上原子形成的化合物分子中，空间结构对称的分子，才是非极性分子，如直线形的CO2。
2．在下列物质中，分子中电荷的空间分布是对称的是( D )
①CO2 ②CCl4 ③NH3 ④H2O ⑤HBr
A．①②④
B．②④⑤
C．③⑤
D．①②
解析：在由三个以上原子形成的化合物分子中，空间结构对称的分子，其电荷的空间分布对称，如直线形的CO2、正四面体形的CCl4。
3．X、Y为两种不同的元素，下列化学式一定为极性分子的是( A )
A．XY
B．XY2
C．XY3
D．XY4
解析：A项中在XY分子中X、Y是不同的原子，吸引电子能力不同，正、负电荷中心不重合，一定是极性分子；B项中三原子在同一条直线上时就是非极性分子，如CO2；C项中四原子若在同一平面内就是非极性分子，如BF3，不在同一平面内就是极性分子，如NH3；D项中该分子无论是四面体结构还是平面结构都是对称性分子，是非极性分子。
4．下列说法正确的是( C )
A．含有非极性键的分子一定是非极性分子
B．非极性分子中一定含有非极性键
C．由极性键形成的双原子分子一定是极性分子
D．分子的极性与键的极性无关
解析：含有非极性键的分子不一定是非极性分子，如H2O2；非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2均是非极性分子，却仅有极性键；分子的极性不仅与键的极性有关，还与分子立体构型有关。
5．下列关于粒子结构的描述错误的是( B )
A．CS2、C2H2、BeCl2都是直线形分子
B．CCl4和CH2Cl2均是四面体构型的非极性分子
C．H2S和NH3均是由极性键构成的极性分子
D．HCl和HS－均是含有一个极性键的18电子粒子
解析：由于C—H键的键长小于C—Cl键的键长，故CH2Cl2的空间结构不是对称的正四面体构型，因而属于极性分子，B错误。
6．下列几种氢键：①O—H…O ②N—H…N ③F—H…F ④O—H…N其强度由强到弱的排列顺序是( A )
A．③①④②
B．①②③④
C．③②①④
D．①④③②
解析：F、O、N的电负性依次降低，F—H、O—H、N—H键的极性依次降低，所以F—H…F中的氢键最强，其次是O—H…O，再次是O—H…N，最弱的是N—H…N，答案选A。
7．下列现象与氢键有关的是( B )
①HF的水溶液是弱酸，而其他卤族元素形成的氢化物水溶液是强酸
②乙醇可以和水以任意比互溶
③冰的密度比液态水的密度小
④水分子高温下也很稳定
⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低
A．②③④⑤
B．②③⑤
C．①②③④
D．①②③④⑤
解析：①HF的水溶液是弱酸，而其他卤族元素形成的氢化物水溶液是强酸，这是由于F原子吸引电子能力强，共价键不容易断裂，与分子间是否存在氢键无关，错误；②因乙醇、水分子之间能形成氢键，所以乙醇可以和水以任意比互溶，正确；③冰中存在氢键，具有方向性和饱和性，使其体积变大，则相同质量时冰的密度比液态水的密度小，正确；④水分子高温下也很稳定，其稳定性与化学键有关，而与氢键无关，错误；⑤对羟基苯甲酸易形成分子间氢键，而邻羟基苯甲酸易形成分子内氢键，所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低，正确。故选B。
8．你认为下列说法不正确的是( A )
A．氢键存在于分子之间，不存在于分子之内
B．对于组成和结构相似的分子，其范德华力随着相对分子质量的增大而增大
C．氢键不仅存在于分子之间，有时也存在于分子内部
D．冰融化时只克服分子间作用力
解析：氢键既能存在于分子之间，又能存在于分子之内，只要符合形成氢键的条件即可，A错。
9．在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力依次是( B )
A．范德华力、范德华力、范德华力
B．范德华力、范德华力、共价键
C．范德华力、共价键、共价键
D．共价键、共价键、共价键
解析：“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气”属于石蜡的
“三态”之间的转化，所以转化的过程中要克服分子间作用力；“石蜡蒸气→裂化气”属于石油的裂化，属于化学变化，必然要破坏化学键(共价键)，答案选B。
二、非选择题
10．在HF、H2S、NH3、CO2、CCl4、N2、C60、SO2分子中：
(1)以非极性键结合的非极性分子是__N2、C60__；
(2)以极性键相结合，具有直线形结构的非极性分子是__CO2__；
(3)以极性键相结合，具有正四面体结构的非极性分子是__CCl4__；
(4)以极性键相结合，具有三角锥形结构的极性分子是__NH3__；
(5)以极性键相结合，具有V形结构的极性分子是__H2S、SO2__；
(6)以极性键相结合，而且分子极性最大的是__HF__。
解析：HF是含有极性键、直线形的极性分子(极性最大，因F的电负性最大)；H2S和SO2都是含有极性键、V形结构的极性分子；NH3是含有极性键、三角锥形结构的极性分子；CO2是含有极性键、直线形的非极性分子；CCl4是含有极性键、正四面体形的非极性分子；N2、C60都是由非极性键结合的非极性分子。
11．水分子间存在一种叫作“氢键”的作用(介于范德华力与化学键之间)，彼此形成(H2O)n。在冰中，每个水分子被4个水分子包围，形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的冰。
(1)1
mol冰中有__2__mol“氢键”。
(2)水分子中可电离生成两种含有相同电子数的微粒，其电离方程式为__2H2O??H3O＋＋OH－__。
(3)用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点(℃)，则x、y、z的大小关系是__x>z>y__，其判断依据是__H2O分子间可以形成氢键，且H2Se的相对分子质量大于H2S，故有沸点：H2O>H2Se>H2S，即x>z>y__。
解析：1个H2O分子可以形成4个氢键，而每个氢键被2个H2O分子共用，所以1
mol冰中含有氢键数为4×＝2
mol。H2O电离后形成的2种离子是H3O＋和OH－。
12．过氧化氢(H2O2)是一种医用消毒杀菌剂，已知H2O2分子的结构如图所示。H2O2分子不是直线形的，两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上，书面夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。试回答：
(1)H2O2分子的电子式为____，结构式为__H—O—O—H__。
(2)H2O2分子中存在__极性__(填“极性”或“非极性”，下同)键和__非极性__键，为__极性__分子。
(3)H2O2分子中氧元素的化合价为__－1价__，原因是__O—O键为非极性键，O—H键为极性键，共用电子对偏向于氧，故氧元素显－1价__。
解析：(2)H2O2分子的立体构型为不对称结构，应为极性分子，含有O—O非极性键和O—H极性键。
B 级·能力提升练
一、选择题
1．下列叙述不正确的是( D )
A．卤化氢分子中，卤族元素的非金属性越强，共价键的极性越强，稳定性也越强
B．以极性键结合的分子不一定是极性分子
C．可确定A2B或AB2型分子是极性分子的依据是含有极性键且分子构型不对称，分子结构为键角小于180°的非直线形结构
D．非极性分子中各原子之间都以非极性键结合
解析：本题的易错之处是误认为由极性键构成的分子一定是极性分子而错选B。对比HF、HCl、HBr、HI分子中H—X(X为卤素原子)极性键的强弱可知，卤族元素的非金属性越强，共价键的极性越强，分子稳定性也越强，A项正确；以极性键结合的双原子分子一定是极性分子，但以极性键结合的多原子分子不一定是极性分子，如CO2分子中，两个C===O键(极性键)是对称排列的，两个键的极性相互抵消，CO2是非极性分子，B项正确；A2B型分子如H2O、H2S等，AB2型分子如CO2、CS2等，判断分子是极性分子的依据是分子构型不对称，而CO2、CS2为直线形分子，键角为180°，分子构型对称，为非极性分子，C项正确；空间构型对称的非极性多原子分子中可能含有极性键，如CH4，D项错误。
2．下列说法正确的是( B )
①C2H6分子中既含极性键又含非极性键 ②由于氨和水分子之间能形成氢键，NH3分子极易溶于水 ③F2、Cl2、Br2、I2熔点随相对分子质量增大而升高 ④NCl3、PCl3、CO2、CS2分子中各原子均达到8e－稳定结构 ⑤原子序数为34号的元素属于长周期的副族元素 ⑥由于非金属性：Cl>Br>I，所以酸性：HCl>HBr>HI
A．①②⑤⑥
B．①②③④
C．①②④⑤
D．③④⑤⑥
解析：⑤34号元素是Se，位于第四周期第ⅥA族。⑥酸性：HI>HBr>HCl。
3．下列物质中，分子内和分子间均可形成氢键的是( B )
A．NH3
B．CHOOH
C．H2O
D．
解析：形成氢键的分子中含有N—H、H—O或H—F键，NH3、H2O、CH3CH2OH可以形成氢键，但只存在于分子间。B项，中—O—H间可在分子间形成氢键，—O—H与可在分子内形成氢键。
4．卤素单质从F2到I2，在常温、常压下的聚集状态由气态、液态到固态的原因是( B )
A．原子间的化学键键能逐渐减小
B．范德华力逐渐增大
C．原子半径逐渐增大
D．氧化性逐渐减弱
解析：卤素单质组成、结构相似，从F2到I2相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。
5．固体乙醇晶体中不存在的作用力是( C )
A．极性键
B．非极性键
C．离子键
D．范德华力
解析：乙醇为共价化合物，分子内只有共价键，分子间有范德华力和氢键，分子内部存在极性键和非极性键。
6．美国科学家宣称：普通盐水在无线电波照射下可燃烧，有望解决用水作人类能源的重大问题。无线电频率可以降低盐水中所含元素之间的“结合力”，释放出氢原子，若点火，氢原子就会在该种频率下持续燃烧。上述中“结合力”实质是( D )
A．分子间作用力
B．氢键
C．非极性共价键
D．极性共价键
解析：水中没有游离态的氢原子，氢原子以共价键与氧原子形成水，无线电频率可以降低盐水中所含元素之间的“结合力”，释放出氢原子，这种结合力为共价键，该共价键是由不同元素形成的，为极性共价键。
二、非选择题
7．已知与碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第一个长周期，短周期元素Y原子的最外层电子数比内层电子总数少3，它们形成化合物的分子式是XY4。试回答：
(1)X元素的基态原子的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d104s24p2__，Y元素原子的最外层电子的电子排布图为____。
(2)若X、Y两元素电负性分别为1.8和3.0，试判断XY4中X与Y之间的化学键为__共价键__(填“共价键”或“离子键”)。
(3)该化合物的立体构型为__正四面体__形，中心原子的轨道杂化类型为__sp3杂化__，分子为__非极性分子__(填“极性分子”或“非极性分子”)。
(4)该化合物在常温下为液体，该液体微粒间的作用力是__范德华力__。
(5)该化合物的沸点与SiCl4比较：__GeCl4__(填化学式)的沸点高，原因是__组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高__。
解析：依题意，X为第四周期第ⅣA族元素Ge，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2，Y元素原子的最外层电子数比内层电子总数少3，则Y是Cl元素，Cl元素原子最外层电子的电子排布图为。GeCl4中Ge与Cl形成的是共价键，立体构型为正四面体形，中心原子为sp3杂化，为非极性分子，微粒间的作用力是范德华力。
8．北斗卫星导航系统是中国自行研制并开发的，其中第八颗和第九颗北斗卫星是被长征三号甲运载火箭送入太空预定转移轨道的。已知运送卫星的火箭所需燃料除液态过氧化氢外，还有另一种液态氮氢化合物。已知该化合物中氢元素的质量分数为12.5%，相对分子质量为32，结构分析发现该分子结构中只有单键。
(1)该氮氢化合物的电子式为____，其中N原子采取__sp3__杂化方式，该分子是__极性__(填“极性”或“非极性”)分子。
(2)若该物质与液态过氧化氢恰好完全反应，产生两种无毒又不污染环境的物质，在该反应的反应物和生成物中既含有极性键又含有非极性键的是__N2H4和H2O2__，只含有非极性键的是__N2__，只含有极性键的是__H2O__。
(3)NH3分子中的N原子有一对孤电子对，能发生反应：NH3＋HCl===NH4Cl。试写出将上述氮氢化合物通入足量盐酸时，发生反应的化学方程式：__N2H4＋2HCl===N2H6Cl2__。
(4)“笑气”(N2O)是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。有关理论认为N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)；又已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则N2O的电子式可表示为____，由此可知它__含有__(填“含有”或“不含”)非极性键。
解析：(1)由该物质的相对分子质量和氢元素的质量分数可知其分子式为N2H4，它的结构可看作是NH3分子中的一个H原子被—NH2取代后所得，分子的结构式为，分子中的键全部是单键，故N原子的杂化方式与NH3分子中的N原子杂化方式相同，也是sp3杂化，该分子为极性分子。
(2)两者反应后生成的物质无毒又不污染环境，故得到的是N2和H2O，反应的化学方程式为N2H4＋2H2O2===N2＋4H2O，两种反应物中都含有极性键和非极性键，在生成物H2O中只含有极性键，N2中只含有非极性键。
(3)因为在N2H4分子的N原子上各有一对孤电子对，故一分子N2H4能与两分子HCl反应，反应的化学方程式为N2H4＋2HCl===N2H6Cl2。
(4)因为N2O和CO2互为等电子体，故结构相似，应该都为直线形，因CO2的结构式为O===C===O，而N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，故N2O的结构式为N===N===O，其电子式为，分子中既含有极性键又含有氮氮非极性键。
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第二章
分子结构与性质
第三节 分子的性质
第2课时 溶解性、手性和无机含氧酸分子的酸性
激趣入题·情境呈现
物质内部的分子结构存在着对称美。许多物质形状与结构对称统一于一体，如金刚石晶体(外形为正八面体，结构为正四面体)，石英晶体(外形为两端对称的六角棱柱体，结构为四面体)。它们都反映了物质内部多种(个)原子之间有序的结合，多种(个)原子在变化中趋于统一，在参差中趋于整齐，在“反复”中透着秩序，显示着节奏，尽显出化学中的对称美。
1828年苯就被发现了，所有的证据都表明苯分子非常对称。很难想象6个碳原子和6个氢原子怎么能够完全对称地排列、形成稳定的分子。四十年后的1864年冬，德国化学家凯库勒坐在壁炉前的一次睡梦，使他顿悟了苯分子是一个环——平面正六边形。凯库勒的苯分子结构理论之所以美，不仅因为它与实验事实相符合，也因为它采取双轴对称的几何图形，给人以对称美的魅力。
实际上，我们所感受的这种对称性体现了相对于分界线或中央平面两侧物体各部分在大小、形状或相对位置的对应性。宏观物体具有对称性，那么，构成它们的微观粒子如分子也具有对称性吗？
新知预习·自主探究
一、物质的溶解性
1．“相似相溶”规律：非极性溶质一般能溶于__________溶剂，极性溶质一般能溶于________溶剂。
2．影响物质溶解性的因素：
非极性
极性
温度
压强
氢键
氢键
增大
二、手性与无机含氧酸的酸性
1．手性
(1)手性异构体
具有完全相同的________和____________的一对分子，如同左手与右手一样互为________，却在三维空间里____________，互称手性异构体。
(2)手性分子
组成
原子排列
镜像
不能重叠
手性分子
2．无机含氧酸分子的酸性
(1)对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越______。
如酸性强弱：HClO______HClO2______HClO3______HClO4。
(2)如果把含氧酸的通式写成(HO)mROn的形式，成酸元素R相同时，则n值越大，酸性也就越______。
强
<
<
<
强
预习自测·初试牛刀
1．在相同条件下，SO2在水中的溶解度比CO2在水中的溶解度( )
A．大
B．小
C．一样
D．无法比较
解析：SO2分子中硫原子的价层电子对是3且含有对孤电子对，所以SO2是V形结构，为极性分子，CO2是直线形结构，为非极性分子，根据相似相溶原理知，SO2在水中的溶解度大于CO2在水中的溶解度，故选A。
A
2.莽草酸的分子结构模型如图所示(分子中只有C、H、O三种原子)。其分子中手性碳原子的个数为( )
A．1
B．2
C．3
D．4
C
3．碘单质在水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大，这是因为( )
A．CCl4与I2分子量相差较小，而H2O与I2分子量相差较大
B．CCl4与I2都是直线型分子，而H2O不是直线型分子
C．CCl4和I2都不含氢元素，而H2O中含有氢元素
D．CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子
解析：CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子，根据相似相溶原理可知碘单质在水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大，与相对分子质量、是否是直线形分子、是否含有氢元素等没有直接的关系，故选D。
D
4．下列无机含氧酸分子中酸性最强的是( )
A．HNO2
B．H2SO3
C．HClO3
D．HClO4
解析：根据无机含氧酸酸性强弱的判断方法可知，HNO2和H2SO3是中强酸，HClO3是强酸，而HClO4是最强的酸。
D
5．用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂应具有的性质是( )
①不和碘或水起化学反应 ②能溶于水 ③不溶于水 ④应是极性溶剂 ⑤应是非极性溶剂
A．①②⑤
B．②③④
C．①③⑤
D．①③④
解析：本题主要考查“相似相溶”原理。非极性分子I2构成的单质易溶于非极性溶剂中。
C
6．用“易溶”或者“不易溶”表示出下列几种晶体在水和四氯化碳中的溶解情况：
解析：NaCl属于离子化合物，可看作强极性物质，因此易溶于水，蔗糖、硫酸和水分子都是极性分子，碘、萘和四氯化碳都是非极性分子，根据“相似相溶”规律，可知食盐、蔗糖、硫酸易溶于水，而碘和萘易溶于四氯化碳中。
NaCl
蔗糖
硫酸
碘
萘
水
________
________
________
__________
__________
四氯化碳
__________
__________
__________
________
________
易溶
易溶
易溶
不易溶
不易溶
不易溶
不易溶
不易溶
易溶
易溶
课堂探究·疑难解惑
1．什么是“相似相溶”规律？
2．为什么乙醇与水互溶？而戊醇在水中溶解度明显减小？
知识点一 物质的溶解性
1．提示 “相似相溶”规律是指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．提示 乙醇中的—OH与水分子的—OH相近，因而乙醇能与水互溶；而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烃基较大，其中的—OH跟水分子的—OH的相似因素小得多，故溶解度明显减小。
物质相互溶解的性质十分复杂，受到许多因素的制约，如温度、压强等。通过对许多实验的观察与研究，人们得出了一个经验性的“相似相溶”规律。
1．“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CCl4，因为蔗糖、氨、水都是极性分子；而萘和碘易溶于CCl4，难溶于水，因为萘和碘、CCl4都是非极性分子。离子化合物是强极性物质，很多易溶于水。
2．溶剂和溶质之间存在氢键，溶解性好，溶质分子不能与水分子形成氢键，在水中溶解度就比较小。如NH3极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能与水混溶，就是因为它们与水形成了分子间氢键的原因。
3．“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。如乙醇分子中的—OH与水分子中的—OH相近，因而乙醇能与水互溶。当然，乙醇分子由于—OH的极性较大，易与H2O分子形成氢键也是其互溶的原因。而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烃基较大，烃基是非极性基团，是疏水亲油基团。戊醇在水中的溶解度明显减小，烃基越大的醇在水中的溶解度就越小。羧酸也是如此。
4．如果溶质与水能发生化学反应，也会增大溶质的溶解度。如SO2与水发生反应生成H2SO3，而H2SO3可溶于水，因此SO2的溶解度增大。
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．碘难溶于水
解析：根据“相似相溶”规律，极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂。HCl为极性分子易溶于水，I2为非极性分子易溶于CCl4，难溶于水。Cl2易溶于NaOH溶液是因为Cl2与NaOH溶液发生了化学反应。
B
典例
1
D
解析：A项符合“相似相溶”的规律，B项说明了氢键的形成，C项表示了NH3溶于水建立了化学平衡，以上三项都充分反映了NH3易溶于水的原因。至于D项，氨液化是指它因加压或降温由气态较易转化成液态，这是与沸点相关而与溶解度不相关的变化。
1．什么是手性异构体？
2．什么是手性分子？
知识点二 手性分子的判断
1．提示 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重叠，互称手性异构体。
2．提示 有手性异构体的分子叫手性分子。
1．手性异构体和手性分子
如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体，又叫对映异构体、光学异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。如下图所示的两个分子，化学组成完全相同，但是无论如何旋转都不能使二者重叠，它们具有不同的三维结构。显然，结构不同的分子，性质也不同。构成生命体的有机分子绝大多数是手性分子，许多主要的生物活性是通过严格的手性匹配产生分子识别而实现的。
3．手性分子的用途
(1)常见手性分子：构成生命体的绝大多数分子为手性分子。两个手性分子的性质不同，且手性有机物中必含手性碳原子。
(2)手性分子的应用：生产手性药物、生产手性催化剂(手性催化剂只催化或主要催化一种手性分子的合成)。
下列化合物中含有手性碳原子的是( )
D
典例
2
规律方法指导：判断手性分子，关键是找到手性碳原子，故分析手性碳原子是否存在是解这类题的关键。一般要分析目标碳原子连接的原子或原子团是否不同，所处的环境是否有差异。若是手性碳原子则连接的原子或原子团所处的环境是不同的，即连在同一个碳原子上的四个原子或原子团是互不相同的。
B
解析：有机分子中连接四个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳原子。A、C、D选项分子处于中间位置的碳原子均连有一个氢原子和三个不同的其他原子团，具有手性，不符合题意；B项分子中间的碳原子连有两个氢，不具有手性。
1．同一种元素的含氧酸的酸性与化合价有何关系？
2．如果把含氧酸的通式写成(HO)mROn的形式，成酸元素R相同时，酸性强弱与n有何关系？
知识点三 无机含氧酸分子的结构与酸性强弱判断
1．提示 同一种元素的含氧酸，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。
2．提示 n值越大，酸性越强。
特别提醒：无机含氧酸和有机羧酸都是共价化合物而非离子化合物，它们在熔融状态(即液态)下不电离(如纯硫酸中只含有H2SO4分子)，在水溶液中O—H键断裂，全部或部分电离出H＋而显酸性。
2．比较无机含氧酸酸性强弱的方法
无机含氧酸分子之所以显酸性，是因为其分子中含有—OH，而—OH上的H在水分子的作用下能够电离出H＋，而显示一定的酸性。
(1)对同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。
(2)含氧酸可表示为(HO)mROn，若R相同，n值越大，酸性越强。
(3)同主族元素或同周期元素最高价含氧酸的酸性比较，根据非金属性强弱去比较，如HClO4>H2SO4，H2SO4>H2SeO4。
无机含氧酸的化学式可用(HO)mROn来表示(R代表成酸元素，n代表ROn基中的氧原子数，m代表OH数)，则n值越大，该酸的酸性就越强，硫酸、磷酸的结构如下。则它们的酸性( )
A．硫酸和磷酸都是强酸
B．硫酸是强酸，但是酸性比磷酸弱
C．硫酸是强酸，且酸性比磷酸强
D．磷酸和硫酸都是弱酸
C
典例
3
解析：硫酸可写为(OH)2SO2，磷酸可写为(OH)3PO，n值分别为2、1，m值分别为2、3。由于n值越大，该酸的酸性就越强，因此H2SO4的酸性强于H3PO4。
规律方法：若酸为(HO)mROn，当R相同时，则n值越大，R的正电性越高，导致R—O—H中O原子的电子向R偏移，在水分子作用下就容易电离出H＋，显较强的酸性。
3．下列各组物质中，酸性由强到弱排列顺序错误的是( )
A．HClO4>H2SO4>H3PO4
B．HClO4>HClO3>HClO2
C．HClO>HBrO4>HIO4
D．H2SO4>H2SO3>H2CO3
解析：元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，A项正确；无机含氧酸酸性强弱的判断：同一元素的含氧酸，该元素价态越高，酸性越强，B项正确；HClO中的氯不是最高价，C项错误；酸性：H2SO4(强酸)>H2SO3(中强酸)>H2CO3(弱酸)，D项正确。
C
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手性
当四个不同的原子或基团连接在碳原子(如CHBrClF)上时，这个碳原子是不对称碳原子。这种分子和它在镜中的像，就如同人的左手和右手，相似而不全同，即它们不能重叠，我们称它们表现为手性(chirahty)。具有手性的分子叫做手性分子。一个手性分子和它的镜像分子构成一对异构体，通常分别用D和L来标记。因为构成生命的重要物质如蛋白质和核酸等都是由手性分子缩合而成的，因此生物体内进行的化学反应也将受到这些分子构型的影响。许多药物的有效成分只有其中的一种异构体有活性，而另一种异构体无效甚至有毒副作用。
例如，一种称为“驱虫净”的肠道驱虫药，其有效成分的分子构型为L型，而分子构型为D型的成分却无药效；早期用于减轻妇女妊娠反应的药物酞胺哌啶酮未能将L型异构体分离出去而导致许多胎儿畸形。因此，药物的不对称合成现在成为极为引人注目的研究领域。21世纪的第一个诺贝尔化学奖授予诺尔斯(W.S.Knowles)、野依良治(R.Noyori)、夏普莱斯(K.B．Sharpless)，就是为表彰他们在手性催化反应研究方面的杰出贡献。
下列说法不正确的是( )
A．互为手性异构体的分子互为镜像
B．利用手性催化剂合成可主要得到一种手性分子
C．手性异构体分子组成相同
D．手性异构体性质相同
D
解析：互为手性异构体的分子互为镜像关系，故A正确；在手性催化中，与催化剂手性匹配的化合物在反应过程中会与手性催化剂形成一种最稳定的过渡态，从而只会诱导出一种手性分子，所以利用手性催化剂合成主要得到一种手性分子，故B正确；手性异构体是同分异构体的一种，同分异构体分子式相同，所以手性异构体分子组成相同，故C正确；手性异构体旋光性不同，化学性质可能有少许差异。第2课时
溶解性、手性和无机含氧酸分子的酸性
1．判断物质在不同溶剂中的溶解性时，一般都遵循“相似相溶”规律。下列装置中，不宜用作HCl尾气吸收的是( C )
解析：A、D项可防止倒吸；B项因HCl不溶于CCl4，也可防止倒吸。
2．下列物质性质的变化规律与分子间作用力无关的是( B )
A．在相同条件下，N2在水中的溶解度小于O2
B．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
D．CH3CH3、CH3CH2CH3、(CH3)2CHCH3、CH3CH2CH2CH3的沸点逐渐升高
解析：A项，N2和O2都是非极性分子，在水中的溶解度都不大，但在相同条件下，O2分子与水分子之间的作用力比N2分子与水分子之间的作用力大，故O2在水中的溶解度大于N2。B项，HF、HCl、HBr、HI的热稳定性与其分子中的极性键的强弱有关，而与分子间作用力无关。C项，F2、Cl2、Br2、I2的组成和结构相似，分子间作用力随相对分子质量的增大而增大，故其熔、沸点逐渐升高。D项，烷烃分子之间的作用力随相对分子质量的增大而增大，故乙烷、丙烷、丁烷的沸点逐渐升高，在烷烃的同分异构体中，支链越多，分子间作用力越小，熔、沸点越低，故异丁烷的沸点低于正丁烷。
3．下列分子中含3个手性碳原子的是( D )
解析：思维流程图：―→
A选项中无手性碳原子，B、C、D中含有的手性碳原子(带
者)为：
4．试比较下列含氧酸的酸性强弱(填“>”“<”或“＝”)：
H2SO4__>__H2SO3；HNO2__<__HNO3；HClO__<__HClO2；HClO3__<__HClO4；H3PO4__>__H3PO3。
解析：本题考查无机含氧酸酸性强弱的比较，中心原子相同时，可比较(HO)mROn中n值大小，n越大，酸性越强。
5．PtCl2(NH3)2可以形成两种固体，一种为淡黄色、在水中的溶解度较小，另一种为黄绿色、在水中的溶解度较大。请回答下列问题：
(1)淡黄色固体物质由__非极性分子__构成，黄绿色固体物质由__极性分子__构成(填“极性分子”或“非极性分子”)。
(2)黄绿色固体在水中溶解度比淡黄色固体大，原因是__黄绿色固体是由极性分子构成的，而淡黄色固体是由非极性分子构成的，根据“相似相溶”规律可知前者在水中的溶解度大于后者__。
6．根据相似相溶规律，解释下列实验操作：
(1)酒精是一种优良的有机溶剂，为什么能用酒精来配制0.1
g·mL－1的NaOH酒精溶液？
__乙醇中含有极性基团—OH，是极性分子，NaOH是离子化合物，据相似相溶规律，NaOH可溶于酒精中__。
(2)油脂制取肥皂的过程中，先将新鲜的动物脂肪放入一定量的乙醇中，微热使脂肪完全溶解，后再与40%的NaOH溶液反应。其中乙醇的作用是__乙醇中含有CH3CH2—基团，动物脂肪中也含有较长的脂肪烃链，根据相似相溶规律，酒精能使脂肪溶解__。
解析：相似相溶规律的主要内容包括：极性溶剂(如水)易溶解极性物质(离子化合物、极性分子如强酸等)；非极性溶剂(如苯、汽油、四氯化碳等)能溶解非极性物质(大多数有机物、Br2、I2等)；含有相同官能团的物质互溶，如水中含羟基(—OH)能溶解含有羟基的醇、酚、羧酸。
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-第2课时 溶解性、手性和无机含氧酸分子的酸性
激趣入题·情境呈现
物质内部的分子结构存在着对称美。许多物质形状与结构对称统一于一体，如金刚石晶体(外形为正八面体，结构为正四面体)，石英晶体(外形为两端对称的六角棱柱体，结构为四面体)。它们都反映了物质内部多种(个)原子之间有序的结合，多种(个)原子在变化中趋于统一，在参差中趋于整齐，在“反复”中透着秩序，显示着节奏，尽显出化学中的对称美。
1828年苯就被发现了，所有的证据都表明苯分子非常对称。很难想象6个碳原子和6个氢原子怎么能够完全对称地排列、形成稳定的分子。四十年后的1864年冬，德国化学家凯库勒坐在壁炉前的一次睡梦，使他顿悟了苯分子是一个环——平面正六边形。凯库勒的苯分子结构理论之所以美，不仅因为它与实验事实相符合，也因为它采取双轴对称的几何图形，给人以对称美的魅力。
实际上，我们所感受的这种对称性体现了相对于分界线或中央平面两侧物体各部分在大小、形状或相对位置的对应性。宏观物体具有对称性，那么，构成它们的微观粒子如分子也具有对称性吗？
新知预习·自主探究
一、物质的溶解性
1．“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。
2．影响物质溶解性的因素：
—有__温度__、__压强__等
↓
—“相似相溶”规律
↓
—
↓
—
二、手性与无机含氧酸的酸性
1．手性
(1)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__不能重叠__，互称手性异构体。
(2)手性分子
有手性异构体的分子叫作__手性分子__。如乳酸：()分子。
2．无机含氧酸分子的酸性
(1)对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越__强__。
如酸性强弱：HClO__<__HClO2__<__HClO3__<__HClO4。
(2)如果把含氧酸的通式写成(HO)mROn的形式，成酸元素R相同时，则n值越大，酸性也就越__强__。
预习自测·初试牛刀
1．在相同条件下，SO2在水中的溶解度比CO2在水中的溶解度( A )
A．大
B．小
C．一样
D．无法比较
解析：SO2分子中硫原子的价层电子对是3且含有对孤电子对，所以SO2是V形结构，为极性分子，CO2是直线形结构，为非极性分子，根据相似相溶原理知，SO2在水中的溶解度大于CO2在水中的溶解度，故选A。
2.莽草酸的分子结构模型如图所示(分子中只有C、H、O三种原子)。其分子中手性碳原子的个数为( C )
A．1
B．2
C．3
D．4
3．碘单质在水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大，这是因为( D )
A．CCl4与I2分子量相差较小，而H2O与I2分子量相差较大
B．CCl4与I2都是直线型分子，而H2O不是直线型分子
C．CCl4和I2都不含氢元素，而H2O中含有氢元素
D．CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子
解析：CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子，根据相似相溶原理可知碘单质在水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大，与相对分子质量、是否是直线形分子、是否含有氢元素等没有直接的关系，故选D。
4．下列无机含氧酸分子中酸性最强的是( D )
A．HNO2
B．H2SO3
C．HClO3
D．HClO4
解析：根据无机含氧酸酸性强弱的判断方法可知，HNO2和H2SO3是中强酸，HClO3是强酸，而HClO4是最强的酸。
5．用萃取法从碘水中分离碘，所用萃取剂应具有的性质是( C )
①不和碘或水起化学反应 ②能溶于水 ③不溶于水 ④应是极性溶剂 ⑤应是非极性溶剂
A．①②⑤
B．②③④
C．①③⑤
D．①③④
解析：本题主要考查“相似相溶”原理。非极性分子I2构成的单质易溶于非极性溶剂中。
6．用“易溶”或者“不易溶”表示出下列几种晶体在水和四氯化碳中的溶解情况：
NaCl
蔗糖
硫酸
碘
萘
水
__易溶__
__易溶__
__易溶__
__不易溶__
__不易溶__
四氯化碳
__不易溶__
__不易溶__
__不易溶__
__易溶__
__易溶__
解析：NaCl属于离子化合物，可看作强极性物质，因此易溶于水，蔗糖、硫酸和水分子都是极性分子，碘、萘和四氯化碳都是非极性分子，根据“相似相溶”规律，可知食盐、蔗糖、硫酸易溶于水，而碘和萘易溶于四氯化碳中。
课堂探究·疑难解惑
知识点一 物质的溶解性
┃┃问题探究__■
1．什么是“相似相溶”规律？
2．为什么乙醇与水互溶？而戊醇在水中溶解度明显减小？
┃┃探究提示__■
1．提示 “相似相溶”规律是指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．提示 乙醇中的—OH与水分子的—OH相近，因而乙醇能与水互溶；而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烃基较大，其中的—OH跟水分子的—OH的相似因素小得多，故溶解度明显减小。
┃┃知识总结__■
物质相互溶解的性质十分复杂，受到许多因素的制约，如温度、压强等。通过对许多实验的观察与研究，人们得出了一个经验性的“相似相溶”规律。
1．“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CCl4，因为蔗糖、氨、水都是极性分子；而萘和碘易溶于CCl4，难溶于水，因为萘和碘、CCl4都是非极性分子。离子化合物是强极性物质，很多易溶于水。
2．溶剂和溶质之间存在氢键，溶解性好，溶质分子不能与水分子形成氢键，在水中溶解度就比较小。如NH3极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能与水混溶，就是因为它们与水形成了分子间氢键的原因。
3．“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。如乙醇分子中的—OH与水分子中的—OH相近，因而乙醇能与水互溶。当然，乙醇分子由于—OH的极性较大，易与H2O分子形成氢键也是其互溶的原因。而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烃基较大，烃基是非极性基团，是疏水亲油基团。戊醇在水中的溶解度明显减小，烃基越大的醇在水中的溶解度就越小。羧酸也是如此。
4．如果溶质与水能发生化学反应，也会增大溶质的溶解度。如SO2与水发生反应生成H2SO3，而H2SO3可溶于水，因此SO2的溶解度增大。
┃┃典例剖析__■
典例1
下列现象不能用“相似相溶”规律解释的是( B )
A．氯化氢易溶于水
B．氯气易溶于NaOH溶液
C．碘易溶于CCl4
D．碘难溶于水
解析：根据“相似相溶”规律，极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂。HCl为极性分子易溶于水，I2为非极性分子易溶于CCl4，难溶于水。Cl2易溶于NaOH溶液是因为Cl2与NaOH溶液发生了化学反应。
┃┃变式训练__■
1．氨在水中的溶解度在常见气体中最大。下列因素与氨的水溶性没有关系的是( D )
A．NH3和H2O都是极性较强的分子
B．NH3在水中易形成“O—H…N”键
C．NH3溶于水建立了“NH3＋H2O??NH3·H2O??NH＋OH－”的平衡
D．氨是一种容易液化的气体
解析：A项符合“相似相溶”的规律，B项说明了氢键的形成，C项表示了NH3溶于水建立了化学平衡，以上三项都充分反映了NH3易溶于水的原因。至于D项，氨液化是指它因加压或降温由气态较易转化成液态，这是与沸点相关而与溶解度不相关的变化。
知识点二 手性分子的判断
┃┃问题探究__■
1．什么是手性异构体？
2．什么是手性分子？
┃┃探究提示__■
1．提示 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重叠，互称手性异构体。
2．提示 有手性异构体的分子叫手性分子。
┃┃知识总结__■
1．手性异构体和手性分子
如果一对分子，它们的组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠，这对分子互称手性异构体，又叫对映异构体、光学异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。如下图所示的两个分子，化学组成完全相同，但是无论如何旋转都不能使二者重叠，它们具有不同的三维结构。显然，结构不同的分子，性质也不同。构成生命体的有机分子绝大多数是手性分子，许多主要的生物活性是通过严格的手性匹配产生分子识别而实现的。
2．手性碳原子
连接四个互不相同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。用
C来标记。具有手性的有机物，是因为其含有手性碳原子造成的。如
R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或原子团。判断一种有机物是否具有手性异构体，就看其含有的碳原子是否连有四个互不相同的原子或原子团。不饱和碳原子(如、—C≡C—等中的碳原子)一定不是手性碳原子。
3．手性分子的用途
(1)常见手性分子：构成生命体的绝大多数分子为手性分子。两个手性分子的性质不同，且手性有机物中必含手性碳原子。
(2)手性分子的应用：生产手性药物、生产手性催化剂(手性催化剂只催化或主要催化一种手性分子的合成)。
┃┃典例剖析__■
典例2
下列化合物中含有手性碳原子的是( D )
解析：中心原子连有四个不同的原子或基团，化合物的分子才具有手性。A项中C只连有Cl、F
2种原子，故A项错误；分子中两个C分别连有2种和3种不同的原子或原子团，故B项错误；分子中①、③号C结构对称，故②号C连有3种原子或原子团，①、③号相同均连有3种不同原子或原子团，故C项错误；分子中②号C连有—CH3、—H、—COOH、—OH
4种不同的原子或原子团，故D项正确。
规律方法指导：判断手性分子，关键是找到手性碳原子，故分析手性碳原子是否存在是解这类题的关键。一般要分析目标碳原子连接的原子或原子团是否不同，所处的环境是否有差异。若是手性碳原子则连接的原子或原子团所处的环境是不同的，即连在同一个碳原子上的四个原子或原子团是互不相同的。
┃┃变式训练__■
2．下列物质分子中不具有手性碳原子的是( B )
A．
B．氨基乙酸：H2N—CH2—COOH
C．丙醛糖：CH2OH—CH(OH)—CHO
D．α－氨基丙酸：CH3—CH(NH2)—COOH
解析：有机分子中连接四个不同原子或原子团的碳原子称为手性碳原子。A、C、D选项分子处于中间位置的碳原子均连有一个氢原子和三个不同的其他原子团，具有手性，不符合题意；B项分子中间的碳原子连有两个氢，不具有手性。
知识点三 无机含氧酸分子的结构与酸性强弱判断
┃┃问题探究__■
1．同一种元素的含氧酸的酸性与化合价有何关系？
2．如果把含氧酸的通式写成(HO)mROn的形式，成酸元素R相同时，酸性强弱与n有何关系？
┃┃探究提示__■
1．提示 同一种元素的含氧酸，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。
2．提示 n值越大，酸性越强。
┃┃知识总结__■
1．无机含氧酸分子的酸性
无机含氧酸分子之所以能显示酸性，是因为其分子中含有—OH，而—OH上的H在水分子的作用下能够转化成H＋而显示一定的酸性。如HNO3、H2SO4、H3PO4的结构式分别为：。
特别提醒：无机含氧酸和有机羧酸都是共价化合物而非离子化合物，它们在熔融状态(即液态)下不电离(如纯硫酸中只含有H2SO4分子)，在水溶液中O—H键断裂，全部或部分电离出H＋而显酸性。
2．比较无机含氧酸酸性强弱的方法
无机含氧酸分子之所以显酸性，是因为其分子中含有—OH，而—OH上的H在水分子的作用下能够电离出H＋，而显示一定的酸性。
(1)对同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。
(2)含氧酸可表示为(HO)mROn，若R相同，n值越大，酸性越强。
(3)同主族元素或同周期元素最高价含氧酸的酸性比较，根据非金属性强弱去比较，如HClO4>H2SO4，H2SO4>H2SeO4。
(4)根据羟基氧原子数判断
HnROm：m－n＝
(5)根据电离度来判断
如：α(H3PO4)>α(HClO)，酸性H3PO4>HClO
(6)根据化学反应判断
如H2SO4＋Na2SO3===Na2SO4＋H2O＋SO2↑，酸性：H2SO4>H2SO3
H2O＋CO2＋Ca(ClO)2===CaCO3↓＋2HClO，酸性：H2CO3>HClO
┃┃典例剖析__■
典例3
无机含氧酸的化学式可用(HO)mROn来表示(R代表成酸元素，n代表ROn基中的氧原子数，m代表OH数)，则n值越大，该酸的酸性就越强，硫酸、磷酸的结构如下。则它们的酸性( C )
A．硫酸和磷酸都是强酸
B．硫酸是强酸，但是酸性比磷酸弱
C．硫酸是强酸，且酸性比磷酸强
D．磷酸和硫酸都是弱酸
解析：硫酸可写为(OH)2SO2，磷酸可写为(OH)3PO，n值分别为2、1，m值分别为2、3。由于n值越大，该酸的酸性就越强，因此H2SO4的酸性强于H3PO4。
规律方法：若酸为(HO)mROn，当R相同时，则n值越大，R的正电性越高，导致R—O—H中O原子的电子向R偏移，在水分子作用下就容易电离出H＋，显较强的酸性。
┃┃变式训练__■
3．下列各组物质中，酸性由强到弱排列顺序错误的是( C )
A．HClO4>H2SO4>H3PO4
B．HClO4>HClO3>HClO2
C．HClO>HBrO4>HIO4
D．H2SO4>H2SO3>H2CO3
解析：元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，A项正确；无机含氧酸酸性强弱的判断：同一元素的含氧酸，该元素价态越高，酸性越强，B项正确；HClO中的氯不是最高价，C项错误；酸性：H2SO4(强酸)>H2SO3(中强酸)>H2CO3(弱酸)，D项正确。
核心素养·专家博客
手性
当四个不同的原子或基团连接在碳原子(如CHBrClF)上时，这个碳原子是不对称碳原子。这种分子和它在镜中的像，就如同人的左手和右手，相似而不全同，即它们不能重叠，我们称它们表现为手性(chirahty)。具有手性的分子叫做手性分子。一个手性分子和它的镜像分子构成一对异构体，通常分别用D和L来标记。因为构成生命的重要物质如蛋白质和核酸等都是由手性分子缩合而成的，因此生物体内进行的化学反应也将受到这些分子构型的影响。许多药物的有效成分只有其中的一种异构体有活性，而另一种异构体无效甚至有毒副作用。例如，一种称为“驱虫净”的肠道驱虫药，其有效成分的分子构型为L型，而分子构型为D型的成分却无药效；早期用于减轻妇女妊娠反应的药物酞胺哌啶酮未能将L型异构
体分离出去而导致许多胎儿畸形。因此，药物的不对称合成现在成为极为引人注目的研究领域。21世纪的第一个诺贝尔化学奖授予诺尔斯(W.S.Knowles)、野依良治(R.Noyori)、夏普莱斯(K.B．Sharpless)，就是为表彰他们在手性催化反应研究方面的杰出贡献。
┃┃即时训练__■
下列说法不正确的是( D )
A．互为手性异构体的分子互为镜像
B．利用手性催化剂合成可主要得到一种手性分子
C．手性异构体分子组成相同
D．手性异构体性质相同
解析：互为手性异构体的分子互为镜像关系，故A正确；在手性催化中，与催化剂手性匹配的化合物在反应过程中会与手性催化剂形成一种最稳定的过渡态，从而只会诱导出一种手性分子，所以利用手性催化剂合成主要得到一种手性分子，故B正确；手性异构体是同分异构体的一种，同分异构体分子式相同，所以手性异构体分子组成相同，故C正确；手性异构体旋光性不同，化学性质可能有少许差异。
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-第2课时
溶解性、手性和无机含氧酸分子的酸性
A 级·基础巩固练
一、选择题
1．小明同学在学习钠的化合物性质时，记录了以下四个化学反应方程式：
①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓
②Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑
③Na2CO3＋H2SO3===Na2SO3＋H2O＋CO2↑
④Na2SO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋SO2↑
请你根据学过的知识判断4个反应中的4种含氧酸，其中酸性最强的是( A )
A．H2SO4
B．H2SO3
C．H2SiO3
D．H2CO3
解析：都是二元酸，H2SO4中非羟基氧原子个数最多。
2．溴单质、碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大的原因是( C )
A．溴单质、碘单质和四氯化碳中都含有卤素
B．溴、碘是单质，四氯化碳是化合物
C．Br2、I2是非极性分子，CCl4也是非极性分子，而水是极性分子
D．以上说法都不对
解析：Br2、I2以及CCl4都是非极性分子，而水是极性分子，根据“相似相溶”规律可知溴、碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大。
3．现已知O3分子为V形结构，O3在水中的溶解度和O2比较( C )
A．O3在水中的溶解度和O2一样
B．O3在水中的溶解度比O2小
C．O3在水中的溶解度比O2要大
D．无法比较
解析：因O3为V形结构，为极性分子，O2为非极性分子，根据“相似相溶”规律可知，O3在水中的溶解度比O2大，C项正确。
4．下列有机物中含有两个手性碳原子的是( B )
解析：由有机物的结构可以看出，A、C、D三项中没有手性碳原子；B项中每个与氯原子相连的碳原子都是手性碳原子。
5．下列各组酸中，酸性依次增强的是( D )
A．H2CO3、H2SiO3、H3PO4
B．HNO3、H3PO4、H2SO4
C．HI、HCl、H2S
D．HClO、HClO3、HClO4
解析：碳酸的酸性要强于硅酸，A错；磷酸是中强酸，硝酸和硫酸是强酸，B错；H2S是弱酸，C错；对于同一种元素的含氧酸，该元素的化合价越高，对应酸的酸性越强，D正确。
二、非选择题
6．3－氯－2－氨基丁酸的结构简式为。一个3－氯－2－氨基丁酸分子中含有__2__个手性碳原子。其中一对对映异构体用简单的投影式表示为，则另一对对映异构体的简单投影式为和____。
解析：根据手性碳原子周围连接四个不同的原子或原子团这一规律可以判断该物质分子的手性碳原子个数；参照实例可以知道对映异构体关系就像我们照镜子一样，其另一种就是该种物质在镜子中的“镜像”。
7．含氧酸的酸性强弱与酸中的非羟基氧原子数n有关，n越大，酸性越强。一般n＝0为弱酸，n＝1为中强酸，n＝2为强酸，n＝3为很强酸。根据实验事实可知硼酸(H3BO3)是弱酸，而亚磷酸(H3PO3)是中强酸。
(1)这两种酸的结构式分别为____、____。
(2)亚磷酸是__二__元酸，它与过量的NaOH溶液反应的化学方程式为__H3PO3＋2NaOH===Na2HPO3＋2H2O__。
(3)次磷酸是一种一元酸，化学式为H3PO2，它的结构式为____。
解析：由题给信息可知，硼酸(H3BO3)是弱酸，故H3BO3分子中无非羟基氧原子，即3个O均以羟基形式存在，其结构式为，而亚磷酸是中强酸，说明其分子中有一个非羟基氧原子，则其结构式为，由结构式不难看出，亚磷酸分子中有两个羟基，为二元酸。而次磷酸是一种一元酸，化学式为H3PO2，分子中含有一个羟基，故它的结构式为。
8．判断含氧酸酸性强弱的一条经验规律是：含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。如下表所示：
含氧酸酸性强弱与非羟基氧原子数的关系
次氯酸
磷酸
硫酸
高氯酸
含氧酸
Cl—OH
非羟基氧原子数
0
1
2
3
酸性
弱酸
中强酸
强酸
最强酸
(1)亚磷酸H3PO3和亚砷酸H3AsO3分子式相似，但它们的酸性强弱相差很大，H3PO3是中强酸，H3AsO3既有弱酸性又有弱碱性。由此可知它们的结构式分别为①____，②____。
(2)H3PO3和H3AsO3与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是①__H3PO3＋2NaOH===Na2HPO3＋2H2O__，②__H3AsO3＋3NaOH===Na3AsO3＋3H2O__。
(3)在H3PO3和H3AsO3中分别加入浓盐酸，分析反应情况__H3PO3为中强酸，不与盐酸反应，H3AsO3可与盐酸反应__，写出反应的化学方程式__As(OH)3＋3HCl===AsCl3＋3H2O__。
解析：(1)已知H3PO3为中强酸，H3AsO3为弱酸，依据题给信息可知H3PO3中含1个非羟基氧原子，H3AsO3中不含非羟基氧原子。
(2)与过量NaOH溶液反应的化学方程式的书写，需得知H3PO3和H3AsO3分别为几元酸，从题给信息可知，含氧酸分子结构中含几个羟基氢，则该酸为几元酸。故H3PO3为二元酸，H3AsO3为三元酸。
(3)H3PO3为中强酸，不与盐酸反应；H3AsO3为两性物质，可与盐酸反应。
B 级·能力提升练
一、选择题
1．下列对分子及其性质的解释中，不正确的是( C )
A．碘易溶于四氯化碳、甲烷难溶于水都可用“相似相溶”规律解释
B．乳酸[CH3CH(OH)COOH]中存在一个手性碳原子
C．H2O比H2S稳定是由于水分子间可以形成氢键
D．已知酸性：H3PO4>HClO，是因为H3PO4分子中有1个非羟基氧原子，而HClO分子中非羟基氧原子数目为0
解析：碘是非极性分子，易溶于非极性溶剂四氯化碳，甲烷属于非极性分子，难溶于极性溶剂水，所以都可用“相似相溶”规律解释，A正确；碳原子连接四个不同的原子或原子团时，该碳原子为手性碳原子，所以中加“
”的碳原子为手性碳原子，B正确；H2O的沸点比H2S高是由于水分子间可以形成氢键，H2O比H2S稳定是由于水分子中的H—O键比硫化氢分子中的H—S键强，C错误；H3PO4的非羟基氧原子数大于HClO的非羟基氧原子数，所以磷酸的酸性大于次氯酸，D正确。
2．元素X和Y属于同一主族。元素X的负二价氢化物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物。在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。下列说法正确的是( C )
A．两种元素分别为C和Si，且酸性H2CO3>H2SiO3
B．两种元素分别为N和P，且酸性HNO3>H3PO4
C．两种元素分别为O和S，且酸性H2SO4>H2SO3
D．两种元素分别是Mg和Ca，且碱性Ca(OH)2>Mg(OH)2
解析：根据负二价的元素X与氢化合的产物在通常状况下是一种液体，可知该元素为O，则Y为S元素；根据非羟基氧原子数越多，酸的酸性越强可知，酸性H2SO4>H2SO3。
3.在水中，水分子可彼此通过氢键形成(H2O)n的小集团。在一定温度下(H2O)n的n＝5，每个水分子被4个水分子包围着形成四面体。(H2O)n的n＝5时，下列说法中正确的是( B )
A．(H2O)n是一种新的水分子
B．(H2O)n仍保留着水的化学性质
C．1
mol(H2O)n中有2个氢键
D．1
mol(H2O)n中有4
mol氢键
解析：(H2O)n是H2O分子之间通过氢键结合而成的，氢键不属于化学键，因此(H2O)n不是一种新的分子，(H2O)n仍保留着水的化学性质。(H2O)n中每个氢原子分享到一个氢键，折合每摩尔水有2NA个氢键，当n＝5时，1
mol(H2O)5所含氢键数相当于5
mol
H2O分子含有的氢键数，应为10NA个。
4．科学家发现铂的两种化合物(短线表示化学键)，a为，b为二者有不同的特性，a具有抗癌作用，而b没有。a和b互为( A )
A．同分异构体
B．同素异形体
C．同位素
D．同一物质
解析：观察a、b的组成和结构可知：二者分子式相同，空间结构不同，属于同分异构体。
5．下列说法不正确的是( C )
A．HClO、H2CO3、HNO3、HClO4的酸性依次增强
B．苹果酸含有1个手性碳原子
C．HCl、NH3、C2H5OH均易溶于水的原因之一是与H2O分子均形成氢键
D．以极性键结合的分子不一定是极性分子
解析：HCl与H2O不能形成氢键。
二、非选择题
6．如图所示是过氧化氢(H2O2)分子的空间结构示意图。
(1)写出过氧化氢分子的电子式____。
(2)下列关于过氧化氢的说法中正确的是(填序号)__①②__。
①分子中有极性键 ②分子中有非极性键 ③氧原子的轨道发生了sp2杂化 ④O—O共价键是p—pσ键 ⑤分子是非极性分子
(3)过氧化氢分子之间易形成氢键，该氢键的表示式是__O—H…O—__。
(4)过氧化氢难溶于二硫化碳，主要原因是__H2O2分子是极性分子CS2分子是非极性分子__；过氧化氢易溶于水，主要原因是__H2O2分子与H2O分子之间形成氢键__。
(5)过氧乙酸也是一种过氧化物，它可以看作是过氧化氢分子中的一个氢原子被乙酰基()取代的产物，是一种常用的杀菌消毒剂。在酸性条件下过氧乙酸易发生水解反应生成过氧化氢。
①写出过氧乙酸发生水解反应的化学方程式(有机物用结构简式表示)：____。
②过氧乙酸用作杀菌消毒剂的原因是__过氧乙酸分子中有O—O键，有强氧化性__。
解析：在H—O—O—H分子中，H—O键是极性键，O—O键是非极性键。由于H2O2分子具有图中所示的空间结构，所以H2O2分子是极性分子。借助H2O分子中氧原子发生的原子轨道杂化可知，H2O2分子中氧原子的原子轨道杂化方式是sp3，所以O—O共价键不是p－pσ健。H—O—O—H分子中的O—H键决定了H2O2分子之间存在氢键。H2O2分子是极性分子，CS2分子是非极性分子，所以过氧化氢难溶于二硫化碳，可用“相似相溶”原理解释。H2O2分子和H2O分子中都含有O—H键，所以H2O2分子与H2O分子之间可形成氢键，氢键的形成能增大物质的溶解度。
7．(1)1848年巴斯德用手工在光学显微镜下把左型酒石酸盐晶体和右型酒石酸盐晶体分开的实验曾被选为化学史上十项最美的实验之一。请回答下列问题：
a．左型酒石酸盐晶体和右型酒石酸盐晶体的关系是__手性异构体__。
b．下列化合物中含有手性碳原子的是__②③⑤⑥__(用序号表示)。
①丙烯酸甲酯：CH2===CHCOOCH3
(2)化学是一门美丽的学科，它向我们展示了微观世界中分子、原子的规律。根据无机含氧酸的酸性规律，将下列四种无机含氧酸按酸性相近两两组成一组，它们是__①__和__④__，__②__和__③__(用序号表示)。
①H3PO4 ②HClO ③H3BO3 ④HNO2
解析：(1)左型酒石酸盐晶体和右型酒石酸盐晶体互为手性异构体。在给定的六种物质中，②③⑤⑥四种物质中都有手性碳原子。
(2)在无机含氧酸中，非羟基氧原子数越多，酸性越强，在①④中含有一个非羟基氧原子，在②③中没有非羟基氧原子。
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