高三化学140分突破精品资料第15讲《分子间作用力与物质的性质》.docx

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高三化学140分突破精品资料第15讲《分子间作用力与物质的性质》

第15讲分子间作用力与物质的性质

【知能整合】

一、分子的立体结构

1．价层电子对互斥模型：

（1）当A的价电子全部参与成键时，价层电子对间的相互排斥使得键角最大，据此可以直接推测分子的空间构型。

（2）当A上有孤电子对时，孤电子对要占据一定的空间，并参与电子对间的排斥，使得各电子对间的夹角最大，据此可推测出分子的VSEPR模型，去除孤电子对后即得分子的立体结构。

2．杂化轨道理论：

杂化轨道理论是鲍林为了解释分子的立体结构提出的。

中心原子杂化轨道数、孤电子对数及与之相连的原子数间的关系是：

杂化轨道数=孤电子对数+与之相连的原子数。

杂化前后轨道总数不变，杂化轨道用来形成σ键或容纳孤对电子，未杂化的轨道与杂化轨道所在的平面垂直，可用来形成π键。

二、分子的性质

1．分子的极性：

（1）分子极性是分子中化学键极性的向量和。

只含非极性键的分子一定是非极性分子（O3除外），只含极性键的分子不一定是极性分子，极性分子中必然含有极性键（O3除外）。

（2）分子中正、负电荷中心重合的是非极性分子，正、负电荷中心不重合的是极性分子。

在极性分子中，某一个部分呈正电性（δ+），另一部分呈负电性（δ－）。

（3）对于ABn型分子，根据VSEPR模型，若中心原子核外最外层没有孤对电子（即化合价的绝对值等于主族序数），该分子一般是非极性分子，否则是极性分子。

2．分子间作用力对物质性质的影响：

（1）范德华（vanderWaals）力：

范德华力是普遍存在于分子间的作用力，其强度比化学键弱，对物质的熔点、沸点和硬度有影响，范德华力越大，熔、沸点越高，硬度越大。

一般来讲，具有相似空间构型的分子，相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力越大。

（2）氢键：

氢键是与电负性很强的原子（如N、O、F等）形成共价键的H原子和另外一个电负性很强的原子之间的静电作用。

氢键通常用X－H…Y（X、Y表示电负性很强的原子）表示，“－”表示共价键，“…”表示氢键，通常定义X、Y原子的核间距离为氢键的键长。

氢键的键能介于化学键和范德华力之间，是较强的分子间作用力。

氢键可以存在于分子间，也可存在于分子内，分子间氢键的形成能使某些物质的熔、沸点升高。

3．物质的溶解性及其影响因素：

（1）分子极性：

非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂、难溶于极性溶剂；极性分子构成的物质易溶于极性溶剂、难溶于非极性溶剂。

如苯易溶于植物油而难溶于水；HCl易溶于水而难溶于苯。

（2）分子结构：

含有相同官能团且该官能团在分子中所占比重较大的物质能够相互溶解。

例如，乙醇与水能互溶，戊醇与水不能互溶、与己烷能互溶。

（3）氢键：

溶质与溶剂分子之间若能形成分子间氢键，则会增大溶解度。

（4）反应性：

溶质若能与溶剂能发生反应，则会增大溶解度。

4．无机含氧酸分子的酸性：

（1）一般地，无机含氧酸分子中能够电离成H+的H原子都是与O原子相连的，即羟基氢，不与O原子相连的H原子一般不能电离。

（2）大多数无机含氧酸的通式可以写成（HO）mROn的形式，非羟基氧的个数n越大，R的正电性越高，羟基O的电子云向R偏移得越多，越容易在水分子的作用下电离出H+，酸性越强。

①同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高，酸性越强。

③成酸元素不同时，非羟基氧数n越大，酸性越强；n相同，酸性相近。

【典型例析】

例1：

下列物质变化的现象，不可以通过分子间作用力解释的是

A．HF、H2O的沸点比HCl、H2S的沸点高很多

B．正戊烷的沸点比新戊烷的沸点高

C．

的沸点比

的沸点低

D．Na2O的熔点比MgO的熔点低

变式训练：

2005年，苏丹红造成了全球性的食品安全事件，被称为自英国发生疯牛病以来最大的食品工业危机事件。

苏丹红常见有I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4种类型，国际癌症研究机构（IAPC）将其归类为三级致癌物。

由于苏丹红颜色鲜艳、价格低廉，常被一些企业非法作为食品和化妆晶等的染色剂，严重危害人们健康。

因此，加强苏丹红的监管对维护人们健康和社会稳定十分重要。

苏丹红I号的分子结构如图1所示。

图1苏丹红I号的分子结构图2修饰后的分子结构

（1）苏丹红1分子中的氮原子杂化类型是，其分子中所有原于是否有可能在同一平面_______（填“是”或“否”），画出它的两个顺反异构体的结构简式：

、。

（2）苏丹红I在水中的溶解度很小，微溶于乙醇，有人把羟基取代在对位形成图2所示结构，则其溶解度会（填“增大”或“减小”），熔点（填“升高”或“降低”），原因是。

例2：

由氧化物经氯化作用过生成氯化物是工业生产氯化物的常用方法，Cl2、CCl4是常用的氯化剂。

如：

Na2O＋Cl2=2NaCl＋O2，

CaO＋Cl2=CaCl2＋O2，

SiO2＋2CCl4=SiCl4＋2COCl2，

Cr2O3＋3CCl4=2CrCl3＋3COCl2，

请回答下列问题：

（1）Cr2O3、CrCl3中Cr均为＋3价，写出Cr3＋的基态电子排布式_______________；

（2）CCl4分子的价层电子对互斥模型和立体结构___________（填“相同”、“不相同”），理由是_________；

（3）COCl2俗称光气，分子中C原子采取sp2杂化成键。

光气分子的结构式是_________，其中碳氧原子之间共价键是___________（填序号）：

a．2个σ键b．2个π键c．1个σ键、1个π键

（4）CaO晶胞如右上图所示，CaO晶体中Ca2＋的配位数为_________。

CaO晶体和NaCl晶体中离子排列方式相同，其晶格能分别为：

CaO－3 401kJ/mol、NaCl－786kJ/mol。

导致两者晶格能差异的主要原因是______

_______________________________________________。

变式训练：

A物质常温下为固体，且有多种同素异形体。

反应：

①A（g）+CH4（g）

B+D；

②D+H2SO4（浓）→E+A+H2O；③E+D→A+H2O；④D+NaOH→F+H2O；⑤B+H2O→CO2+D；⑥B+F→G。

上述六个未经配平的反应方程式中，D和E为气体，它们的分子形状都为V字形，但D中的杂化轨道为sp3，而E中为sp2，E和臭氧是等电子体；G为钠盐，其阴离子经过光衍射出构型为平面三角形。

A是________，B是________，D是_________，E是________，F是________，G是_________，G应命名为____________。

【当堂反馈】

1．某物质化学式为NH5，对该物质中所含化学键的分析合理的是

A．N原子发生sp3d杂化形成5个σ键

B．含4个共价键和1个配位键

C．含3个共价键和2个配位键

D．含有共价键、配位键和离子键

2．已知次氯酸分子的结构式为H－O－Cl，下列有关说法正确的是

A．O原子发生sp杂化

B．O原子与H、Cl都形成σ键

C．该分子为直线型分子

D．该分子的路易斯结构式是：

3．下列物质性质的变化规律，与共价键键能大小有关的是

A．F2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高

B．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱

C．金刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅

D．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低

4．图表法、图象法是常用的科学研究方法。

I．短周期某主族元素M的电离能情况如图（A）所示。

则M元素位于周期表的第族。

II．图B是研究部分元素的氢化物的沸点变化规律的图像，折线c可以表达出第族元素氢化物的沸点的变化规律。

不同同学对某主族元素氢化物的沸点的变化趋势画出了两条折线——折线a和折线b，你认为正确的是____，理由是：

。

5．水是生命之源，它与我们的生活密切相关。

在化学实验和科学研究中，水也是一种常用的试剂。

（1）水分子中氧原子在基态时核外电子排布式为　　　；

（2）写出与H2O分子互为等电子体的微粒　　　　　　。

（写一个即可）

（3）水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子（H3O＋）。

下列对上述过程的描述不合理的是　　　。

A．氧原子的杂化类型发生了改变

B．微粒的形状发生了改变

C．微粒的化学性质发生了改变

D．微粒中的键角发生了改变

（4）在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢

键（如图所示），已知冰的升华热是51kJ/mol，除氢键外，水分子间还存在范德华力（11kJ/mol），则冰晶体中氢键的“键能”是　　　　　　　　__________kJ/mol（此时的气态水不含氢键）。

（5）将白色的无水CuSO4溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配位数是4的配合离子。

请写出生成此配合离子的离子方程式：

　　　　　　　　。

【课后巩固】

1．六氟化硫分子呈正八面体（如下图所示），在高电压下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起强温室效应，下列有关六氟化硫的推测正确的是：

A．六氟化硫易燃烧生成二氧化硫

B．六氟化硫中各原子均达到8电子稳定结构

C．S—F键是σ键，且键长、键能都相等

D．六氟化硫分子中只含极性键

2．氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为

A．NH3中氮原子为sp2杂化，而CH4中碳原子是sp3杂化。

B．NH3中N原子形成三个杂化轨道，CH4中C原子形成4个杂化轨道。

C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强。

D．NH3分子中有三个σ键，而甲烷分子中有四个σ键。

3．用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中不正确的是

A．NH4+为正四面体形B．CS2为直线形

C．HCN为折线形（V形）D．PCl3为三角锥形

4．以下各分子中，所有原子都满足最外层为8电子结构的是

A．H3O+B．BF3C．P4D．PCl5

5．氯的含氧酸根离子有ClO－、ClO2－、ClO3－、ClO4－等，有关它们的下列说法正确的是：

A．ClO－中氯元素显＋1价，具有氧化性

B．这些离子结合H＋的能力，ClO4－最强

C．这些离子加到AgNO3溶液中都会产生沉淀

D．ClO4－是SO42－的等电子体，其空间构型为正四面体

6．磷酸的结构式如右图所示，磷酸分子与磷酸分子的羟基之间可以脱去水。

三个磷酸分子可以脱去两个水分子生成三聚磷酸。

含磷洗衣粉中含有三聚磷酸的钠盐（正盐），则该钠盐的化学式

及1mol此钠盐中P－O单键的物质的量分别是：

A．Na5P3O1212molB．Na3H2P3O109mol

C．Na5P3O109molD．Na2H3P3O1012mol

7．近年来研制的NF3气体可运用于氟化氢——氟化氚高能化学激光器中的氟源，也可作为火箭推进剂，NF3可用NH3与氟气制取，化学方程式为：

4NH3+3F2=NF3+3NH4F。

下列说法不正确的是

A．NF3的形成过程用电子式可表示为

B．NF3的氧化性大于F2

C．NF3分子空间构型为三角锥形

D．NH4F中既有离子键又有极性共价键

8．科技日报2007年1月30日讯  美、德两国科学家日前成功合成出具有独特化学特性的氢铝化合物（AlH3）n，其结构类似由硼和氢组成的硼烷，有关研究报告发表在最新出版的美国《科学》杂志上。

最简单的氢铝化合物为Al2H6,它的熔点为150℃，燃烧热极高。

Al2H6球棍模型如右图。

下列有关说法肯定不正确的是

A．Al2H6中H为+1价，Al为-3价

B．Al2H6在空气中完全燃烧，产物为氧化铝和水

C．Al2H6分子是非极性分子

D．氢铝化合物可能成为是未来的储氢材料和火箭燃料

9．如下图，左图表示白磷（P4）的分子结构，中图表示三氧化二磷（P4O6）的分子结构，右图表示五氧化二磷（P4O10）的分子结构，下列说法中错误的是

P4P4O6P4O10

A．P4O6中的磷原子采用sp2方式杂化

B．三氧化二磷、五氧化二磷这两个名称都只表示原子个数比，不表示分子的实际组成

C．P4、P4O6和P4O10分子中同一P原子上两个化学键之间的夹角都是60°

D．P4O6分子中4个P原子构成正四面体，6个O原子构成正八面体

10．往浓CuSO4溶液中加入过量较浓的NH3·H2O直到原先生成的沉淀恰好溶解为止，得到深蓝色溶液。

小心加入约和溶液等体积的C2H5OH并使之分成两层，静置。

经过一段时间后可观察到在两层“交界处”下部析出深蓝色Cu（NH3）4SO4·H2O晶体，最后晶体析出在容器的底部。

请回答：

（1）为什么要加C2H5OH？

__________________________

_______________________________________________。

（2）小心慢加和快速加C2H5OH（快加不易形成分层），请估计实验现象有何不同？

_________________________。

（3）如将深蓝色溶液加热，可能得到什么结果？

________

_______________________________________________。

11．试用有关知识解释下列原因：

（1）有机物大多难溶于水，为什么乙醇和乙酸可与水互溶？

_______________

_______________________________________________。

（2）乙醚（C2H5OC2H5）的相对分子质量远大于乙醇，为什么乙醇的沸点比乙醚高得多？

_____________________

_______________________________________________。

（3）从氨合成塔里分离H2、N2、NH3的混合物，采用什么方法？

_________________；为什么用这种方法？

____

_______________________________________________。

（4）水在常温情况下，其组成的化学式可用（H2O）m表示，为什么？

______________________________________。

12．下面我们一起来认识一些硼的化合物：

（1）2008年北京奥运会主体育场的外形好似“鸟巢”（TheBirdNest）。

有一类硼烷也好似鸟巢，故称为巢式硼烷。

巢式硼烷除B10H14不与水反应外，其余均易与水反应生成氢气和硼酸，硼烷易被氧化。

下图是三种最简单的巢式硼烷，

这类硼烷的通式可表示为________________。

（2）硼酸是一元酸，它在水中的电离方程式可表示为H3BO3＋H2O

H＋＋B（OH）4-，H3BO3分子和B（OH）4-离子中硼原子的杂化类型分别是_______、_________。

（3）一种硼镁超导物质的晶体结构单元如右图所示：

①试写出这种超导材料的化学式。

②完成并配平下列化学反应方程式。

＋HCl—B4H10＋B＋H2＋

③写出B4H10在空气中燃烧的化学方程式。

13．试回答下列各问题：

（1）指出下面物质分子或离子的空间构型：

PO43－___________________；CS2_______________；

（2）有两种活性反应中间体微粒，它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢原子。

请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：

__________________；

__________________。

（3）按要求写出第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式：

平面形分子_________，三角锥形分子_________，四面体形分子__________。

（4）1919年美国化学家埃文·朗缪尔（Langmuir）提出：

价电子（最外层电子）数和重原子（即比氢重的原子）数相同的分子（或离子）互称为等电子体。

由第一、二周期元素组成，与F2互为等电子体的分子有____、（写两种）离子有_______。

（写一种）。

（5）下列一组微粒中键角由大到小顺序排列为____________________（用编号填写）。

①HCN②SiF4③SCl2④CO32－⑤H3O＋

14．原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。

试回答：

（1）BF3分子的立体结构为　　　　形，NF3　分子的立体结构为　　　　形；

（2）碳原子有4个价电子，在有机化合物中价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。

在乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲醛分子中，碳原子进行sp杂化的分子是（写结构简式，下同）　　，进行sp2杂化的分子是　　　，进行sp3杂化的分子是　　　。

（3）H2O、NH3、CH4分子中键角由大到小的顺序为，原因是_________________________；

（4）由于电荷的作用，阴、阳离子形成化合物时离子的电子云会发生变化，使离子键逐渐向共价键过渡。

阳离子电荷数越大、阴离子半径越大时，电子云变化越大，导致所形成的化合物在水中的溶解度越小。

据此，四种卤化银在水中的溶解度由大到小的顺序为。

15．氮可以形成多种离子，如N3－，NH2－，N3－，NH4+，N2H5+，N2H62+等，已知N2H5+与N2H62+是由中性分子结合质子形成的，类似于NH4+，因此有类似于NH4+的性质。

（1）写出N2H62+在碱性溶液中反应的离子方程式

______________________________________________。

（2）NH2－的电子式为，N采用______杂化方式，粒子空间构型为______________。

（3）N3－有个电子。

写出二种由多个原子组成的含有与N3相同电子数的物质的化学式。

等电子数的微粒往往具有相似的结构，试预测N3—的构型。

（4）据报道，美国科学家卡尔·克里斯特于1998年11月合成了一种名为“N5”的物质，由于其具有极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”。

迄今为止，人们对它的结构尚不清楚，只知道“N5”实际上是带正电荷的分子碎片，其结构是对称的，5个N排成V形。

如果5个N结合后都达到8电子结构，且含有2个N≡N键。

则“N5”分子碎片所带电荷是。

2010届高三化学140分突破精品资料第15讲

参考答案

例1：

思路点拨：

根据晶格能和分子间作用力的大小判断物质熔沸点的高低。

疑难辨析：

不同类型的氢键对分子晶体的沸点影响不同。

解题过程：

因为HF、H2O分子之间可以形成氢键，所以比HCl和H2S的沸点高很多；正戊烷是直链烃，分子间靠的比较近，色散力较大，所以比新戊烷沸点高；

分子内存在氢键，而

分子间存在氢键，所以前者沸点低；MgO与Na2O比较，Mg2＋离子半径小于Na＋离子半径，Mg2＋所带电荷也多于Na＋，所以Mg2＋离子与O2＋离子之间的作用比Na＋与O2－离子之间的多用大，即MgO的晶格能比Na2O的大，所以MgO的熔点高。

应选D。

变式训练：

答案：

（1）sp2是

（2）增大升高因此苏丹红I形成分子内氢键，而修饰后的分子形成分子间氢键，分子间氢键有利于增加分子间作用力，从而有利于增大化合物的溶解度和提高熔点。

解析：

由于氮原子上还存在一对孤对电子，因此N原子的杂化类型为sp2杂化，类似于碳碳双键中的碳原子，因此苏丹红1分子中所有的碳氢原子共平面是可能的，同样类似于烯烃可写出两种顺反异构体。

例2：

思路点拨：

利用价层电子对互斥理论和杂化轨道理论解释分子的构型。

疑难辨析：

没有理解VSEPR理想模型与分子空间构型之间的联系和区别而导致错误。

解题过程：

（1）1s22s22p63s26p33d3

（2）相同中心原子C原子的最外层电子均参与成键（3）

c（4）6CaO晶体中离子的电荷数大于NaCl，离子间的平均距离小于NaCl

变式训练：

答案：

A是S，B是CS2，D是H2S，E是SO2，F是Na2S，G是Na2CS3，硫代碳酸钠

【当堂反馈】

1．D2．B3．B4．I．IIIAII．IVA；b；a点所示的氢化物是水，其沸点高是由于在水分子间存在多条结合力较大的氢键，总强度远远大于分子间作用力，所以氧族元素中其它氢化物的沸点不会高于水。

5．

（1）1s22s22p6

（2）H2S或NH2-（3）A（4）20（5）Cu2++4H2O=[Cu（H2O）4]2+

【课后巩固】

1．CD2．C3．C4．C5．AD6．C7．B8．A9．AC10．

（1）加C2H5OH，减小“溶剂”（C2H5OH和H2O）的极性，降低离子化合物Cu（NH3）4SO4·H2O的溶解度。

（2）快加C2H5OH，“溶剂”极性迅速减小，析出小晶体。

（3）加热，NH3挥发，生成Cu（OH）2沉淀[和（NH4）2SO4]。

11．

（1）乙醇的醇羟基（C2H5—OH），乙酸的酸羟基均可和水（H—O—H）互相形成分子间的氢键，形成缔合分子相互结合，故可表现为互溶。

（2）乙醇分子间通过氢键结合产生的作用力比乙醚分子间的作用力要大，故乙醇的相对分子质量虽比较小，但分子间作用力较大，所以沸点高。

（3）采用加压使NH3液化后，与H2、N2分离，因为NH3分子间存在氢键，故易液化。

（4）常温情况下，水分子不是以单个分子形式存在，而是依靠氢键缔合成较大的分子，所以可用（H2O）m表示其存在更符合实际。

12．

（1）CnHn+4（n≥5）

（2）sp2sp3（3）①MgB2②6MgB2＋12HCl＝B4H10＋8B＋H2↑＋6MgCl2③2B4H10＋11O2＝4B2O3＋10H2O

13．

（1）正四面体直线形

（2）CH3+、CH3—（3）BF3、NF3、CF4（4）H2O2、C2H6、CH3NH2、N2H4（任写两种O22—（5）

14．

（1）平面三角　三角锥　

（2）CH≡CHCH2＝CH2、C6H6、HCHOCH3CH3　（3）CH4＞NH3＞H2O由于NH3分子中有1对孤对电子，H2O分子有2对孤对电子，对成键电子对的排斥作用增大，故键角逐渐减小。

（4）AgF＞AgCl＞AgBr＞AgI

15．

（1）N2H62++2OH－=N2H4+2H2O

（2）

sp3V形（3）22CO2N2O直线形（4）+1