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分子结构与性质疑难剖疑

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 分子结构与性质
2022 年普通高等学校招生全国统一考试 ( 全国乙卷 ) 化学 【2022全国乙卷】1. 生活中处处有化学,下列叙述正确的是 A. HB 铅笔芯的成分为二氧化铅 B. 碳酸氢钠可做食品膨松剂 C. 青铜和黄铜是不同结构的单质铜 D. 焰火中红色来源于钠盐灼烧 【答案】 B 【解析】 【详解

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1.共价键是如何形成的?

自旋相反的未成对电子可配对形成共价键,共价键的本质是在原子之间形成共用电子对(电子云的重叠),成键原子间原子轨道尽可能达到最大程度的重叠,重叠程度越大,体系能量降低越多,所形成的共价键越稳定。形成共价键的原子可以是非金属与非金属元素原子,也可以是金属与非金属元素原子。只有两原子的电负性相差不大时,才能通过共用电子对形成共价键,当两原子的电负性相差很大(大于1.7)时,不会形成共用电子对,这时形成离子键。

2.如何理解共价键的特征?

共价键具有饱和性和方向性。为满足最大重叠原理,两原子间形成共价键时,两原子轨道要沿着一定方向重叠,因此形成的共价键有一定方向性;两原子间形成共价键的数目是一定的,两原子各有1个未成对电子,可形成共价单键,若各有2个或3个未成对电子,则可形成双键或三键,这就是共价键的“饱和性”。注意所有的共价键都有饱和性,但不是所有的共价键都有方向性,如两个1S轨道H原子与H原子重叠形成的S-Sσ键没有方向性。

3.σ键与π键有什么不同?

两原子轨道沿键轴方向进行重叠,所形成的键称为σ键,重叠部位在两原子核间、键轴处,重叠程度较大,成键电子有s-s、s-p、p-p等,存在于单键、双键、三键中。两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧平行重叠所形成的键称为π键,重叠部位在键轴上、下方,键轴处为零,重叠程度较小,成键电子有p-p等,存在于双键、三键中。共价分子中可以只存在σ键但不能只存在π键,因为两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键,也就是说π键必须与σ键共存。

4.乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成?乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢?

(1)乙烷分子由7个σ键组成,乙烯分子由5个σ键和1个π键组成,乙炔分子由3个σ键和2个π键组成。

(2)乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度小,不稳定,容易断裂。而乙烷中没有π键,σ键稳定,不易断裂。

5.基态C原子有两个未成对电子,所以只能形成两个共价键吗?

碳原子2s轨道中的1个电子被激发到2p轨道中,此时碳原子有4个未成对电子,形成4个共价键。

6.如何判断分子中的σ键与π键?

根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。如果只有一个共用电子对,则该共价键一定是σ键;如果形成多个共用电子对时,则先形成1个σ键,另外的原子轨道形成π键。

7.共价键参数有哪些应用?

键能与键长是衡量共价键稳定性的参数,键长和键角是描述分子立体构型的参数。键能可以表示共价键的强弱(键能越大,断开化学键时需要的能量越多,化学键越稳定)、判断分子的稳定性(结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定)、判断化学反应的能量变化(在化学反应中,旧化学键的断裂吸收能量,新化学键的形成释放能量,因此反应焓变与键能的关系为ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和;ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应);一般键长越短,键能越大,共价键越稳定,分子越稳定;键长和键角决定分子的空间构型。用键角可直接判断分子的立体构型,如三原子分子键角为180°时为直线形,小于180°时为V形,五原子分子键角约109.5°时,立体构型为正四面体形。

8.如何判断共价键的强弱?

由原子半径和共用电子对数判断:成键原子的原子半径越小,共用电子对数越多,则共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定;由键能判断:共价键的键能越大,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多;由键长判断:共价键的键长越短,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多;由电负性判断:元素的电负性越大,该元素的原子对共用电子对的吸引力越大,形成的共价键越稳定。

9.电子数相同的微粒与等电子体是否相同?

电子数相同的微粒是指微粒中所有的电子数之和相同,但微粒中原子的数目不一定相同,如18电子的微粒有S2-、HS、Cl、Ar、K、Ca2+、H2S、H2O2、N2H4、C2H6、CH3OH等。等电子体是指原子总数相等、价电子总数相同的微粒,其电子总数不一定相同。如N2O与CO2,其原子数、价电子数、电子总数相等;SO2和O3其原子数相同、价电子数相同,但SO2电子总数为32,O3电子总数为24,显然电子总数不同。

10.如何确定等电子体?

将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n(和减少)n(n=1,2等)个原子,如N2与CO、N3和CNO互为等电子体;将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子),如N2O和N3互为等电子体;同主族元素最外层电子数相同,故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子,如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体;互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子,如N2O与CO2互为等电子体。等电子原理可以判断某些分子或离子的立体构型,如NH3和H3O,SiCl4、SiO42和SO42的空间构型相似,分别是三角锥形和正四面体形,等电子原理对制造新材料也是有启发的,例如晶体硅、锗是良好的半导体材料,它们的等电子体:磷化铝(AlP)、砷化镓(GaAs)也都是良好的半导体材料。

11.如何应用价层电子对互斥(VSEPR)理论确定分子的空间构型?

(1)中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子,它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测,对ABn型分子:n=2时是直线形分子(如CO2),n=3时是平面三角形分子(如CH2O),n=4时是正四面体形分子(如CH4)。

分子结构与性质疑难剖疑

(2)中心原子上存在孤对电子,先依据价层电子对互斥理论判断VSEPR模型(与上述构型类似),只考虑成键原子的形状可得出分子空间构型。

分子结构与性质疑难剖疑

12.如何计算ABm型分子中的价层电子对数和孤电子对数?

(1)ABm型分子的价层电子对数n=分子结构与性质疑难剖疑,利用上式计算A原子价层电子对数时,需注意:氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价电子,作为配位原子B时不提供价电子;卤素原子作为中心原子A时提供7个价电子,作为配位原子B时提供1个价电子;若为分子,电荷数为0,若为阳离子,则减去电荷数,如NH4,n=分子结构与性质疑难剖疑=4;若为阴离子,则加上电荷数,如SO42,n=分子结构与性质疑难剖疑=4。

(2)ABm型分子的孤电子对数m=分子结构与性质疑难剖疑,如NH4,m=分子结构与性质疑难剖疑=0;若为阴离子,则加上电荷数,如SO42m=分子结构与性质疑难剖疑=0。

13.价层电子对的立体构型与分子的立体构型一定相同吗?二者之间有何规律存在?

价层电子对的立体构型与分子的立体构型不一定一致,分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型,不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对,当中心原子上无孤电子对时,两者的构型一致;当中心原子上有孤电子对时,两者的构型不一致。

14.如何理解杂化轨道理论?

在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂,重新组合成一组新的轨道的过程,叫做轨道的杂化,双原子分子中,不存在杂化过程。杂化轨道理论要点是:只有能量相近的原子轨道才能杂化,如2s与3p不在同一能级,能量相差较大,不能形成杂化轨道;杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等,杂化轨道能量相同;杂化改变原有轨道的形状和伸展方向,使原子形成的共价键更牢固,如NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3,1个2s轨道和3个2p经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另1个杂化轨道中是成对电子,不与H原子形成共价键,sp3杂化轨道为正四面体形,但由于孤电子对的排斥作用,使3个N—H键的键角变小,成为三角锥形的立体构型;杂化轨道为使相互间的排斥力最小,故在空间取最大夹角分布,不同的杂化轨道伸展方向不同,如CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化,中心原子的孤电子对数依次为0个、1个、2个,由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键角越小;杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对;未参与杂化的p轨道可用于形成π键。注意轨道杂化的目的是降低分子的能量,理论强调的是“轨道杂化”,而非电子杂化,一个轨道不管有没有电子,只要符合杂化的条件就可以参与杂化。

15.如何判断成键原子的杂化方式?

(1)依据VSEPR理论判断成键原子的杂化方式。对ABn型分子,且中心原子A无孤对电子:n=2时是直线形分子(如CO2),中心原子采取sp杂化;n=3时是平面三角形分子(如CH2O),中心原子采取sp2杂化;n=4时是正四面体形分子(如CH4),中心原子采取sp3杂化。

(2)依据碳原子的成键情况判断成键原子的杂化方式。只含分子结构与性质疑难剖疑键的碳原子采取sp3杂化;含分子结构与性质疑难剖疑键的碳原子采取sp2杂化;含分子结构与性质疑难剖疑键的碳原子采取sp杂化。对于含氮化合物等也可采取类似的方法。

(3)依据分子构型、键角判断成键原子的杂化方式。sp3杂化的键角接近或等于109°28';sp2杂化的键角接近或等于120°;sp杂化的键角等于180°,对于杂化轨道,由于成键原子的不同或由于孤对电子的影响,使键角与理论值有一定差距。

16.配位键与一般共价键有什么区别?形成配位键的条件有哪些?

(1)形成一般共价键的电子对分别由成键两原子各提供一个电子,形成配位键的电子对是完全由配体提供,配位键是特殊的共价键。

(2)形成的条件是一方有空轨道,另一方有孤对电子。过渡金属的原子或离子提供空轨道能接受孤电子对做中心原子,含有孤对电子的分子(如CO、NH3、H2O等)或离子(如Cl、CN、NO2等)做配体,直接同中心原子配位的原子或离子的数目叫中心原子的配位数,如[Fe(CN)6]4-中Fe2+的配位数为6,[Cu(NH3)4]Cl2中Cu2+的配位数为4。配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强,配合物越稳定。 当作为中心原子的金属离子相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。

17.如何比较极性键的极性强弱?

一般情况下,成键原子的电负性相差越大,电子对偏移程度越大,键的极性越强,在化学反应中越易断裂。如卤族元素形成的氢化物中键的极性强弱关系为H—F键>H—Cl键>H—Br键>H—I键。

18.如何判断共价键是极性键还是非极性键?

A—A(或分子结构与性质疑难剖疑分子结构与性质疑难剖疑)型即为非极性键,分子结构与性质疑难剖疑(分子结构与性质疑难剖疑分子结构与性质疑难剖疑)型即为极性键;离子键可认为是比极性键极性更强的化学键。

19.如何判断分子是极性分子还是非极性分子?

只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子,如O2、H2、P4、C60;含有极性键的双原子分子都是极性分子,如HCl、HF、HBr;含有极性键的多原子分子,空间结构对称的是非极性分子;立体结构不对称的是极性分子;判断ABn型分子若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则中心原子无孤电子对为非极性分子,若不等,则中心原子有孤电子对为极性分子,如CS2、BF3、SO3、CH4、PCl5为非极性分子,H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分子。

20.范德华力对物质性质有什么影响?

范德华力是物质分子之间普遍存在的一种相互作用力,又称分子间作用力,它无方向性、无饱和性。物质在发生物理变化时,分子内部结构不被破坏,范德华力(分子间作用力)主要影响由分子构成的物质的物理性质,如熔、沸点、溶解性等。物质在发生化学变化时,分子被破坏,因此化学性质主要受化学键的影响。范德华力随着分子极性和相对分子质量的增大而增大,组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大。组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,物质的熔、沸点就越高,如Cl2、Br2、I2的组成和结构相似,但由于相对分子质量逐渐增大,所以范德华力逐渐增大,故熔、沸点逐渐升高,状态由气态→液态→固态;物质的极性越大,范德华力就越大,物质的熔、沸点就越高,如CO的沸点高于N2。极性分子易溶于极性溶剂中,非极性分子易溶于非极性溶剂中。

21.范德华力、氢键及共价键有什么不同?


范德华力

氢键

共价键

概念

物质分子之间普遍存在的一种相互作用力

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作用力

原子间通过共用电子对所形成的相互作用

分类


分子内氢键、分子间氢键

极性共价键、非极性共价键

特征

无方向性、无饱和性

有方向性、有饱和性

有方向性、有饱和性

强度

比较

共价键>氢键>范德华力

影响因素

随着分子极性和相对分子质量的增大而增大,组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大

对于A—H…B—,A、B的电负性越大,B原子的半径越小,氢键键能越大

成键原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越稳定

分子性质

影响物质的熔、沸点,溶解性等物理性质,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F2<Cl2<Br2<I2,CF4<CCl4<CBr4

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,HF>HCl,NH3>PH3

影响分子的稳定性,共价键键能越大,分子稳定性越强

22.水结成冰时,为什么冰浮在水面上?为什么NH3极易溶于水?

(1)在水蒸气中水以单个的水分子形式存在;在液态水中,经常是几个水分子通过氢键结合起来,形成(H2O)n;在固态水(冰)中,水分子大范围地存在氢键,形成相当疏松的晶体,从而在结构中有许多空隙,造成体积膨胀,密度减小,因此冰能浮在水面上。

(2)由于氨分子与水分子间能形成氢键,且都是极性分子,所以NH3极易溶于水。

23.为什么HCl极易溶于水,而CCl4难溶于水?

一般情况下,极性溶质易溶于极性溶剂,非极性溶质易溶于非极性溶剂。有机溶剂一般是非极性或弱极性物质,多数无机物的极性较强,所以多数无机物在有机溶剂中的溶解度较小。因为HCl和H2O都为极性分子,而CCl4为非极性分子,HCl极易溶于水,而CCl4难溶于水。

24.氢键对物质性质有什么影响?

(1)对物质熔、沸点的影响:分子间存在氢键的物质,物质的熔、沸点明显高,如NH3>PH3;同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高,如邻羟基苯甲酸<对羟基苯甲酸;

(2)对物质溶解度的影响:溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大,如NH3、甲醇、甲酸等易溶于水;

(3)对物质密度的影响:氢键的存在会使某些物质的密度反常,如水的密度比冰的密度大;(4)氢键对物质电离性质的影响:如邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1与对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1相差较大。

25.如何比较物质的溶解性?

(1)依据“相似相溶”规律:非极性溶质一般易溶于非极性溶剂,难溶于极性溶剂;极性溶质一般易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂。

(2)依据溶质与溶剂之间是否存在氢键:如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶质溶解度增大且氢键作用力越大,溶解性越好。如:NH3、HF极易溶于水;甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、氨基乙酸、乙胺等易溶于水,就是因为它们与水形成分子间氢键。

(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。如烃基越大的醇(羧酸、醛)在水中的溶解度越小。

26.如何比较无机含氧酸的酸性强弱?

无机含氧酸分子之所以显酸性,是因为其分子中含有—OH,而—OH上的H在水分子的作用下能够电离出H,从而显一定的酸性。

(1)对同一种元素的含氧酸,该元素的化合价越高,其含氧酸的酸性越强,如酸性:HClO4>HClO3>HClO2>HClO。

(2)含氧酸可表示为(HO)mOn,若R相同,n值越大,酸性越强;同主族元素或同周期元素最高价含氧酸的酸性强弱,根据非金属性强弱来比较,如HClO4>H2SO4, H2SO4>H2SeO4

(3)根据羟基氧原子数判断:酸分子中不与氢原子相连的氧原子的数目越多,酸性越强,含氧酸通式[(HO)mOn]中,n=0,极弱酸,如硼酸(H3BO3);n=1,中强酸,如亚硫酸(H2SO3);n=2,强酸,如硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3);n=3,极强酸,如高氯酸(HClO4)。

(4)根据电离度判断,如α(H3PO4)>α(HClO),酸性:H3PO4>HClO;

(5)根据化学反应判断如H2SO4+Na2SO3=Na2SO4+H2O+SO2↑,酸性:H2SO4>H2SO3,H2O+CO2+Ca(ClO)2=CaCO3↓+2HClO,酸性:H2CO3>HClO。

27.如何判断手性分子?

连接四个不同原子或原子团的碳原子,称为手性碳原子,常用×C表示:如分子结构与性质疑难剖疑,R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或原子团。

(1)观察实物与其镜像能否重合,如果不能重合,说明是手性分子。如图:

分子结构与性质疑难剖疑

(2)观察有机物分子中是否有手性碳原子,如果有一个手性碳原子,则该有机物分子就是手性分子,具有手性异构体。含有两个手性碳原子的有机物分子不一定是手性分子。

(责任编辑:化学自习室)
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