高中 化学 选择性必修2 第二章 分子结构与性质《专题突破 (三)分子结构对物质性质的影响》教学设计

正确判断微粒间作用力，学会运用微粒间作用力解释物质的性质变化及原因，建立运用模型解释化学现象观点的方法。一、微粒间作用力的判断及对物质性质的影响一、判断分子极性的一般思路二、常见分子的极性分子类型键的极性分子空间结构分子极性代表分子双原子分子A2非极性键直线形(对称)无N2等AB极性键直线形(不对称)有CO、HF等三原子分子AB2直线形(对称)无CO2、CS2、BeCl2等V形(不对称)有H2O、H2S、SO2等四原子分子AB3平面三角形(对称)无BF3、BCl3、SO3等三角锥形(不对称)有NH3、PCl3、NF3等五原子分子AB4正四面体形(对称)无CH4、SiF4等ABnC4－n四面体形(不对称)有CH2Cl2等三、物质溶解性的判断与比较1．依据“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、碘和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．依据溶质与溶剂之间是否存在氢键溶剂与溶质之间存在氢键，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．依据分子结构的相似性溶质与溶剂分子结构的相似程度越大，其溶解度越大。如醇(羧酸、醛)的烷基越大，在水中的溶解度越小。4．是否与水发生反应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的溶解度较大。四、范德华力、氢键、共价键比较概念范德华力氢键共价键定义物质分子之间普遍存在的一种作用力由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的静电作用原子间通过共用电子对所形成的相互作用作用微粒分子H与N、O、F原子对物质性质的影响①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质；②组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高，如CF4<CCl4<CBr4①分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大。如熔、沸点：H2O>H2S；②分子内氢键降低物质的熔、沸点共价键键能越大，分子稳定性越强1．下列叙述中正确的是()A．冰融化时水分子中共价键发生断裂B．H2O2、PCl5都是含有极性键的非极性分子C．HF、HCl、HBr、HI的酸性依次增强D．对羟基苯甲醛沸点比邻羟基苯甲醛高，是由于前者分子内形成了氢键答案：C解析：冰融化时破坏的是水分子间的氢键及范德华力，而分子内的共价键没有发生断裂，A错误；H2O2是含有极性键的极性分子，但PCl5是含有极性键的非极性分子，B错误；原子半径：F＜Cl＜Br＜I，则键能：HF＞HCl＞HBr＞HI，溶于水时需破坏共价键电离出氢离子，键能越大越不容易被破坏，则越不容易电离出氢离子，酸性越弱，所以HF、HCl、HBr、HI的酸性依次增强，C正确；对羟基苯甲醛中形成的是分子间氢键，邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，D错误；综上所述答案为C。2．下列关于氢键X—H…Y的说法中，错误的是()A．氢键是共价键的一种B．同一分子内也可能形成氢键C．X、Y元素具有强电负性，是氢键形成的基本条件D．氢键能增大很多物质分子之间的作用力，导致沸点升高答案：A解析：氢键属于分子间或分子内作用力，不属于化学键，A错误；氢键分为分子间氢键和分子内氢键，所以同一分子内也可能形成氢键，B正确；氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，若与电负性大、半径小的原子Y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，所以X、Y元素具有很大的电负性，是氢键形成的基本条件，C正确；氢键能影响物质的性质，增大很多物质分子之间的作用力，导致沸点升高，D正确；故选A。3．下列说法正确的是()A．硫酸氢钠溶于水、加热至熔融态都破坏了离子键和共价键B．氯化氢气体溶于水破坏了离子键，金刚石熔化破坏了共价键C．冰→水→氢气和氧气依次破坏了氢键、范德华力和共价键D．利用微机械剥离石墨制得石墨烯破坏了共价键和大π键答案：C解析：硫酸氢钠溶于水破坏了离子键和共价键，加热至熔融态电离出钠离子和硫酸氢根离子，破坏了离子键，共价键不变，故A错误；氯化氢气体溶于水破坏了共价键，金刚石熔化破坏了共价键，故B错误；冰→水属于状态变化，破坏了氢键和范德华力，水→氢气和氧气属于化学变化，共价键被破坏，故C正确；从石墨剥离得石墨烯，需破坏石墨中层与层之间的分子间作用力，即需克服范德华力，化学键不变，故D错误；故选C。二、分子结构与性质“原因解释”型试题集训1．[2020·山东卷，17(1)(2)](1)Sn为ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体，SnCl4空间结构为________________________________________________________________________。(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为__________________(填化学式，下同)，还原性由强到弱的顺序为________________，键角由大到小的顺序为____________。答案：(1)正四面体形(2)NH3、AsH3、PH3AsH3、PH3、NH3NH3、PH3、AsH3解析：(1)Sn最外层有4个电子，与4个Cl形成4个σ键，因此SnCl4的空间结构为正四面体形。(2)NH3、PH3、AsH3均为分子晶体，NH3分子间形成氢键，因此沸点高于PH3、AsH3；AsH3、PH3的分子结构相似，AsH3的相对分子质量大于PH3，因此AsH3的沸点高于PH3，即三者沸点由高到低的顺序为NH3、AsH3、PH3；非金属性：N＞P＞As，因此氢化物的还原性由强到弱的顺序为AsH3、PH3、NH3；NH3、PH3、AsH3分子中，N、P、As均形成3个共用电子对和一个孤电子对，原子半径：As＞P＞N，键长：As—H＞P—H＞N—H，因此σ键电子对之间的排斥力由强到弱的顺序为N＞P＞As，即三者键角由大到小的顺序为NH3、PH3、AsH3。2．(2020·浙江1月选考，26)(1)比较给出H＋能力的相对强弱：H2O________C2H5OH(填“>”、“<”或“＝”)；用一个化学方程式说明OH－和C2H5O－结合H＋能力的相对强弱：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)CaC2是离子化合物，各原子均满足8电子稳定结构。写出CaC2的电子式：____________。(3)在常压下，甲醇的沸点(65℃)比甲醛的沸点(－19℃)高。主要原因是________________________________________________________________________。答案：(1)>C2H5ONa＋H2O=NaOH＋C2H5OH(2)Ca2＋[∶C⋮⋮C∶]2－(3)甲醇分子间存在氢键解析：(1)水中羟基氢比乙醇中的羟基氢活泼，水给出氢离子的能力比乙醇要强。(2)Ca核外电子排布依次为2、8、8、2，失去两个电子变为Ca2＋；C最外层4电子，两个碳原子共用3个电子对，一个碳周围就有7个电子，得到2电子达稳定结构，所以CaC2的电子式为Ca2＋[∶C⋮⋮C∶]2－。(3)甲醇中含有羟基，可以形成分子间氢键，而甲醛含有的醛基不能形成氢键，只有分子间作用力，氢键的作用力大于分子间作用力。1.下列两组命题中，Ⅱ组中命题正确且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是()选项Ⅰ组Ⅱ组A相对分子质量：HCl>HF沸点：HCl高于HFB键能：H—O>H—S沸点：H2O高于H2SC分子间作用力：H2O>H2S稳定性：H2O强于H2SD相对分子质量：HI>HCl沸点：HI高于HCl答案：D解析：由于相对分子质量：HCl>HF，所以范德华力：HCl>HF，但HF分子间存在氢键，而HCl分子间不存在氢键，所以沸点：HCl低于HF，A项中Ⅱ组中命题不正确；由于原子半径：O<S，键长：H—O<H—S，所以键能：H—O>H—S，但沸点与共价键的键能无关，H2O分子间存在氢键，所以沸点：H2O高于H2S，B项中Ⅰ组中命题不能解释Ⅱ组中命题；由于相对分子质量：H2S>H2O，所以范德华力：H2S>H2O，但H2O分子间存在氢键，所以分子间作用力：H2O>H2S，由于键能：H—O>H—S，所以稳定性：H2O强于H2S，分子的稳定性与分子间作用力无关，所以C项中Ⅰ组中命题不能解释Ⅱ组中命题；由于相对分子质量：HI>HCl，所以范德华力：HI>HCl，沸点：HI高于HCl，D项中Ⅰ组中命题能解释Ⅱ组中命题。2.下列说法正确的是()A．键的极性：N—H键>O—H键>F—H键B．热稳定性：HF>H2O>NH3C．强度：氢键>化学键>范德华力D．沸点：答案：B解析：已知电负性：F＞O＞N，则键的极性：N—H键＜O—H键＜F—H键，A错误；已知电负性：F＞O＞N，即非金属性：F＞O＞N，简单气态氢化物的热稳定性与其非金属性一致，即HF>H2O>NH3，B正确；氢键是一种分子间作用力，其强度介于化学键和范德华力之间，其强度：化学键>氢键>范德华力，C错误；由于邻羟基苯甲酸能够形成分子内氢键，沸点降低，而对羟基苯甲酸只能形成分子间氢键，导致沸点升高，故沸点：邻羟基苯甲酸小于对羟基苯甲酸，D错误；故答案为B。3．我国部分城市灰霾天比较多，引起灰霾的PM2.5微细粒子包含(NH4)2SO4、NH4NO3、有机颗粒物及扬尘等。通过测定灰霾中锌等重金属的含量可知，目前造成我国灰霾天气的主要原因是交通污染。(1)基态Zn2＋的核外电子排布式为____________________________________。(2)NOeq\o\al(－,3)的空间结构是________________________________________________________________________。(3)灰霾中含有大量有毒、有害物质，易引发二次光化学烟雾污染，光化学烟雾中含有NOx、O3、CH2=CH—CHO、HCOOH、CH3COOONO2(PAN)等二次污染物。①下列说法正确的是________(填字母)。A．O3分子为极性分子B．CH2=CH—CHO分子中碳原子均采取sp2杂化C．相同压强下，HCOOH的沸点比CH3OCH3的低②1molPAN中含σ键的数目为________(设NA表示阿伏加德罗常数的值)。(4)水分子的VSEPR模型名称是________，空间结构为________________。答案：(1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)(2)平面三角形(3)①AB②10NA(4)四面体形V形解析：(1)Zn为30号元素，所以基态Zn2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)。(2)NOeq\o\al(－,3)的中心原子N原子的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)×(5＋1－3×2)＝3，无孤电子对，中心原子N原子采取sp2杂化，其空间结构为平面三角形。(3)①B项，CH2=CH—CHO中每个碳原子均形成两个单键和一个双键，故均采取sp2杂化，正确；C项，HCOOH分子间可以形成氢键，CH3OCH3分子间只有范德华力，氢键的作用强于范德华力，所以HCOOH的沸点比CH3OCH3的高，错误。②PAN的结构为，1个PAN(CH3COOONO2)分子中含有10个σ键，则1molPAN含σ键数目为10NA。(4)水分子中含有2个σ键，且含有2个孤电子对，所以水分子的空间结构为V形。课时测评14分子结构对物质性质的影响(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)题点一共价键的极性和分子的极性1．(2023·浙江衢州高二校联考期末)下列物质中，由极性键构成的极性分子的是()A．SO2 B．BF3C．CS2 D．CF4答案：A解析：SO2是由极性键构成的极性分子，A正确；BF3是由极性键构成的非极性分子，B错误；CS2是由极性键构成的非极性分子，C错误；CF4是由极性键构成的非极性分子，D错误；故答案选A。2．下列说法正确的是()A．CO2为含极性键的极性分子B．H2O和NH3中心原子的杂化方式相同C．Si—O键的键长小于C—O键的键长D．HCN和CH4均是非极性分子答案：B解析：CO2正、负电荷中心重合，为非极性分子，A错误；H2O分子中中心原子O原子价层电子对数为2＋eq\f(6－1×2,2)＝4，O原子采用sp3杂化，NH3分子中中心原子N原子价层电子对数为3＋eq\f(5－1×3,2)＝4，采用sp3杂化，B正确；Si原子半径大于C原子，所以Si—O键的键长大于C—O键的键长，C错误；HCN中正、负电荷中心不能重合，为极性分子，D错误；综上所述答案为B。3．下列说法正确的是()A．分子中只有极性键B．CH4分子中含有极性共价键，是极性分子C．CO2分子中的化学键为非极性键D．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp答案：D解析：同种原子形成的共价键是非极性键，即C=C键是非极性键，A错误；CH4是非极性分子，B错误；二氧化碳结构为O=C=O，化学键为极性键，C错误；CH4分子中碳原子的杂化类型是sp3杂化，而CO2分子中碳原子是sp杂化，D正确。题点二范德华力与氢键存在对物质性质的影响4．下列对分子的性质的解释中，正确的是()A．水很稳定(1000℃以上才会部分分解)是因为水中含有大量的氢键所致B．乳酸()分子中含有两个手性碳原子C．乙醇能与水以任意比互溶，主要是因为乙醇与水易形成分子间氢键D．甲烷可以形成甲烷水合物，是因为甲烷分子与水分子之间形成了氢键答案：C解析：化合物的稳定性与化学键强弱有关，氢键影响水的沸点但不影响水的稳定性，A错误；乳酸分子中与—OH相连的C上连有4个不同的原子或基团，是手性碳原子，B错误；乙醇能与水以任意比互溶，主要是因为乙醇与水易形成分子间氢键，C正确；碳元素的电负性较小，甲烷分子与水分子之间不存在氢键，D错误；故选C。5.科学家研究温室气体CH4、CO2的转化和利用。下列关于CH4和CO2的说法正确的是()A．因为碳氢键的键能小于碳氧键，所以CH4的熔点低于CO2B．1molCO2分子中含有4molσ键C．CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”(结构见上图)，分子间仅存在范德华力D．N2O与CO2的价电子数相等答案：D解析：二者熔点高低取决于分子间作用力的相对大小，跟分子内共价键的键能大小无关，A错误；每个二氧化碳分子内存在2个碳氧双键，每个碳氧双键中存在1个σ键，则1molCO2分子中含有2molσ键，B错误；分子间存在范德华力，且水分子间存在氢键，C错误；N2O和CO2均有16个价电子，D正确。6．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()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、共价键答案：B解析：“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气”是石蜡的固、液、气三种状态的转变，属于物理变化，需要克服分子之间的范德华力；“石蜡蒸气→裂化气”是化学变化，破坏的是分子内的共价键，所以选B。题点三手性碳与分子的手性的判断7．某有机物R的结构简式如图所示，R分子中的手性碳原子(连有四个不同原子或基团的碳原子)个数为()A．3 B．4C．5 D．6答案：C解析：由题干信息可知，R中含有5个连有四个互不相同的原子或基团的碳原子，如图所示：，故答案为C。8．下列对分子性质的解释中，不正确的是()A．SO2易溶于水只是因为“相似相溶”原理B．乳酸()分子中含有一个手性碳原子C．碘易溶于四氯化碳，甲烷难溶于水都可用“相似相溶”原理解释D．由上图知酸性：H3PO4>HClO，因为H3PO4中非羟基氧原子数大于次氯酸中非羟基氧原子数答案：A解析：SO2易溶于水除了因为SO2和水都是极性分子外，还由于SO2能与水反应生成亚硫酸，增大了溶解度，A错误；乳酸中有一个手性碳原子，B正确；碘单质、四氯化碳、甲烷都是非极性分子，而水是极性分子，所以根据“相似相溶”原理知，碘易溶于四氯化碳，甲烷难溶于水，满足“相似相溶”原理，C正确；H3PO4的非羟基氧原子数大于次氯酸的非羟基氧原子数，所以磷酸的酸性大于次氯酸，D正确；答案选A。9．关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法中正确的是()A．CS2在水中的溶解度很小，是由于其属于极性分子B．SO2和NH3均易溶于水，原因之一是它们都是极性分子C．CS2为非极性分子，所以在三种物质中熔、沸点最低D．NH3在水中溶解度很大只是由于NH3分子有极性答案：B解析：根据“相似相溶”原理，水是极性分子，CS2是非极性分子，故A错误；因为SO2和NH3都是极性分子，水是极性分子，根据“相似相溶”原理，二者均易溶于水，故B正确；NH3在水中溶解度很大，除了因为NH3分子有极性外，还因为NH3分子和H2O分子之间可以形成氢键，故D错误；综上所述，本题选B。10.双氧水(H2O2)是一种医用消毒杀菌剂，已知H2O2分子的结构如右图所示。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与O—O的夹角均为96°52′。试回答：(1)下列关于H2O2的说法中正确的是________(填字母)。a．分子中有极性键b．分子中有非极性键c．氧原子的轨道发生sp2杂化d．分子是非极性分子(2)H2O2分子间易形成氢键，该氢键的表示式是________________。(3)H2O2难溶于CS2，主要原因是____________________________________________________________________________________________________________________。(4)H2O2易溶于水，主要原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。(5)H2O2分子中氧元素的化合价为________，原因是___________________________。答案：(1)ab(2)O—H…O(3)H2O2为极性分子，CS2为非极性分子，根据“相似相溶”规律可知H2O2难溶于CS2(4)H2O2易与H2O分子间形成氢键且H2O和H2O2均为极性分子(5)－1O—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：(1)在H2O2中H—O键为极性键，O—O键为非极性键；根据H2O2的空间结构可知，H2O2为极性分子；O原子价层电子对数为4，O原子为sp3杂化。(2)H2O2中含有H—O，故分子间能形成氢键，表示为O—H…O。(3)H2O2为极性分子，CS2为非极性分子，根据“相似相溶”规律知H2O2难溶于CS2。(4)H2O2和H2O分子均为极性分子，且H2O2与H2O分子之间易形成氢键，因此H2O2易溶于水。(5)共用电子对的偏移决定元素在化合物中的化合价。11．按要求完成下列问题：(1)写出基态铁原子的电子排布式和Mg2＋的电子排布式：________________、____________。(2)写出CCl4分子的空间结构、中心原子成键时采取的杂化轨道类型及分子中共价键的键角：________、________、________。(3)下列分子若是手性分子，请用“*”标出其手性碳原子。答案：(1)1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)1s22s22p6(2)正四面体sp3109°28′(3)不是手性分子解析：(1)Fe为26号元素，根据构造原理可知，基态铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2，Mg为12号元素，根据构造原理可知，Mg2＋的电子排布式为1s22s22p6。(2)CCl4分子的中心原子C原子的σ键电子对数为4，孤电子对数为eq\f(4－1×4,2)＝0，则其空间结构为正四面体，中心原子成键时采取的杂化轨道类型为sp3，分子中共价键的键角为109°28′。(3)手性碳原子是指连接四个不一样的原子或原子团的碳原子，为手性分子，手性碳原子用*号标出为：。不含有手性碳原子，不是手性分子。12．(1)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/(kJ·mol－1)CH40.43616.40CO20.51229.91①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是________________________。②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是__________________________________________。(2)H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)①氢键、范德华力②CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4(2)H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键解析：(1)②根据题给数据可知，笼状空腔的直径是0.586nm，而CO2分子的直径是0.512nm，笼状空腔直径大于CO2分子的直径，而且CO2与水分子之间的结合能大于CH4，因此可以实