届高考化学大一轮复习 第2节 考点3 分子间作用力和分子的性质教师用书 新人教版选修3.docx

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届高考化学大一轮复习第2节考点3分子间作用力和分子的性质教师用书新人教版选修3

2019届高考化学大一轮复习第2节考点3分子间作用力和分子的性质教师用书新人教版选修3

1．分子间作用力

（1）概念：

物质分子间存在着相互作用力，称为分子间作用力。

（2）分类：

分子间作用力最常见的是范德华力和氢键。

（3）强弱：

范德华力<氢键<化学键。

（4）范德华力：

物质分子之间普遍存在的相互作用力，范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。

范德华力越强，物质的熔点、沸点越高。

一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增大，分子的极性越大，范德华力也越大。

（5）氢键

①形成：

已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子（该氢原子几乎为裸露的质子）与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，称为氢键。

②表示方法：

A—H…B

说明：

a.A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素的原子。

b.A、B可以相同，也可以不同。

③特征：

具有一定的方向性和饱和性。

④分类：

氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。

⑤分子间氢键对物质性质的影响主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。

2．分子的性质

（1）分子的极性

类型

非极性分子

极性分子

形成原因

正电荷中心和负电荷中心重合的分子

正电荷中心和负电荷中心不重合的分子

存在的共价键

非极性键或极性键

非极性键或极性键

分子内原子排列

对称

不对称

（2）溶解性

①“相似相溶”的规律：

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。

如果存在氢键，则溶剂与溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。

②“相似相溶”还适用于分子结构的相似性，如乙醇和水互溶（C2H5OH和H2O中的羟基相近），而戊醇在水中的溶解度明显减小。

③如果溶质与水发生反应，将增大物质的溶解度，如SO2等。

（3）分子的手性

①手性异构：

具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠的现象。

②手性分子：

具有手性异构体的分子。

③手性碳原子：

在有机物分子中，连有四个不同基团或原子的碳原子。

含有手性碳原子的分子是手性分子，如

。

（4）无机含氧酸分子的酸性

对于同一种元素的无机含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。

如果把含氧酸的通式写成（HO）mROn，R相同时，n值越大，R的正电性越强，—R—O—H中的氧原子的电子就会越向R偏移，在水分子的作用下，就越容易电离出H＋，酸性也就越强。

如H2SO3可写成（HO）2SO，n＝1；H2SO4可写成（HO）2SO2，n＝2。

所以H2SO4的酸性强于H2SO3。

同理，酸性：

HNO3>HNO2，HClO4>HClO3>HClO2>HClO。

易错警示　

（1）氢键属于一种较强的分子间作用力，但不属于化学键。

（2）氢键分为分子内氢键和分子间氢键，形成分子间氢键的物质的熔沸点反常得高。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）以极性键结合起来的分子一定是极性分子。

（×）

（2）非极性分子中，一定含有非极性共价键。

（×）

（3）氢键是氢元素与其他元素形成的化学键。

（×）

（4）可燃冰（CH4·8H2O）中甲烷分子与水分子间形成了氢键。

（×）

（5）卤素单质、卤素氢化物、卤素碳化物（即CX4）的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大。

（×）

（6）H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键。

（×）

（7）氢键的存在一定能使物质的熔、沸点升高。

（×）

（8）氨水中氨分子与水分子间形成了氢键。

（√）

题组一　分子极性与化学键极性的关系

1．[2017·金版原创]下列各组分子均属于含有极性键的非极性分子的是（　　）

①H2S　②N2　③CO2　④HCl　⑤BF3　⑥NH3　⑦SiCl4　⑧HClO　⑨C2H2　⑩NH4Cl

A．②③⑤⑦B．③⑤⑦⑨

C．③⑤⑧⑨D．⑤⑦⑨⑩

答案　B

解析　H2S、HCl、NH3、HClO均属于含有极性键的极性分子，N2是含有非极性键的非极性分子，NH4Cl是离子化合物，不存在分子。

2．下列物质中，含离子键的物质是________，由极性键形成的极性分子是________，由极性键形成的非极性分子是________，由非极性键形成的非极性分子是________。

A．CO2B．Br2C．CaCl2D．H2O

答案　C　D　A　B

解析　CO2是含极性键的非极性分子；Br2是含非极性键的非极性分子；CaCl2是离子化合物，只含离子键；H2O分子是含极性键的极性分子。

思维建模

分子极性判断的思维模型

1．根据键的类型及分子的空间构型判断

2．根据中心原子最外层电子是否全部成键判断

与同一种原子结合时，分子中的中心原子最外层电子若全部成键，此分子一般为非极性分子；分子中的中心原子最外层电子若未全部成键，此分子一般为极性分子。

CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键，它们都是非极性分子。

而H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键，它们都是极性分子。

3．判断ABn型分子极性的经验规律

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。

题组二　分子间作用力和氢键

3.[2015·海南高考]（双选）下列物质的结构或性质与氢键无关的是（　　）

A.乙醚的沸点B．乙醇在水中的溶解度

C.氢化镁的晶格能D．DNA的双螺旋结构

答案　AC

解析　A项，乙醚分子间不存在氢键；B项，乙醇分子中含有羟基，可与水形成分子间氢键，故可与水互溶；C项，MgH2为离子晶体，只有分子晶体中才存在氢键；D项，在DNA双螺旋结构中，碱基之间的氢键影响着它们的牢固性。

4.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水分子高温下很稳定

A.①②④⑤⑥B．①②③④⑤

C.①③④⑥D．①②④⑤

答案　B

解析　水分子在高温下很稳定是因为水分子内的共价键较强，与氢键无关。

总结提升

范德华力、氢键与共价键的比较

题组三　无机含氧酸分子的酸性

5.[2016·西安调研]下列无机含氧酸分子中酸性最强的是（　　）

A.HNO2B．H2SO3C．HClO3D．HClO4

答案　D

解析　HNO2、H2SO3、HClO3中的中心元素N、S、Cl都未达到其最高价，其酸性不够强，只有D选项中的HClO4中的Cl元素为＋7价，是Cl元素的最高价，使H—O—ClO3中H—O—中O原子的电子向Cl原子偏移，在水分子作用下，容易电离出H＋，酸性最强。

6.[2016·河南开封二模]

（1）下表列出了含氧酸酸性强弱与非羟基氧原子数的关系。

由此可得出的判断含氧酸酸性强弱的一条经验规律是____________________________________________。

（2）磷有三种含氧酸H3PO2、H3PO3、H3PO4，其中磷元素均以sp3杂化与相邻原子形成四个σ键，则H3PO3的结构式是________，写出H3PO2与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：

____________________。

（3）磷的三种含氧酸H3PO2、H3PO3、H3PO4的酸性强弱顺序为H3PO2

_____________________________________________________________________________________________________________________。

答案　

（1）含氧酸分子结构中非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强

（2）

　NaOH＋H3PO2===

NaH2PO2＋H2O

（3）H3PO2、H3PO3、H3PO4中磷元素的化合价依次为＋1、＋3和＋5价，中心磷原子的正电荷依次升高，导致P—O—H中氧原子的电子更易向P原子偏移，因而H3PO2→H3PO3→H3PO4越来越易电离出氢离子，酸性越来越强

解析　

（2）4个sp3杂化轨道全部参与成键，说明有4个原子直接与P相连，结构为

，同理可知H3PO2为

，只有1个羟基氢显酸性，可被NaOH中和。

1.[高考集萃]

（1）[2016·全国卷Ⅰ]①Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。

从原子结构角度分析，原因是______________________________。

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______________________________________________________。

GeCl4

GeBr4

GeI4

熔点/℃

－49.5

26

146

沸点/℃

83.1

186

约400

③Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________。

（2）[2016·全国卷Ⅱ]硫酸镍溶于氨水形成[Ni（NH3）6]SO4蓝色溶液。

①[Ni（NH3）6]SO4中阴离子的立体构型是________。

②在[Ni（NH3）6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为________，提供孤电子对的成键原子是________。

③氨的沸点________（填“高于”或“低于”）膦（PH3），原因是________；氨是________分子（填“极性”或“非极性”），中心原子的轨道杂化类型为________。

（3）[2016·全国卷Ⅲ]AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________________。

（4）[2016·江苏高考][Zn（CN）4]2－在水溶液中与HCHO发生如下反应：

4HCHO＋[Zn（CN）4]2－＋4H＋＋4H2O===[Zn（H2O）4]2＋＋4HOCH2CN

①Zn2＋基态核外电子排布式为________。

②1molHCHO分子中含有σ键的数目为________mol。

③HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是________。

HOCH2CN的结构简式

④与H2O分子互为等电子体的阴离子为________。

⑤[Zn（CN）4]2－中Zn2＋与CN－的C原子形成配位键。

不考虑空间构型，[Zn（CN）4]2－的结构可用示意图表示为________。

答案　

（1）①Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p—p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键

②GeCl4、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

③sp3　共价键

（2）①正四面体　②配位键　N　③高于　NH3分子间可形成氢键　极性　sp3

（3）三角锥形　sp3

（4）①1s22s22p63s23p63d10（或[Ar]3d10）

②3

③sp3和sp

④NH

⑤

解析　

（1）①本题从单键、双键、叁键的特点切入，双键、叁键中都含有π键，难以形成双键、叁键，实质是难以形成π键，因为锗的原子半径较大，形成单键的键长较长，p—p轨道肩并肩重叠程度很小。

②根据表格数据得出，三种锗卤化物都是分子晶体，其熔、沸点分别依次增高，而熔、沸点的高低与分子间作用力强弱有关，分子间相互作用力强弱与分子量大小有关。

③类比金刚石，晶体锗是原子晶体，每个锗原子与其周围的4个锗原子形成4个单键，故锗原子采用sp3杂化。

微粒之间的作用力是共价键。

（2）①SO中S无孤电子对，立体构型为正四面体。

②[Ni（NH3）6]2＋为配离子，Ni2＋与NH3之间为配位键。

配体NH3中提供孤电子对的为N。

③NH3分子间存在氢键，故沸点比PH3高。

NH3中N有一个孤电子对，立体构型为三角锥形，因此NH3为极性分子，N的杂化轨道数为3＋1＝4，杂化类型为sp3。

（3）AsCl3的中心原子（As原子）的价层电子对数为3＋×（5－3×1）＝4，所以是sp3杂化。

AsCl3的立体构型为三角锥形。

（4）①Zn2＋核外有28个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。

②HCHO的结构式为

1个HCHO分子中含有3个σ键，则1molHCHO分子中含有3molσ键。

③HOCH2CN中有两个碳原子，—CH2—杂化类型为sp3，—CN杂化类型为sp。

④与H2O分子互为等电子体的阴离子为NH。

⑤[Zn（CN）4]2－的结构为

。

2．[2015·江苏高考]下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶：

2Cr2O＋3CH3CH2OH＋16H＋＋13H2O―→

4[Cr（H2O）6]3＋＋3CH3COOH

（1）配合物[Cr（H2O）6]3＋中，与Cr3＋形成配位键的原子是________（填元素符号）。

（2）CH3COOH中C原子轨道杂化类型为________；1molCH3COOH分子含有σ键的数目为________。

（3）与H2O互为等电子体的一种阳离子为______________________（填化学式）；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）O

（2）sp3和sp27NA（或7×6.02×1023）

（3）H2F＋H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键

解析　

（1）H2O中的O含有孤对电子，所以O为配位原子。

（2）甲基中的C原子为sp3杂化，羧基中的C原子为sp2杂化。

单键全部为σ键，1个双键中有1个π键、1个σ键，所以1molCH3COOH中含有7molσ键。

（3）H2O和H2F＋互为等电子体。

H2O分子与CH3CH2OH分子之间可以形成氢键，且两者都是极性分子，故两者是互溶的。

3．[2015·福建高考]

（1）下列关于CH4和CO2的说法正确的是________（填序号）。

a．固态CO2属于分子晶体

b．CH4分子中含有极性共价键，是极性分子

c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2

d．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp

（2）Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni（CO）4,1molNi（CO）4中含有________molσ键。

（3）一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构（如下图所示）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”。

参数

分子　　

分子直径/nm

分子与H2O的结合能E/kJ·mol－1

CH4

0.436

16.40

CO2

0.512

29.91

①“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________________________________________________________。

答案　

（1）ad

（2）8

（3）①氢键、范德华力②CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4

解析　

（1）固态CO2由CO2分子构成，为分子晶体，a对；CH4中含有极性键，但为非极性分子，b错；CH4、CO2为分子晶体，熔点由分子间作用力大小决定，与键能大小无关，c错；CH4中C的杂化类型为sp3，CO2中C的杂化类型为sp，d对。

（2）1molNi（CO）4中Ni与O之间形成4molσ键、C与O之间形成4molσ键，共有8molσ键。

（3）①可燃冰为甲烷的水合物，分子间存在范德华力，水分子间还存在氢键。

②根据提供的数据，CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4，因此科学家提出该设想。

4．[高考集萃]

（1）[2015·全国卷Ⅰ]碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是______________________。

CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子________________。

（2）[2015·山东高考]F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为________，其中氧原子的杂化方式为________。

F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。

已知反应Cl2（g）＋3F2（g）===2ClF3（g）　ΔH＝－313kJ·mol－1，F—F键的键能为159kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ·mol－1。

ClF3的熔、沸点比BrF3的________（填“高”或“低”）。

（3）[2015·海南高考]V2O5常用作SO2转化为SO3的催化剂。

SO2分子中S原子价层电子对数是________对，分子的立体构型为________；SO3气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________；SO3的三聚体环状结构如图所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为________；该结构中S—O键长有两类，一类键长约140pm，另一类键长约160pm，较短的键为________（填图中字母），该分子中含有________个σ键。

答案　

（1）C有4个价电子且半径较小，难以通过得失电子达到稳定电子结构　σ键和π键　sp　CO2、SCN－（或COS等）

（2）V形　sp3　172　低

（3）3　V形　sp2　sp3　a　12

解析　

（1）碳原子有4个价电子，且碳原子半径较小，很难通过得失电子达到稳定电子结构，所以碳在形成化合物时，其键型以共价键为主。

CS2中C为中心原子，采用sp杂化，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子有CO2、SCN－等。

（2）OF2的价电子对数为2＋×（6－2×1）＝4，所以OF2的分子构型为V形，氧原子的杂化方式为sp3杂化。

由盖斯定律可知，破坏化学键吸收的键能为242kJ·mol－1＋3×159kJ·mol－1＝719kJ·mol－1，设Cl—F的键能为xkJ·mol－1，形成化学键时所放出的键能为6xkJ·mol－1，则有719kJ·mol－1－6xkJ·mol－1＝－313kJ·mol－1，所以x＝172kJ·mol－1;ClF3和BrF3均为分子晶体，其熔沸点与相对分子质量有关，相对分子质量越大，熔、沸点越高，所以ClF3的熔、沸点比BrF3低。

（3）根据价层电子对互斥理论可确定SO2中孤电子对数为（6－2×2）÷2＝1，成键电子对数为2，即价层电子对数为3，SO2的立体构型为V形。

气态SO3中没有孤电子对，只有3个成键电子对，即中心元素S为sp2杂化。

图中与b键相连的O被2个S共用，键长较长，即a键较短。

每个共价键都为σ键，则该分子共有12个σ键。

5．[高考集萃]

（1）[2014·全国卷Ⅰ]新制备的Cu（OH）2可将乙醛（CH3CHO）氧化成乙酸，而自身还原为Cu2O。

乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________，乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是______________________________。

（2）[2014·全国卷Ⅱ]周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。

a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。

回答下列问题：

①a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为_________；分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是__________________________________（填化学式，写出两种）。

②这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是________；酸根呈三角锥结构的酸是________（填化学式）。

（3）[2014·浙江自选]维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用。

该物质的结构式为：

①以下关于维生素B1的说法正确的是________。

A．只含σ键和π键

B．既有共价键又有离子键

C．该物质的熔点可能高于NaCl

D．该物质易溶于盐酸

②维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间作用力有________。

A．离子键、共价键　　　B．离子键、氢键、共价键

C．氢键、范德华力D．离子键、氢键、范德华力

答案　

（1）sp3、sp2　6NA　CH3COOH存在分子间氢键

（2）①sp3　H2O2、N2H4　②HNO2、HNO3　H2SO3

（3）①BD　②D

解析　

（1）乙醛的结构式为

，由此可知，—CH3、—CHO上的碳原子分别是sp3、sp2杂化。

由于1个乙醛分子中含有4个C—H键、1个C—C键、1个C===O键，共6个σ键，故1mol乙醛分子含有6NA个σ键。

乙酸分子之间能形成氢键而乙醛分子之间不能形成氢键，故乙酸的沸点明显高于乙醛。

（2）由题意推出元素a、b、c、d、e依次是H、N、O、S、Cu。

①氢与其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形的是NH3，NH3中N原子的杂化方式为sp3，分子中既含有极性共价键又含有非极性共价键的化合物是H2O2、N2H4。

②这些元素的含氧酸有HNO2、HNO3、H2SO3、H2SO4，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是HNO2、HNO3，酸根呈三角锥结构的酸是H2SO3。

（3）①根据维生素B1的结构式可知该物质含有离子键、共价键，故A错，B项正确；该物质中阳离子与阴离子之间的晶格能小于Cl－与Na＋之间的晶格能，熔点应低于NaCl，故C项错误；该物质分子中含有—NH2，易溶于盐酸，D项正确。

②维生素B1分子中有—NH2、—OH官能团，可形成氢键。

　　时间：

45分钟　

　　满分：

100分

一、选择题（每题6分，共48分）

1．下列关于丙烯（CH3—CH==CH2）的说法错误的是（　　）

A．丙烯分子有8个σ键，1个π键

B．丙烯分子中3个碳原子都是sp3杂化

C．丙烯分子存在非极性键

D．丙烯分子中3个碳原子在同一平面上

答案　B

解析　丙烯（CH3—CH==CH2）中存在6个C—Hσ键和2个C—Cσ键，还有1个π键，则共有8个σ键，1个π键，A项正确；甲基中的C为sp3杂化，

中的C为sp2杂化，丙烯中只有1个C原子为sp3杂化，B项错误；C、C之间形成的共价键为非极性键，则丙烯分子存在非极性键，C项正确；

为平面结构，甲基中的C与双键碳原子直接相连，则三个碳原子在同一平面上，D项正确。

2．下列推断正确的是（　　）

A．BF3是三角锥形分子

B．NH的电子式：

，离子呈平面形结构

C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的p轨道形成的s－pσ键

D．CH4分子中的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与