第二章 分子结构与性质第三节 分子结构与物质的性质【学习目标】 1.能从微观角度理解共价键的极性和分子极性的关系。2.通过键的极性对物质性质的影响的探析，形成“结构决定性质”的认知模型。1.掌握范德华力、氢键的概念。2.通过范德华力、氢键对物质性质影响的探析，形成“结构决定性质”的认知模型。3.能从微观角度理解分子的手性，形成判断手性分子的思维模型。【基础知识】一、共价键的极性（一）键的极性和分子的极性1、共价键的极性极性键 非极性键定义由 不同 原子形成的 共价 键，电子对发生偏移电子对不发生偏移的 共价 键原子吸引电子能力 不同 相同共用电子对共用电子对偏向吸引电子能力强的原子共用电子对 不发生 偏移成键原子电性 显电性 电中性成键元素 一般是 不同种 非金属元素 同种 非金属元素举例 Cl—Cl、H—H2、分子的极性(1)极性分子与非极性分子(2)共价键的极性与分子极性的关系（二）键的极性对化学性质的影响例如，羧酸是一大类含羧基(—COOH)的有机酸，羧基可电离出 H＋而呈酸性。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。二、分子间作用力1、范德华力及其对物质性质的影响(1)概念：是 分子 间普遍存在的 相互作用力 ，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。(2)特征：很 弱 ，比化学键的键能小 1～2 个数量级。(3)影响因素：分子的极性越 大 ，范德华力越 大 ；组成和结构相似的物质，相对分子质量越大 ，范德华力越 大 。(4)对物质性质的影响：范德华力主要影响物质的 物理 性质，如熔、沸点，组成和结构相似的物质，范德华力越 大 ，物质熔、沸点越 高 。2、范德华力的正确理解(1)广泛存在于 分子 之间。 (2)只有分子间充分接近时才有 分子 间的相互作用力(范德华力)，如固体和液体物质中。(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、氢键及其对物质性质的影响(1)概念：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 很大的原子之间的作用力。(2)表示方法：氢键通常用 A—H…B 表示，其中 A、B 为 N、O、F，“—”表示 共价键 ，“…”表示形成的 氢 键。(3)氢键的本质和性质氢键的本质是静电相互作用，它比化学键弱得多，通常把氢键看作是一种比较强的分子间作用力。氢键具有方向性和饱和性，但本质上与 共价 键的 方向 性和 饱和 性不同。①方向性：A—H…B 三个原子一般在同一方向上。原因是在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最 小 ，形成的氢键最 强 ，体系最 稳定 。②饱和性：每一个 A—H 只能与一个 B 原子形成 氢 键，原因是 H 原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到 A、B 原子电子云的排斥。(4)分类：氢键可分为分子间 氢 键和分子内 氢 键两类。存在 分子内 氢键， 存在 分子间 氢键。前者的沸点 低 于 后者。(5)氢键对物质性质的影响：氢键主要影响物质的熔、沸点，分子间氢键使物质熔、沸点 升高 ，分子内氢键使物质熔、沸点 降低 。4、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；萘和碘易溶于四氯化碳， 难 溶于水。(2)影响物质溶解性的因素①外界因素：主要有 温度、压强 等。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 。三、分子的手性1、概念(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：具有 手性异构体 的分子。2、手性分子的判断(1)判断方法：有机物分子中是否存在 手性碳原子 。(2)手性碳原子：有机物分子中连有四个各 不相同 的原子或基团的碳原子。如 ，R1、R2、R3、R4互不相同，即C是手性碳原子。【考点剖析】考点一　化学键的类型1．下列各组物质中，化学键类型都相同的是(　　)A．CaCl2和 NaOH B．Na2O 和 Na2O2C．CO2和 CS2 D．HCl 和 NaOH答案　C解析　CaCl2只有离子键，NaOH 含离子键和极性共价键，化学键类型不相同，选项 A 不选；Na2O 只有离子键，Na2O2有离子键和非极性共价键，化学键类型不相同，选项 B 不选；CO2和 CS2都含极性共价键，化学键类型相同，选项 C 选；HCl 含极性键，NaOH 含离子键和极性共价键，化学键类型不相同，选项 D 不选。2．下列物质中，既有离子键又有共价键的是(　　)A．CaCl2 B．KBrC．H2O D．NH4F答案　D解析　一般活泼的金属元素和活泼的非金属元素容易形成离子键，非金属元素的原子间容易形成共 价键，据此可知选项 A 中只有离子键，B 中只有离子键，C 中含有共价键，D 中含有离子键和极性键。3．下列物质中含有非极性键且为盐的是(　　)A．CH3COONa B．NH4ClC．CaCl2 D．H2O2答案　A解析　CH3COONa 属于醋酸盐，含有离子键、极性键和非极性键，A 正确；NH4Cl 属于铵盐，含有离子键和极性键，B 错误；CaCl2属于钙盐，只含有离子键，C 错误；H2O2属于过氧化物，含有极性键和非极性键，D 错误。4．下列各组分子中，按共价键极性由强到弱排序正确的是(　　)A．HF　H2O　NH3　CH4B．CH4　NH3　H2O　HFC．H2O　HF　CH4　NH3D．HF　H2O　CH4　NH3答案　A解析　共价键极性的强弱取决于形成共价键的两原子的电负性，其电负性相差越大，形成的共价键极性越强。考点二　键的极性与分子极性5．X、Y 为两种不同元素，由它们组成的下列物质的分子中，肯定有极性的是(　　)A．XY4 B．XY3C．XY2 D．XY答案　D解析　XY 为直线形分子，不同种元素对电子对吸引能力不同，分子必有极性。6．下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子的一组是(　　)A．CH4和 Br2 B．NH3和 H2OC．H2S 和 CCl4 D．CO2和 HCl答案　B解析　CH4、CCl4、CO2都是由极性键形成的非极性分子，NH3、H2O、H2S、HCl 都是由极性键形成的极性分子。7．以极性键结合的多原子分子，分子是否有极性取决于分子的空间结构。下列分子都属于含极性键的非极性分子的是(　　)A．CO2　H2O B．NH3　BCl3C．PCl3　CH4 D．CS2　BF3答案　D解析　二氧化碳结构为 O==C==O，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，H2O 为 V 形分子，结构不对称，正负电荷的中心不重合，属于极性分子，A 不符合题意；NH3为三角锥形，结构不对称，正负电荷的中心不重合，属于极性分子，BCl3分子为平面三角形，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，B 不符合题意；PCl3为三角锥形，结构不对称，正负电荷的中心不重合，属于极性分子，CH4为正四面体结构，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，C 不符合题意；CS2是直线形分子，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，BF3分子为平面三角形，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，D 符合题意。8．下列物质：① MgCl2　② SiO2　③白磷　④ BF3　⑤ NH3　⑥四氯化碳，其中含极性键的非极性分子是(　　)A．①②③④⑥ B．①④⑤⑥C．③④⑥ D．④⑥答案　D解析　① MgCl2只有离子键，不存在共价键，故错误；② SiO2中不存在分子，故错误；③白磷为单质，分子中只含有非极性键，属于非极性分子，故错误；④ BF3中含有极性键，为平面三角形分子，正负电荷中心重合，为非极性分子，故正确；⑤ NH3中含有极性键，空间结构为三角锥形，正负电荷的中心不重合，为极性分子，故错误；⑥四氯化碳中含有极性键，空间结构为正四面体形，正负电荷中心重合，为非极性分子，故正确。考点三　极性分子、非极性分子的判断9．下列叙述正确的是(　　)A．NH3是极性分子，分子中氮原子是在 3 个氢原子所组成的三角形的中心B．CCl4是非极性分子，分子中碳原子处在 4 个氯原子所组成的正方形的中心C．H2O 是极性分子，分子中氧原子不处在 2 个氢原子所连成的直线的中央D．CO2是非极性分子，分子中碳原子不处在 2 个氧原子所连成的直线的中央 答案　C10．下列叙述中正确的是(　　)A．NH3、CO、CO2都是极性分子B．CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子C．HF、HCl、HBr、HI 的热稳定性依次增强D．CS2、H2O、C2H2都是直线形分子答案　B解析　选项 A，CO2是非极性分子；选项 B，CH4、CCl4都是正四面体结构，分子中的正负电荷中心重合，且 C—H、C—Cl 为极性键，故它们都是含有极性键的非极性分子；选项 C，根据同主族元素性质递变规律可知热稳定性：HF>HCl>HBr>HI；选项 D，H2O 不是直线形分子而是 V 形分子。11．膦(PH3)又称磷化氢，在常温下是一种无色有大蒜臭味的有毒气体，电石气的杂质中常含有磷化氢。它的分子空间结构是三角锥形。以下关于 PH3的叙述正确的是(　　)A．PH3分子中有未成键的孤电子对B．PH3是非极性分子C．PH3是一种强氧化剂D．PH3分子的 P—H 是非极性键答案　A解析　A 项正确，P 原子最外层有 5 个电子，只有 3 个电子参与成键，另有 2 个电子形成一对孤电子对；B 项错误，与 NH3类似，PH3是极性分子；C 项错误，PH3中 P 处于最低价态，不可能具有强氧化性(＋1 价氢的氧化性极弱)；D 项错误，由于 P 和 H 的电负性明显不同，故 P—H 是极性键。12．微波炉加热时，电炉内的微波场以极高的频率改变电场的方向，使水分子迅速摆动而产生热效应。在高频改变方向的电场中水分子会迅速摆动的原因是(　　)A．水分子具有极性共价键B．水分子中有共用电子对C．水由氢、氧两种元素组成D．水分子是极性分子答案　D解析　水分子空间结构为 V 形，正负电荷中心不重合，是极性分子，极性分子在电场中会发生偏转，当电场方向改变时，分子运动方向改变，因此在高频改变方向的电场中水分子会迅速摆动。考点四　分子间作用力的理解及应用13．下列有关物质性质判断正确且可以用范德华力来解释的是(　　)A．沸点：HBr＞HClB．沸点：CH3CH2Br＜C2H5OHC．稳定性：HF＞HClD．—OH 上氢原子的活泼性：H—O—H＞C2H5—O—H答案　A解析　HBr 与 HCl 结构相似，HBr 的相对分子质量比 HCl 大，HBr 分子间的范德华力比 HCl 强，所以其沸点比 HCl 高；C2H5Br 的沸点比 C2H5OH 低是由于 C2H5OH 分子间形成氢键而增大了分子间作用力的缘故；HF 比 HCl 稳定是由于 H—F 键能比 H—Cl 键能大的缘故；H2O 分子中的—OH 氢原子比 C2H5OH 中的—OH 氢原子更活泼是由于—C2H5的影响使 O—H 极性减弱的缘故。14．卤素单质从 F2到 I2在常温常压下的聚集态由气态、液态到固态的原因是(　　)A．原子间的化学键键能逐渐减小B．范德华力逐渐增大C．原子半径逐渐增大D．氧化性逐渐减弱答案　B解析　卤素单质从 F2到 I2结构相似，相对分子质量依次增大，范德华力依次增大，分子的熔、沸点依次升高。15．关于氢键，下列说法正确的是(　　)A．由于冰中的水分子间存在氢键，所以其密度大于液态水B．可以用氢键解释接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式(H2O)计算出来的相对分子质量大C．分子间氢键和分子内氢键都会使熔、沸点升高D．水加热到很高的温度都难以分解，这是由于氢键所致答案　B解析　A 项，由于冰中的水分子间存在氢键，增大了分子之间的距离，所以其密度小于液态水，错 误；B 项，由于水分子之间存在氢键，使水分子通常以几个分子缔合的形式存在，所以接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式(H2O)计算出来的相对分子质量大，正确；C 项，分子间氢键使熔、沸点升高，而分子内氢键则会使熔、沸点降低，错误；D 项，水加热到很高的温度都难以分解，这是由于分子内的 H—O 共价键强的缘故，与分子间的氢键无关，错误。16．下列选项不能用学过的氢键知识进行解释的是(　　)A．相对分子质量小的醇与水互溶，而相对分子质量较大的醇则不溶于水B．氨易液化，而氮气不容易液化C．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D．邻羟基苯甲醛( )的沸点比对羟基苯甲醛( )的沸点低答案　C解析　相对分子质量小的醇中羟基所占的质量分数大，所以与水形成的氢键多、二者互溶，A 项不符合题意；氨气压缩时，可以形成同种分子之间的氢键，所以容易液化，而氮气分子之间没有氢键，所以难被液化，B 项不符合题意；甲烷分子与水分子之间不是靠氢键结合的，C 项符合题意；邻羟基苯甲醛可以形成分子内氢键( )，所以分子与分子之间氢键的数量变少，而对羟基苯甲醛分子内由于氢原子与氧原子的距离较远，所以只能形成分子间氢键( )，从而使分子间作用力增大，沸点升高，D 项不符合题意。17．比较下列化合物的沸点，前者低于后者的是(　　)A．乙醇与氯乙烷B．邻羟基苯甲酸( )与对羟基苯甲酸( )C．对羟基苯甲醇( )与邻羟基苯甲醇( )D．H2O 与 H2Te答案　B解析　氢键分为两类：存在于分子之间时，称为分子间氢键；存在于分子内部时，称为分子内氢键。同类物质相比，分子内形成氢键的物质的熔、沸点要低于分子间形成氢键的物质的熔、沸点。如邻羟基苯甲酸、邻羟基苯甲醇等容易形成分子内氢键，沸点较低，而对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醇则容易形成分子间氢键，沸点较高，所以 B 选项正确，C 选项错误；对于 A 选项，由于乙醇存在分子间氢键，而氯乙烷不存在氢键，所以乙醇的沸点(78.5 ℃)高于氯乙烷的沸点(12.3 ℃)；同样道理，D 选项中，H2O 的沸点(100 ℃)高于 H2Te 的沸点。18．已知各种硝基苯酚的性质如下表：名称 结构式25 ℃水中溶解度/g熔点/℃沸点/℃邻硝基苯酚0.2 45 100间硝基苯酚1.4 96 194 对硝基苯酚1.7 114 295下列关于各种硝基苯酚的叙述不正确的是(　　)A．邻硝基苯酚分子内形成氢键，使其熔、沸点低于另外两种硝基苯酚B．间硝基苯酚不仅分子间能形成氢键，也能与水分子形成氢键C．对硝基苯酚分子间能形成氢键，使其熔、沸点较高D．三种硝基苯酚都能形成分子内氢键答案　D解析　当分子形成分子内氢键时，熔、沸点降低，A 正确；间硝基苯酚中与 N 原子相连的 O 原子易与水分子中的 H 原子形成氢键，B 正确、D 错误；对硝基苯酚能形成分子间氢键，使其熔、沸点升高，C正确。考点五　物质的溶解性19．一般来说，由极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，由非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，这就是“相似相溶”规律。以下事实不能用“相似相溶”规律解释的是(　)A．HCl 易溶于水 B．I2易溶于 CCl4C．Cl2可溶于水 D．NH3难溶于苯答案　C解析　HCl、NH3是极性分子，I2、Cl2是非极性分子，H2O 是极性溶剂，CCl4、苯是非极性溶剂，C 项符合题意。20．已知 O3分子为 V 形结构，O3在水中的溶解度和 O2相比(　　)A．一样大 B．O3比 O2小C．O3比 O2大 D．无法比较答案　C解析　因 O3分子为 V 形结构，是极性分子，O2为非极性分子，根据“相似相溶”规律可知 O3在水中的溶解度比 O2大，C 项正确。21．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的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和 I2都不含氢元素，而 H2O 中含氢元素D．CCl4和 I2都是非极性分子，而 H2O 是极性分子答案　D解析　因水分子为极性分子，CCl4、I2分子均为非极性分子，根据“相似相溶”规律，碘单质在水中的溶解度很小，但在 CCl4中的溶解度很大，故选 D。考点六　手性碳原子及手性异构22．下图中两分子所表示的物质间的关系是(　　)A．互为同分异构体B．是同一种物质C．互为手性异构体D．互为同系物答案　B解析　题图中的分子不含手性碳原子，所以两分子不是手性分子；两分子的分子式相同，结构相同，故两分子表示的物质是同一种物质。23．当一个碳原子连接四个不同的原子或基团时，该碳原子叫“手性碳原子”。下列化合物中含有2 个手性碳原子的是(　　)A． B． C． D．答案　C解析　A、B、D 三项中化合物均只含有 1 个手性碳原子，C 项中 标*的为化合物中含有的手性碳原子，故仅有 C 项符合题意。