高中化学选修3第2章第3节第1课时键的极性和分子极性

PAGEPAGE11第三节分子的性质第1课时键的极性和分子极性范德华力和氢键[随堂演练]1．下列叙述中正确的是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含有离子键的化合物一定是离子化合物，不可能是共价化合物，但离子化合物中可能含共价键(包括极性、非极性共价键)。极性分子中可能含非极性键，如H2O2，非极性分子中也可能含极性键，如CH4、CO2等。答案D2．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、H2SB．C2H4、CH4C．Cl2、C2H2D．NH3、HCl解析非极性分子中含有极性键时，极性键组成的分子结构必须对称，正、负电荷重心重合。答案B3．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。答案C4．(1)乙醇的沸点高于丙酮，这是因为____________________________。(2)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因__________________。GeCl4GeBr4GeI4熔点/℃－49.526146沸点/℃83.1186约400(3)CO2低压合成甲醇反应为CO2＋3H2=CH3OH＋H2O。在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为__________________，原因是____________________。解析(1)CH3CH2OH分子中含有—OH，分子间可形成氢键，而丙酮分子间只有范德华力。(2)锗的三种卤化物结构相似，但GeCl4、GeBr4、GeI4的相对分子质量依次增大，范德华力依次增大，熔、沸点依次升高。(3)由于水和甲醇均为极性分子，二氧化碳和氢气均为非极性分子，所以水和甲醇的沸点高于二氧化碳和氢气的沸点；由于水分子中两个氢原子都可以参与形成分子间氢键，而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键，所以水的沸点高于甲醇的沸点；由于二氧化碳的相对分子质量比氢气大，所以二氧化碳分子间作用力较大，沸点较高。答案(1)乙醇分子间形成氢键(2)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强(3)H2O＞CH3OH＞CO2＞H2H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大[能力提升]一、选择题1．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．XYB．XY2C．XY3D．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。答案A2．下列现象与氢键有关的是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．②③④⑤B．②③⑤C．①②③④D．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。答案B3．下列关于粒子结构的描述错误的是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。答案B4．下列说法正确的是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＞HIA．①②⑤⑥B．①②③④C．①②④⑤D．③④⑤⑥解析⑤34号元素是Se，位于第四周期第ⅥA族；⑥酸性：HI＞HBr＞HCl。答案B5．短周期元素X、Y、Z所在的周期数依次增大，它们的原子序数之和为20，且Y2－与Z＋核外电子层的结构相同。下列化合物中同时存在极性和非极性共价键的是A．Z2YB．X2Y2C．Z2Y2D．ZYX解析由题意知，Y、Z分别属于ⅥA族和ⅠA族，Y的原子序数为8，为O元素，Z的原子序数为11，为Na元素；又因为X、Y、Z三者原子序数之和为20，可知X为H。A为Na2O，只含离子键；B为H2O2，同时含有极性键和非极性键；C为Na2O2，既含离子键又含非极性键；D为NaOH，含离子键和极性共价键。答案B6．如下图中每条折线表示周期表ⅣA～ⅦA中的某一族元素氢化物的沸点变化，每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是A．H2SB．HClC．PH3D．SiH4解析在ⅣA～ⅦA中的氢化物中，NH3、H2O、HF因存在氢键，故沸点高于同主族相邻元素氢化物的沸点，只有ⅣA族元素氢化物不存在反常现象，故a点代表的应是SiH4。答案D7．下列说法错误的是A．卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键B．H2O的沸点比HF的高，可能与氢键有关C．氨水中有分子间氢键D．氢键X—H…Y的三个原子总在一条直线上解析HF分子之间存在氢键，是卤化氢中沸点最高的；H2O分子间形成的氢键与HF分子间形成的氢键数目多，故H2O的沸点比HF的高；氨水中除NH3分子之间存在氢键，NH3与H2O，H2O与H2O之间都存在氢键，C正确；氢键中X—H…Y三原子应尽可能的在一条直线上，但在特定条件下，如空间位置的影响下，也可能不在一条直线上，故D错。答案D8．下列现象与氢键有关的是①NH3的熔、沸点比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．①②③④⑤⑥B．仅①②③④⑤C．仅①②③④D．仅①②③解析氢键不是化学键，一般影响物质的物理性质，分子的稳定性与化学键的强弱有关，因此⑥与氢键无关，答案选B。答案B9．下列说法中正确的是A．甲硫醇(CH3SH)比甲醇的熔点低的原因是甲醇分子间易形成氢键B．HBr在水中的溶解度很大，原因是HBr与水形成分子间氢键C．氨易液化与氨分子间存在氢键无关D．因为水分子间存在氢键，所以水是非常稳定的化合物解析HBr易溶于水与氢键无关；液氨容易液化是由于分子间形成氢键；水的稳定性和分子内的O—H键键能大小有关，和氢键无关。则选项B、C、D均不正确。答案A二、非选择题10．经X射线衍射测得化合物(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)的晶体结构，其局部结构如下图所示。(1)从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为________，不同之处为________。(填标号)A．中心原子的杂化轨道类型B．中心原子的价层电子对数C．立体结构D．共价键类型(2)R中阴离子Neq\o\al(－,5)中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号Πeq\o\al(n,m)表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Πeq\o\al(6,6))，则Neq\o\al(－,5)中的大π键应表示为________。(3)图中虚线代表氢键，其表示式为(NHeq\o\al(＋,4))N—H…Cl、________________________、____________________________。解析(1)R中两种阳离子分别为H3O＋和NHeq\o\al(＋,4)。A选项，两种阳离子中心原子的杂化轨道类型均为sp3，所以两者相同；B选项，H3O＋中心原子的价层电子对数为(6＋3－1)/2＝4，NHeq\o\al(＋,4)中心原子的价层电子对数为(5＋4－1)/2＝4，所以两者相同；C选项，H3O＋和NHeq\o\al(＋,4)的立体结构分别为三角锥形和正四面体形，所以两者不同；D选项，H3O＋和NHeq\o\al(＋,4)均含有极性共价键和配位键，所以两者相同。(2)由题给图示可知，N与N之间形成5个N—N键，因此有5个σ键。Neq\o\al(－,5)中有5个氮原子参与形成大π键，每个N原子与其他2个N原子形成共价键，每个N原子还可以提供1个电子参与大π键的形成，加上得到的1个电子，共有6个电子参与形成大π键，因此Neq\o\al(－,5)中的大π键可表示为Πeq\o\al(6,5)。(3)根据题给表示式可知，除表示出形成氢键的原子外，还要表示出形成氢键的原予所在的原子团和该原子在原子团中的成键情况，因此氢键的表示式为(NHeq\o\al(＋,4))N—H…Cl、(H3O＋)O—H…N(Neq\o\al(－,5))、(NHeq\o\al(＋,4))N—H…N(Neq\o\al(－,5))。答案(1)ABDC(2)5Πeq\o\al(6,5)(3)(H3O＋)O—H…N(Neq\o\al(－,5))(NHeq\o\al(＋,4))N—H…N(Neq\o\al(－,5))11．已知N、P同属于元素周期表的第ⅤA族元素，N在第二周期，P在第三周期。NH3分子呈三角锥形，N原子位于锥顶，3个H原子位于锥底，N—H键间的夹角是107°。(1)PH3分子与NH3分子的构型关系是________(填“相同”“相似”或“不相似”)，P—H键________(填“有”或“无”)极性，PH3分子________(填“有”或“无”)极性。(2)NH3与PH3相比，热稳定性更强的是________。(3)NH3与PH3在常温、常压下都是气体，但NH3比PH3易液化，其主要原因是________(填字母，下同)。A．键的极性N—H比P—H强B．分子的极性NH3比PH3强C．相对分子质量PH3比NH3大D．NH3分子之间存在特殊的分子间作用力(4)NCl3是一种淡黄色油状液体，下列对NCl3的有关描述正确的是________。a．该分子呈平面三角形b．该分子为非极性分子c．它的沸点比PCl3的低d．因N—Cl键的键能大，所以NCl3沸点高解析(1)N原子与P原子结构相似，NH3分子与PH3分子的结构也相似，P—H键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键。(2)由N、P在元素周期表中的位置关系和元素周期律知，N比P的非金属性强。由元素的非金属性与氢化物之间的热稳定性关系知，NH3比PH3的热稳定性强。(3)“易液化”属于物质的物理性质，NH3与PH3都是通过共价键形成的分子，物理性质与化学键无关。按照范德华力与物质的物理性质的关系分析，应该是PH3比NH3的沸点高，PH3比NH3易液化。由于NH3存在分子间氢键，故NH3比PH3易液化。(4)NCl3中N原子的价电子对数为eq\f(5＋3,2)＝4，孤电子对数＝1，所以该分子为三角锥形，由于3个N—Cl极性键的排列不对称，所以该分子为极性分子。NCl3与PCl3的组成和结构相似，相对分子质量NCl3小于PCl3，沸点NCl3低于PCl3。NCl3的沸点与N—Cl键的键能无关。答案(1)相似有有(2)NH3(3)D(4)c12．已知和碳元素同主族的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。试回答下列问题：(1