化学第三节 分子结构与物质的性质随堂练习题

第三节  分子结构与物质的性质

一、共价键的极性

1．键的极性和分子的极性

(1)键的极性

【注】①根据元素电负性的大小判断键合原子的电性。形成共价键的两个原子，电负性大的原子显负价，电负性小的原子显正价。

      ②电负性差值越大的两原子形成的共价键极性越强。

（2）分子的极性

  分子有极性分子和非极性分子。分子的极性与分子的空间结构及分子中键的极性有关。

(3)  键的极性与分子极性之间的关系

①只含非极性键的分子一定是非极性分子（O3除外）。

②含有极性键的分子，如果分子中各个键的极性的向量和等于零，则为非极性分子，否则为极性分子。

③极性分子中一定有极性键，非极性分子中不一定含有非极性键。例如CH4是非极性分子，只含有极性键。含有非极性键的分子不一定为非极性分子，如H2O2是含有非极性键的极性分子。

例如：

（4）分子极性的判断方法

(1)只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子。如O2、H2、P4、C60。

(2)含有极性键的双原子分子都是极性分子。如HCl、HF、HBr。

(3)含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的是极性分子。

(4)判断ABn型分子极性的经验规律：

①若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子；若不等，则为极性分子。

②若中心原子有孤电子对，则为极性分子；若无孤电子对，则为非极性分子。

如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子；H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分子。

【注】①一般情况下，单质分子为非极性分子，但O3是V形分子，其空间结构不对称，故              O3为极性分子。

      ②H2O2的结构式为H—O—O—H，其空间结构如图所示，是不对称的，为极性分子。

 ③只含极性键的分子不一定是极性分子（如CH4）；极性分子不一定含有极性键（如CH3OH）；含有非极性键的分子不一定是非极性分子（如H2O2）。

例1．下列有关分子的叙述中正确的是(　　)

A．以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子

B．以极性键结合起来的分子一定是极性分子

C．非极性分子只能是双原子单质分子

D．非极性分子中一定含有非极性共价键

【答案】A　[对于抽象的选择题可用举反例法以具体的物质判断正误。A项正确，如O2、H2、N2等；B项错误，以极性键结合起来的分子不一定是极性分子，若分子的空间结构对称，正电中心和负电中心重合，就是非极性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等；C项错误，非极性分子不一定是双原子单质分子，如CH4等；D项错误，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2等。]

例2．PH3又称磷化氢，在常温下是一种无色、有大蒜气味的气体，电石气的杂质中常含有它。它的结构与NH3分子结构相似。以下关于PH3的叙述中正确的是(　　)

A．PH3是非极性分子

B．PH3分子中有未成键的电子对

C．PH3是一种强氧化剂

D．PH3分子中的P—H是非极性键

【答案】 B　[PH3与NH3分子的结构相似，因此在P原子的最外层有一对孤电子对未成键。P—H是由不同种原子形成的共价键，属于极性键。根据PH3的分子结构可知该分子的正电中心和负电中心不重合，故分子有极性。PH3中P呈－3价，具有很强的还原性。]

2．键的极性对化学性质的影响

（1）键的极性对有机酸的酸性大小的影响

羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关，如下表所示。

结论：①烃基（R—）是推电子基团，烃基越长推电子效应越大，使羧基中的烃基的极性越小，羧酸的酸性越弱。所以，酸性HCOOH >CH3COOH>CH3CH2COOH。

      ②与羧基（—COOH）相连的C—X（X为卤素原子）的极性越大，羧酸的酸性越大；C—X的数量越多，羧酸的酸性越大，如酸性：CF3COOH>CCl3COOH>CH3COOH；CCl3COOH>CHCl2COOH>CH2ClCOOH。

二、范德华力

1．分子间的作用力——范德华力

(1)概念：物质的分子之间存在着相互作用力，把这类分子间作用力称为范德华力。

(2)特征：

①)范德华力广泛存在于分子之间，由分子构成的液态和固态物质，范德华力存在于相邻的分子之间；由分子构成的气态物质，只有分子相互接近时才存在范德华力。

②范德华力很弱，比化学键的键能小1~2个数量级。

③范德华力无方向性和饱和性。只要分子周围空间允许，分子总是尽可能多地吸引其他分子。

(3)影响因素：

①一般来说，组成和性质相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大；

②相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力也越大。如CO为极性分子，N2为非极性分子，范德华力：CO>N2。

③分子组成相同但结构不同的物质，分子的对称性越强，范德华力越小，如 对二甲苯< 间二甲苯 < 邻二甲苯。

(4)范德华力对物质性质的影响

范德华力主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质。范德华力越大，物质的熔沸点越高。如：F2<Cl2<Br2<I2。

【注】范德华力主要影响物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。

三、氢键及其对物质性质的影响

1．氢键的概念、形成条件及表示方法

(1)概念：氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子(如水分子中的氢)与另一个电负性很大的原子(如水分子中的氧)之间的作用力。

(2)形成条件：

①H原子与电负性很大的X原子形成强的极性键，如H2O中的O原子。

② 与H原子形成氢键的Y原子的电负性必须很大，如NH3中的N原子。

③X、Y的原子半径要小，以减小形成氢键的空间阻力。

综上所述，能形成氢键的元素一般为N、O、F。

(3)表示方法：氢键的通式可用X—H…Y—表示。式中X和Y表示F、O、N，“—”表示共价键，“…”表示氢键。

【注】一般来说，能形成氢键的元素有N、O、F。所以氢键一般存在于含N—H、H—O、H—F的物质中，或有机化合物中的醇类和羧酸类等物质中。

2．氢键的特征

(1) 氢键不是化学键，而是特殊的分子间作用力，其键能比化学键弱，比范德华力强。

(2)氢键具有一定的方向性和饱和性

X—H与Y形成分子间氢键时，氢原子只能与一个Y原子形成氢键，3个原子总是尽可能沿直线分布，这样可使X与Y尽量远离，使两原子间电子云的排斥作用力最小，体系能量最低，形成的氢键最强、最稳定 (如下图)。

3．氢键的类型

(1)分子间氢键，如水中O—H…O。

(2)分子内氢键，如（邻羟基苯甲醛）。

4．氢键对物质性质的影响

(1)当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。

(2)当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将下降。

(3)氢键也影响物质的溶解。如NH3极易溶于水，因NH3与H2O之间能形成氢键，且都是极性分子。

(4)对物质密度的影响：氢键可使固体或液体的密度减小；使气体物质的密度增大。如液态水密度>固态的密度。

(5)氢键对物质电离性质的影响：如邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1与对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1相差较大。

四、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。如蔗糖和氨易溶于水，难溶于四氯化碳；而萘和碘却易溶于四氯化碳，难溶于水。

【注】CO、NO等极性分子均难溶于水，不少盐类（如AgCl、PbSO4、BaSO4等）也难溶于水，H2、N2难溶于水也难溶于苯等。

2．影响物质溶解性的因素

(1)外界因素：主要有温度、压强等。

      ①温度：一般，温度越高，固体物质的溶解度越大。（Ca(OH)2、气体除外）。

      ②压强：一般，压强越大，气体溶解度越大。

(2)氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。

(3)分子结构的相似性：溶质和溶剂的分子结构相似程度越大，其溶解性越大。如乙醇与水互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。

(4)溶质是否与水反应：溶质与水发生反应，溶质的溶解度会增大。如SO2与水反应生成的H2SO3可溶于水，故SO2的溶解度增大。

五、分子的手性

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叠合，互称手性异构体(或对映异构体)。

2．手性分子

有手性异构体的分子叫做手性分子。

如乳酸()分子。

例3．碘单质在水中的溶解度很小，但在CCl4中的溶解度很大，这是因为(　 )

A．CCl4与I2相对分子质量相差较小，而H2O与I2的相对分子质量相差较大

B．CCl4与I2都是直线形分子，而H2O不是直线形分子

C．CCl4与I2中都不含氢元素，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

答案 D　[根据“相似相溶”原理；极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂。CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子，所以碘单质在水中的溶解度很小，在CCl4中的溶解度很大。]

例4. 甲酸可通过氢键形成二聚物，HNO3可形成分子内氢键。试在下图中画出氢键。

[答案]　

【总结】范德华力、氢键、化学键的比较

练习1．下列现象与氢键有关的是(　　)

①NH3的熔、沸点比第ⅤA族其他元素氢化物的高

②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶

③冰的密度比液态水的密度小

④尿素的熔、沸点比醋酸的高

⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低

⑥水分子高温下也很稳定

A．①②③④⑤⑥　　　 B．①②③④⑤

C．①②③④ D．①②③

答案  B　[氢键不是化学键，一般影响物质的物理性质，分子的稳定性与化学键强弱有关系，因此⑥与氢键无关系，答案选B。]

练习2．水分子间存在一种叫“氢键”的作用(介于范德华力与化学键之间)彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体。

(1)1 mol冰中有________mol“氢键”。

(2)水分子可电离生成两种含有相同电子数的粒子，其电离方程式为：____________________________________________________________。

已知在相同条件下双氧水的沸点明显高于水的沸点，其可能的原因是_____________________________________________________________。

(3)氨气极易溶于水的原因之一也与氢键有关。请判断NH3溶于水后，形成的NH3·H2O的合理结构是如图的(a)还是(b)？________。

(a)　　　　　　　　(b)

[解析]　　(1)每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，故每个水分子形成的氢键数为4/2＝2。

(3)从一水合氨的电离特点确定。

[答案]　　(1)2　(2)H2O＋H2OH3O＋＋OH－　双氧水分子之间存在更强烈的氢键　(3)b