2024年高中化學新教材同步選擇性必修第二冊 第2章　第3節(jié)　第3課時　分子結構對物質性質的影響

第3課時分子結構對物質性質的影響[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.能正確判斷微粒間作用力，并理解微粒間作用力對物質性質的影響，形成“結構決定性質”的觀念。2.通過運用微粒間作用力解釋物質的性質變化及原因，建立運用模型解釋化學現象觀點的意識。一、微粒間作用力的判斷及對物質性質的影響1．共價鍵的判斷及分類(1)共價鍵的分類(2)共價鍵類型的判斷①根據成鍵元素判斷：同種元素的原子之間形成的是非極性鍵，不同元素的原子之間形成的是極性鍵。②根據原子間共用電子對數目判斷單鍵、雙鍵或三鍵。③根據共價鍵規(guī)律判斷σ鍵、π鍵及其個數：原子間形成單鍵，則為σ鍵；形成雙鍵，則含有一個σ鍵和一個π鍵；形成三鍵，則含有一個σ鍵和兩個π鍵。2．范德華力、氫鍵及共價鍵的比較范德華力氫鍵共價鍵概念物質分子之間普遍存在的一種相互作用力由已經與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負性很大的原子之間的作用力原子間通過共用電子對所形成的相互作用作用微粒分子氫原子、電負性很大的原子原子強度比較共價鍵>氫鍵>范德華力影響強度的因素①隨著分子極性的增大而增大；②組成和結構相似的物質，相對分子質量越大，范德華力越大對于X—H…Y—，X、Y的電負性越大，Y原子的半徑越小，作用力越大成鍵原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定對物質性質的影響①影響物質的熔點、沸點、溶解度等物理性質；②組成和結構相似的物質，隨相對分子質量的增大，物質的熔、沸點升高，如熔、沸點：F2<Cl2<Br2<I2，CF4<CCl4<CBr4①分子間氫鍵的存在，使物質的熔、沸點升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸點：H2O>H2S，HF>HCl，NH3>PH3②分子內氫鍵使物質的熔、沸點降低①影響分子的穩(wěn)定性；②共價鍵的鍵能越大，分子的穩(wěn)定性越強1．下列物質性質的變化規(guī)律與分子間的作用力無關的是()A．CI4、CBr4、CCl4、CF4的熔、沸點逐漸降低B．HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性依次減弱C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸點逐漸升高D．CH3—CH3、CH3—CH2—CH3、(CH3)2CHCH3、CH3CH2CH2CH3的沸點逐漸升高答案B解析B項，HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性與其分子極性鍵的強弱有關，而與分子間的作用力無關；C項，F2、Cl2、Br2、I2的組成和結構相似，范德華力隨相對分子質量的增大而增大，故其熔、沸點逐漸升高；D項，烷烴分子之間的作用力隨相對分子質量的增大而增大，故乙烷、丙烷、丁烷的沸點逐漸升高，在烷烴的同分異構體中，支鏈越多，范德華力越小，熔、沸點越低，故異丁烷的沸點低于正丁烷。2.(2022·福建南平高級中學高二期中)氫氣是清潔能源之一，解決氫氣的存儲問題是當今科學界需要攻克的課題。C16S8是新型環(huán)烯類儲氫材料，利用物理吸附的方法來儲存氫分子，其分子結構如圖所示，下列相關說法正確的是()A．C16S8的熔點由所含化學鍵的鍵能決定B．C16S8完全燃燒的產物均為極性分子C．分子中的σ鍵和π鍵的數目比為4∶1D．C16S8儲氫時與H2間的作用力為氫鍵答案C解析C16S8的熔點由范德華力的大小決定，故A錯誤；C16S8完全燃燒的產物為CO2和SO2，CO2為非極性分子，SO2為極性分子，故B錯誤；由分子結構可知，分子中σ鍵和π鍵的數目比為4∶1，故C正確；C16S8分子中沒有能形成氫鍵的原子，故二者之間的作用力是范德華力，故D錯誤。3．中科院國家納米科學中心2013年11月22日宣布，該中心科研人員在國際上首次“拍”到氫鍵的“照片”，實現了氫鍵的實空間成像，為“氫鍵的本質”這一化學界爭論了80多年的問題提供了直觀證據，這不僅將人類對微觀世界的認識向前推進了一大步，也為在分子、原子尺度上的研究提供了更精確的方法。下列說法中正確的是()①正是氫鍵的存在，冰能浮在水面上②氫鍵是自然界中最重要、存在最廣泛的化學鍵之一③由于氫鍵的存在，沸點：HCl>HBr>HI>HF④由于氫鍵的存在，使水與乙醇互溶⑤由于氫鍵的存在，使水具有穩(wěn)定的化學性質A．②⑤B．③⑤C．②④D．①④答案D解析冰中水分子有序排列，每個水分子被4個水分子包圍，形成4個氫鍵，使體積膨脹，密度減小，所以冰能浮在水面上，故①正確；氫鍵屬于分子間作用力，不屬于化學鍵，故②錯誤；HF分子間存在氫鍵，沸點最高，HCl、HBr、HI分子間都不存在氫鍵，其熔、沸點高低取決于分子間作用力大小，相對分子質量越大，分子間作用力越大，則熔、沸點越高，所以沸點：HCl<HBr<HI<HF，故③錯誤；乙醇可以和水形成分子間氫鍵，故乙醇能與水以任意比例互溶，故④正確；氫鍵決定的是物質的物理性質，而分子的穩(wěn)定性由共價鍵的強弱決定，故⑤錯誤。4．下列物質的性質或數據與氫鍵無關的是()A．氨極易溶于水B．鄰羥基苯甲酸()的熔點為159℃，對羥基苯甲酸()的熔點為213℃C．乙醚微溶于水，而乙醇可與水以任意比例互溶D．HF分解時吸收的熱量比HCl分解時吸收的熱量多答案D解析NH3分子與H2O分子之間可以形成氫鍵，增大了NH3在水中的溶解度；鄰羥基苯甲酸形成分子內氫鍵，而對羥基苯甲酸形成分子間氫鍵，分子間氫鍵增大了分子間作用力，使對羥基苯甲酸的熔、沸點比鄰羥基苯甲酸的高；乙醇分子結構中含有羥基，可以與水分子形成分子間氫鍵，從而增大了乙醇在水中的溶解度，而乙醚分子不能與水分子形成氫鍵，故乙醚在水中的溶解度比乙醇小得多；HF分解時吸收的熱量比HCl分解時吸收的熱量多的原因是H—F的鍵能比H—Cl的大，與氫鍵無關。5.S2Cl2是橙黃色液體。少量泄漏會產生窒息性氣體，噴水霧可減慢其揮發(fā)，并產生酸性懸濁液。其分子結構如圖所示。下列關于S2Cl2的說法錯誤的是()A．為非極性分子B．分子中既含有極性鍵又含有非極性鍵C．與S2Br2結構相似，熔、沸點：S2Br2>S2Cl2D．與水反應的化學方程式可能為2S2Cl2＋2H2O=SO2↑＋3S↓＋4HCl答案A解析根據S2Cl2的分子結構可知，它屬于極性分子，選項A錯誤；由于S2Cl2與S2Br2結構相似，而相對分子質量S2Br2大，則熔、沸點：S2Br2>S2Cl2，選項C正確；由于S2Cl2少量泄漏會產生窒息性氣體，噴水霧可減慢其揮發(fā)，并產生酸性懸濁液，則與水反應的化學方程式可能為2S2Cl2＋2H2O=SO2↑＋3S↓＋4HCl，選項D正確。二、分子結構與性質“原因解釋”型試題集訓解題模型1．(1)NH3的沸點比PH3的高，原因是NH3可形成分子間氫鍵。(2)CO2比CS2的熔、沸點低，其理由是兩者組成和結構相似，CS2的相對分子質量大，范德華力強，熔、沸點高。(3)CO比N2的熔、沸點高，其理由是兩者相對分子質量相同，CO的極性大，熔、沸點高。(4)的沸點比高，原因是形成分子內氫鍵，而形成分子間氫鍵，分子間氫鍵使分子間作用力增大，沸點升高。2．數十億年來，地球上的物質不斷變化，大氣的成分也發(fā)生了很大的變化。下表是原始大氣和目前空氣的主要成分：空氣的成分N2、O2、CO2、水蒸氣及稀有氣體(如He、Ne等)原始大氣的主要成分CH4、NH3、CO、CO2等用表中所涉及的分子填寫下列空白：(1)含有10個電子的分子有________________________(填化學式，下同)。(2)由極性鍵構成的非極性分子有________。(3)沸點最高的物質是________，用所學知識解釋其沸點最高的原因：___________________。(4)分子中不含孤電子對的分子(除稀有氣體外)有________，它的空間結構為________。(5)CO的結構可表示為OC，與CO結構最相似的分子是__________，這兩種結構相似的分子的極性______(填“相同”或“不相同”)。答案(1)H2O、Ne、CH4、NH3(2)CH4、CO2(3)H2O水分子間存在氫鍵且氫鍵數目較多，使分子間作用力增大，沸點升高(4)CH4正四面體形(5)N2不相同解析(2)具有對稱結構的分子為非極性分子，如N2、O2、CH4、CO2，其中由極性鍵形成的非極性分子為CH4和CO2。(4)碳原子最外層有4個電子，在甲烷分子中與氫原子形成了4個共價鍵，不存在孤電子對，最外層電子都參與成鍵，空間結構為正四面體形。(5)CO分子中的三鍵是由兩個不同的原子形成的，是極性共價鍵，而N2分子中的三鍵是由兩個相同的氮原子形成的，是非極性共價鍵。題組一微粒間作用力的判斷及對物質性質的影響1．(2022·北京四中高二期末)下列說法不正確的是()A．碳碳雙鍵、碳碳三鍵的鍵能分別是碳碳單鍵鍵能的兩倍和三倍B．1個丙烯(CH3CH=CH2)分子中有8個σ鍵，1個π鍵C．丙烯分子中的π鍵不如σ鍵穩(wěn)定D．π鍵電子云形狀為鏡面對稱答案A解析碳碳三鍵含有1個σ鍵和2個π鍵，碳碳雙鍵含有1個σ鍵和1個π鍵，由于碳原子之間σ鍵鍵能大于π鍵鍵能，故碳碳三鍵、碳碳雙鍵的鍵能小于碳碳單鍵鍵能的3倍和2倍，A錯誤；丙烯分子中的π鍵易斷裂，不如σ鍵穩(wěn)定，C正確；兩原子在成鍵時，原子軌道以“肩并肩”的方式重疊形成的共價鍵為π鍵，每個π鍵的電子云由兩塊組成，它們互為鏡像，D正確。2．已知以下反應中的四種物質由三種元素組成，其中a的分子空間結構為正四面體形，一個a分子含有10e－，組成b物質的元素為第三周期元素。下列判斷正確的是()A．四種分子中的化學鍵均是極性鍵B．四種分子中既有σ鍵，又有π鍵C．a、c分子中中心原子均采用sp3雜化D．b、d分子中共價鍵的鍵能：b＞d答案C解析b分子中化學鍵是氯原子與氯原子形成的非極性共價鍵，故A錯誤；四種分子都無π鍵，故B錯誤；甲烷中碳原子與氫原子形成4個碳氫σ鍵，一氯甲烷分子中形成三個碳氫σ鍵和一個碳氯σ鍵，中心原子均為sp3雜化，故C正確；氯的原子半徑大于氫的原子半徑，所以氯氣分子中的氯氯共價鍵的鍵能小于氯化氫分子中的氫氯共價鍵的鍵能，故D錯誤。3．下列兩組命題中，Ⅱ組中命題正確，且能用Ⅰ組中的命題加以解釋的是()選項Ⅰ組Ⅱ組A相對分子質量：HCl>HF沸點：HCl高于HFB鍵能：H—O>H—S沸點：H2O高于H2SC分子間作用力：H2O>H2S穩(wěn)定性：H2O強于H2SD相對分子質量：HI>HCl沸點：HI高于HCl答案D解析HF分子間存在氫鍵，而HCl分子間不存在氫鍵，所以沸點：HCl低于HF，A項中Ⅱ組中命題不正確；沸點與共價鍵的鍵能無關，H2O分子間存在氫鍵，所以沸點：H2O高于H2S，B項中Ⅰ組中命題不能解釋Ⅱ組中命題；分子的穩(wěn)定性與分子間作用力無關，所以C項中Ⅰ組中命題不能解釋Ⅱ組中命題；由于相對分子質量：HI>HCl，所以范德華力：HI>HCl，沸點：HI高于HCl，D項中Ⅰ組中命題能解釋Ⅱ組中命題。4．下列說法不正確的是()A．氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸的酸性依次增強B．蘋果酸()中含有1個手性碳原子C．HCl、NH3、C2H5OH均易溶于水的原因之一是均能與H2O形成氫鍵D．以極性鍵結合的分子不一定是極性分子答案C解析蘋果酸分子中2號碳原子為手性碳原子，B項正確；HCl與H2O不能形成氫鍵，C項錯誤；CH4為非極性分子，D項正確。5．下列說法正確的是()A．冰融化時，分子中H—O發(fā)生斷裂B．隨著鹵素原子電子層數的增加，鹵化物CX4(X為鹵素原子)分子間的作用力逐漸增大，故其熔、沸點也逐漸升高C．由于H—O比H—S牢固，所以水的熔、沸點比H2S的高D．由分子構成的物質中，分子間的作用力越大，該物質越穩(wěn)定答案B解析冰融化時發(fā)生物理變化，只破壞H2O分子間的作用力而不破壞化學鍵，A項錯誤；結構相似的分子中，物質的熔、沸點與其相對分子質量成正比，B項正確；物質的熔、沸點與化學鍵無關，水的熔、沸點比H2S的高是因為水分子間存在氫鍵，C項錯誤；物質的穩(wěn)定性與化學鍵有關，與分子間的作用力無關，D項錯誤。6.在水中，水分子可彼此通過氫鍵形成(H2O)n的小集團。在一定溫度下(H2O)n的n＝5，每個水分子被4個水分子包圍著形成四面體。(H2O)n的n＝5時，下列說法正確的是()A．(H2O)n是一種新的水分子B．(H2O)n仍保留著水的化學性質C．1mol(H2O)n中有2個氫鍵D．1mol(H2O)n中有4mol氫鍵答案B解析(H2O)n是H2O分子之間通過氫鍵結合而成的，氫鍵不屬于化學鍵，因此(H2O)n不是一種新的分子，(H2O)n仍保留著水的化學性質；每個H2O分子可與4個水分子形成氫鍵，每個氫鍵被2個H2O分子共有，當n＝5時，1mol(H2O)5所含氫鍵數應為10NA個。7．(2022·湖南師大附中高二期末)二硫代磷酸酯的分子結構如圖，下列說法錯誤的是()A．該物質可以與水形成分子間氫鍵B．二硫代磷酸酯中C—O的極性小于C—SC．該分子中的所有原子無法都共平面D．1mol該物質含有的π鍵數目為2NA答案B解析C、O的電負性之差大于C、S的電負性之差，故C—O的極性大于C—S，故B錯誤；該分子中含有sp3雜化的碳原子，所有原子無法都共平面，故C正確；二硫代磷酸酯的分子結構中含有1個P=S和1個CO，則含有的π鍵數目為2個，1mol該物質含有的π鍵數目為2NA，故D正確。8．(2022·廣東東莞高二期末)科學家研究溫室氣體CH4、CO2的轉化和利用。下列關于CH4和CO2的說法正確的是()A．因為碳氫鍵的鍵能小于碳氧鍵，所以CH4的熔點低于CO2B．1molCO2分子中含有4molσ鍵C．CH4與H2O形成的水合物晶體俗稱“可燃冰”(結構見上圖)，分子間僅存在范德華力D．N2O與CO2的價電子數相等答案D解析二者熔點高低取決于分子間作用力的相對大小，與共價鍵的鍵能大小無關，A錯誤；每個二氧化碳分子內存在2個碳氧雙鍵，每個碳氧雙鍵中存在1個σ鍵，則1molCO2分子中含有2molσ鍵，B錯誤；分子間存在范德華力，且水分子間存在氫鍵，C錯誤；N2O和CO2均有16個價電子，D正確。題組二分子結構與性質“原因解釋”型試題9．H3BO3分子中的O—B—O的鍵角________(填“大于”“等于”或“小于”)BHeq\o\al(－,4)中的H—B—H的鍵角，判斷依據是____________________________________________________________________________________________________________________________________。答案大于H3BO3分子中的B采取sp2雜化，而BHeq\o\al(－,4)中的B采取sp3雜化，sp2雜化形成的鍵角大于sp3雜化形成的鍵角10．回答下列問題(1)尿素[CO(NH2)2]易溶于水，其原因除尿素和水都是極性分子外，還有__________________。(2)已知A、B的結構如下：A的熔、沸點高于B的原因為________________。(3)已知鄰羥基苯胺的結構為，鄰羥基苯胺的沸點________(填“低于”“高于”或“不確定”)對羥基苯胺的沸點，其原因是___________________________________________。答案(1)尿素與水分子之間可以形成氫鍵(2)A分子間存在氫鍵(3)低于鄰羥基苯胺容易形成分子內氫鍵，沸點降低，對羥基苯胺容易形成分子間氫鍵，沸點升高，因此鄰羥基苯胺的沸點低于對羥基苯胺的沸點11．如圖是元素周期表的一部分。圖中所列的字母分別代表某一種化學元素。下列說法正確的是()A．沸點：A2D<A2XB．CA3分子是非極性分子C．C形成的單質中σ鍵與π鍵的個數之比為1∶2D．B、C、D形成的簡單氫化物熔、沸點依次降低答案C解析根據各元素在周期表中的位置知，A為氫、B為碳、C為氮、D為氧、X為硫、Y為氯。A2D為H2O、A2X為H2S，H2O分子間能形成氫鍵，故沸點：H2O>H2S，A項錯誤；CA3為NH3，NH3是極性分子，B項錯誤；1個N2中有1個σ鍵和2個π鍵，C項正確。12．(2022·遼寧錦州高二期末)藥物瑞德西韋的主要成分結構如圖。下列說法錯誤的是()A．分子中存在σ鍵、π鍵B．分子中的N—H的鍵能小于O—H的鍵能C．分子中N、O、P原子的第一電離能由大到小的順序為O>N>PD．分子中含有手性碳原子答案C解析分子中的所有單鍵都是σ鍵、除苯環(huán)外的雙鍵都含π鍵，苯環(huán)中含大π鍵，故A正確；鍵能：N—H＜O—H，故B正確；N、O屬于同一周期主族元素且原子序數依次增大，同一周期主族元素的第一電離能隨著原子序數的增大而增大，但第ⅤA族的大于第ⅥA族的，所以其第一電離能：N＞O，故C錯誤。13．研究發(fā)現，在CO2低壓合成甲醇反應(CO2＋3H2=CH3OH＋H2O)中，Co氧化物負載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性，顯示出良好的應用前景?；卮鹣铝袉栴}：(1)CO2和CH3OH分子中C原子的雜化方式分別為________和________。(2)在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質中，沸點從高到低的順序為______________，原因是________________________________________________________________________。(3)在常壓下，甲醇的沸點(65℃)比甲醛的沸點(－19℃)高，主要原因是__________________。答案(1)spsp3(2)H2O>CH3OH>CO2>H2H2O與CH3OH均為極性分子，水分子間氫鍵比甲醇分子間氫鍵多；CO2與H2均為非極性分子，CO2相對分子質量較大，范德華力大(3)甲醇分子間存在氫鍵14．現有五種短周期非金屬元素，其中A、B、C的最外層電子排布式可分別表示為asa、bsbbpb、csccp2c，D與B同主族，E位于C的下一周期，且是同周期中電負性最大的元素。試回答下列問題。(1)由A、B、C、E四種元素中的兩種元素可形成多種分子，下列分子①BC2②BA4③A2C2④BE4中，屬于極性分子的是________(填序號)。(2)C的最簡單氫化物比下一周期同族元素的氫化物沸點高，其原因是____________________。(3)B、C兩種元素都能和A元素形成常見的溶劑，其分子式分別為________、________。DE4在前者中的溶解度________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解度。(4)BA4、BE4和DE4的沸點從高到低的順序為________________________(填化學式)。答案(1)③(2)H2O分子間可形成氫鍵(3)C6H6H2O大于(4)SiCl4＞CCl4＞CH4解析由A、B、C、D、E為短周期的非金屬元素及s軌道最多可容納2個電子可得：a＝1，b＝c＝2。即A為H，B為C，C為O，D為Si，E為Cl。(1