第四讲分子的性质及分子间作用力

第四讲分子的性质及分子间作用力

【考点归纳】

【考点一：键的极性和分子极性】

1.极性共价键与非极性共价键

2.分子的极性

类型非极性分子极性分子

形成原因正电中心和负电中心重合的分子正电中心和负电中心不重合的分子

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

实例H2、N2、CO2HCl、NO、H2O

【方法引领】多原子分子（化合物）极性判断常用方法

①化合价法：若中心原子的化合价绝对值等于其所在主族序数，是非极性分子。反之则是极性分子。

②孤电子对法：若中心原子有孤电子对时，是极性分子，反之则是非极性分子。

【例1】1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧做出特殊贡献的化学家。O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。臭氧分子的结构如图，呈V型，两个O-O键的夹角为116.5o，三个原子以一个O原子为中心，与另外两个氧原子分别构成共价键；中间O原子提供2个电子，旁边两个O原子各提供一个电子，构成一个特殊的化学健―三个O原子均等地享有这三个电子。请回答：

(1)臭氧与氧气的关系是______________。

(2)写出下列分子与O3分子的结构最相似的是( )

A．H2O B．CO2C．SO2D．BeCl2

(3)O3是分子（极性或非极性）

【针对训练】用一带静电的玻璃棒靠近A、B两种纯液体流，现象如下图所示，据此分析，A、B 两种液体分子的极性正确的是

A．A是极性分子，B是非极性分子

B．A是非极性分子，B是极性分子

C．A、B都是极性分子

D．A、B都是非极性分子

【考点二：范德华力】

1．范德华力含义：分子间普遍存在的相互作用力（把分子聚集在一起），称为分子间作用力，又称为范德华力。

2．影响范德华力的因素：其大小主要由分子的相对分子质量的大小和分子极性的强弱决定。一般，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。

3．范德华力对物质性质的影响

（1）熔沸点：范德华力越大，由分子构成的物质熔沸点就越高。

（2）溶解性：溶质分子与溶剂分子之间的范德华力越大其溶解度越大

【考点三：氢键】

1.氢键是除范德华力外的另一种分子间作用力，它是由已经与电负性很强的原子（N、O、F）形成强极性共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间产生的作用力。

2.氢键的表示方法及形成条件

（1）表示法：A －H…B －

（2）形成条件：一般只考虑N 、O 、F 三种元素与H 形成的化合物。

3． 氢键的类型:分子间氢键与分子内氢键

4． 氢键对物质性质的影响

（1）熔沸点：形成分子间氢键使得物质熔沸点升高；形成分子内氢键使物质熔沸点降低。

如NH 3、H 2O 、HF 的熔、沸点升高，使其在同族氢化物中熔、沸点高，更易液化。

（2）密度：水结冰体积膨胀，密度减小就是由于形成了分子间氢键。

（3）溶解性：若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。如NH 3极易溶于水；

C 2H 5OH 与水任意比互溶。

5. 氢键的特点：氢键既有方向性又有饱和性。

【例2】下列现象与氢键有关的是：

①H 2O 的熔、沸点比ⅥA 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科学家测得氟化氢真实组成为(HF)n ⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低 ⑥水分子是很稳定的分子

A.①②③④⑤⑥

B.①②③④⑤

C.①②③④

D.①②③

【针对训练1】下列化合物的沸点比较，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 ．对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛

D ．H 2O 与H 2Te

【针对训练2】若不断地升高温度，实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶

段被破坏的粒子间的主要相互作用依次是 ( )

A ．氢键；分子间作用力；极性键

B ．氢键；氢键；非极性键

C ．氢键；极性键；分子间作用力

D ．分子间作用力；氢键；非极性键

【考点四：相似相溶原理】 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。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。

②随着溶质分子中憎水基的增大，溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而

戊醇在水中的溶解度明显减小。

【考点五：手性分子】

1. 定义：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

空间里不能重叠，这对分子互称为手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。

连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子（如图中黑色球）。

具有手性关系的分子互称为手性异构体，又叫对映异构体、光学异构体。

2. 手性分子的应用：生产手性药物；生产手性催化剂

【例3】当一个碳原子连有四个不同原子或原子团时，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 ．

NH 2 H H 3C HOOC H 2N H CH 3 COOH CHO CHOH CH 2OH CHO CH 2 H －C －Br Cl COOH CHOH CH 2 CHClBr OH CHCl CH 3－C － CH 3

【考点六：无机含氧酸分子的酸性】

1.结构：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 ＋，从而显示一定的酸性。例如HNO 3和H 2SO 4的结构式如下：

2．无机含氧酸酸性强弱的变化规律

（1）同周期元素的含氧酸（中心原子元素呈最高价），从左至右，酸性增强（O 、F 除外）。

（2）同主族元素的含氧酸（中心原子元素呈最高价），从上至下，酸性减弱。

（3）同一元素不同价态的含氧酸酸性：该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。

3．比较无机含氧酸酸性强弱的方法

含氧酸的通式：(HO)m RO n 如果成酸元素R 相同，则n 值越大，R 的正电性越高，导致R －O －H

中的电子向R 偏移，因而在水分子的作用下，也就越容易电离出H +，即酸性越强。

如，H 2SO 4可写作(HO)2SO 2，n ＝2；而H 2SO 3可写作(HO)2SO ，n ＝1，所以H 2SO 4的酸性比H 2SO 3

的酸性强。

【注意事项】

（1）酸性大小与－OH 数目即m 数值大小无关。

例如H 3PO 4 m ＝3，是中强酸，并非强酸，H 2SO 3与H 2SO 4中m 均为2，但H 2SO 3的酸性弱于H 2SO 4。

（2）含氧酸强度与酸中的非羟基氧原子数的关系

名称 次氯酸 磷酸 硫酸 高氯酸

含氧酸分子式

HClO H 3PO 4 H 2SO 4 HClO 4 非羟基氧原子数

0 1 2 3 酸性 弱酸 中强酸 强酸 最强酸

（注：酸的元数与酸中羟基上的氢原子数相等，不一定等于酸中的氢原子数。例如次磷酸结构式为 有两个H 原子没有连在氧原子上，属于一元酸）

【例4】下列对分子的性质的解释中，不正确的是

A ．水很稳定(1 000 ℃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(CH 3CHCOOHOH)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：H 3PO 4>HClO ，因为H 3PO 4中非羟基氧原子数大于次氯酸中非羟基氧原子数

【针对训练1】下列各组酸中，酸性依次增强的是( )

A ．H 2CO 3、H 2SiO 3、H 3P O 4

B ．HNO 3、H 3PO 4、H 2SO 4

C ．HI 、HCl 、H 2S

D ．HClO 、HClO 3、HClO 4

【针对训练2】已知磷酸分子[]中三个氢原子都可以跟重水(D 2O)中D 原子发生交换，又

知次磷酸(H 3PO 2)也能跟D 2O 进行氢交换，次磷酸钠(NaH 2PO 2)却不能再跟D 2O 发生氢交换，由此

推断出次磷酸分子的结构是( )

【专题练习】

O

O H —O —S —O —H H —O —N O O O ＝P －OH H H

1、用价层电子对互斥理论（VSEPR ）可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是( )

A ． S O 2、CS 2、HI 都是直线型的分子

B ． BF 3键角为120°，SnBr 2键角大于120°

C ． COCl 2、BF 3、SO 3都是平面三角型的分子

D ． P Cl 3、NH 3、PCl 5都是三角锥型的分子

2、下列叙述正确的是（ ）

①配位键在形成时,是由成键双方各提供一个电子形成共用电子对 ②价电子排布式为ns 2的原子属于ⅠA 或ⅡA 族元素 ③Ge 是ⅣA 族的一个主族元素，其核外电子排布式为Ge ：[Ar]4s 24p 2,属于P 区元素 ④非极性分子往往是高度对称的分子，比如BF 3，PCl 5，H 2O 2，CO 2这样的分子 ⑤化合物NH 4Cl 和CuSO 4·5H 2O 都存在配位键 ⑥AgCl 是一种白色的沉淀，不溶于硝酸溶液，浓硫酸溶液，烧碱溶液，却能溶于氨水中

A ．①③

B ．②③

C ．⑤⑥

D ．④⑤

3. 下列表达式错误的是（ ） A ．碳-12原子表示为 B ．氮原子的L 层电子的电子排布图

C ．硫离子的核外电子排布式1s 22s 22p 63s 23p 6

D ．NH 4Cl

的电子式为：

4. 下列中心原子采取sp 2杂化且为非极性分子的是：（ ）

A.CS 2

B.H 2S

C. SO 2

D. SO 3

5.下列说法不正确的是 （ ）

A.HCl 、HBr 、 HI 的熔点沸点升高与范德华力大小有关

B.H 2O 的熔点沸点大于H 2S 的是由于H 2O 分子之间存在氢键

C.乙醇与水互溶可以用相似相溶原理解释

D.甲烷与水分子间不能形成氢键这种化学键.

6.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H 2O 分子互为等电子体的微粒 （填2种）。

（3）水分子在特定条件下容易得到一个H ＋，形成水合氢离子（H 3O ＋

）。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，已知冰的升华热是51 kJ/mol ，除氢键外，水分子间还存在范德华力(11 kJ/mol)，则冰晶体中氢键的“键能”是

kJ/mol ；

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

出生成此配合离子的离子方程式： 。

23. (8分) （1）1S 22S 22P 4 (1分) （2）H 2S 、NH 2－(2分) （3）A (1分) （4）BC (2分) （5）20 (1分) （6）Cu 2++4H 2O=[Cu(H 2O)4]2+(1分)

7．向试管中加入2mL5%的硫酸铜溶液，逐滴加入过量的氨水，边滴加边振荡。

⑴请写出有关化学方程式： ① ②

126C

⑵[Zn(NH3)4]SO4中，Zn2+与NH3以相结合，形成配合物的内界为，

为配合物的外界。Zn2+接受4个NH3分子中氮原子提供的孤电子对，形成个配位键，Zn2+提供接受孤电子对，是，NH3分子中氮原子提供孤电子对，是配位原子，NH3分子是，[Zn(NH3)4]2+中，Zn2+的配位数是。8．已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物，试根据有关信息完成下列问题：

(1)水是维持生命活动所必需的一种物质。

①1 mol冰中有________mol氢键。

②用球棍模型表示的水分子结构是____________。

(2)已知H2O2分子的结构如图所示：H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的

两面上，两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。

试回答：

①H2O2分子的电子式是______________，结构式是___________________________。

②H2O2分子是含有________键和________键的__________(填“极性”或“非极性”)分子。

③H2O2难溶于CS2，简要说明理由：_______________________________。

④H2O2中氧元素的化合价是__________，简要说明原因______________________。

答案(1)①2②B

(2)①

H—O—O—H②极性非极性极性③因H2O2为极性分子，而CS2为非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2④－1价因O—O键为非极性键，而O—H键为极性键，共用电子对偏向氧，故氧为－1价

解析(1)在冰中，每个水分子与周围的4个水分子形成4个氢键，按“均摊法”计算，相当于每个水分子有2个氢键；水分子为V形结构。

(2)由H2O2的空间构型图可知，H2O2是极性分子，分子内既有极性键，又有非极性键，根据“相

似相溶”规律，H2O2难溶于CS2。

9．[2012·福建理综](3)硅烷(Si n H2n＋2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示，呈现这种变化关系的原因是__________________________________________。

(4)硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子X m－(含B、O、H 三种元素)的球棍模型如右下图所示：

①在X m－中，硼原子轨道的杂化类型有________；配位键存在于________原子之间(填原子的数字标号)；m＝____________(填数字)。

②硼砂晶体由Na＋、X m－和H2O构成，它们之间存在的作用力有__________(填序号)。

A．离子键B．共价键C．金属键D．范德华力E．氢键

答案(3)硅烷的相对分子质量越大，分子间范德华力越强(或其他合理答案)

(4)①sp2、sp34,5(或5,4)2②ADE

10．[2012·浙江自选)](3)下列物质变化，只与范德华力有关的是________。

A．干冰熔化B．乙酸汽化C．乙醇与丙酮混溶D．CHONCH3CH3溶于水

E．碘溶于四氯化碳F．石英熔融

(4)下列物质中，只含有极性键的分子是_________，既含离子键又含共价键的化合物是__________；只存在σ键的分子是_______，同时存在σ键与π键的分子是____________________。

A．N2B．CO2C．CH2Cl2D．C2H4E．C2H6F．CaCl2 G．NH4Cl

12.[2012·新课标全国卷]ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

(1)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是

____________________________。

(2)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的

最低能量，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为____________。

(3)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为____________。

(4)H2Se的酸性比H2S________(填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为__________，SO2－3

离子的立体构型为____________。

(5H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因：______________________________________。

答案(1)sp3(2)O>S>Se(3)343s23p63d10(4)强平面三角形三角锥形(5)①由于第一步电离产生的H＋的抑制作用，使第一步电离生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的氢离子②H2SeO3和H2SeO4可表示为(HO)2SeO和(HO)2SeO2。H2SeO3中的Se为＋4价，而H2SeO4

中的Se为＋6价，正电性更高，导致Se—O—H中O的电子更向Se偏移，更易电离出H＋

【新课预习】

【考点一：晶体的概念丶常见晶体】

1、概念：

①晶体：内部微粒（分子、离子、原子）在空间按一定规律作周期性重复排列，并构成具有规则几何外形的固体物质。

注意：晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙；有规则几何外形的也不一定是晶体，如经加工而得到的玻璃，塑料等；有固定组成的物质也不一定是晶体，如无定形的SiO2.

②非晶体：内部微粒（分子、离子、原子）排列呈现杂乱无章的分布状态，不具有规则几何外形的固体物质。如：玻璃、松香、明胶等。

2、分类：

【考点二：晶体的特性及其与非晶体的区别】

1.晶体的特性

（1）自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。有无自范性是晶体与非晶体的本质区别。

（2）均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。

（3）.各向异性：即晶体在不同的方向上，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向上的物理特性不同

（4）有特定的对称性：晶体具有规则的几何外形，因而具有特定的对称性。如规则的食盐晶体具有立体外形，它既有轴对称，也有面对称。

（5）固定的熔点

加热晶体，温度达到晶体熔点时即开始熔化，在完全没有熔化之前，继续加热，温度不现升高。这时所供给的热都用来使晶体熔化，完全熔化后，温度才开始升高。

加热非晶体，温度升高到某一程度后开始软化，流动性增强，最后变为液体。从软化到完全熔化，中间经一定的较长的温度范围。也就是说，非晶体没有固定的熔点。

（6）能使X射线产生衍射：晶体能使X—射线产生衍射，而非晶体却X—射线只能使产生散射。2．晶体与非晶体的区别

晶体非晶体

结构特征结构微粒在三维空间里呈周期性有

序排列

结构微粒无序排列

自范性（本质区别）有无

特定的对称性均一不均一固定的熔点有无

各向异性有无

能否发生X—射线衍射能不能

举例

NaCl晶体、I2晶体、SiO2晶体石英、

云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、

味精、玛瑙、水晶碘硫

玻璃、蜂蜡、松香、

沥青、橡胶等

区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是X—射线衍射

【考点三：晶胞及均摊法的计算】1．晶胞

(1)概念：描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的结构重复单元。

(2)晶体中晶胞的排列特点——无隙并置。

①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙；②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。

2.三种典型的立方晶体结构：

3．晶体化学式的求法

晶体的化学式的确定常用分摊法，其核心为若晶体中某位置上粒子被n 个重

复单元共用，那该粒子有1n

属于这个晶胞。如由立方晶胞中： (1)处于顶点上的粒子被8个晶胞共用，该粒子有18

属于这个晶胞； (2)处于棱上的粒子被4个晶胞共用，该粒子有14

属于这个晶胞； (3)处于面心上的粒子被2个晶胞共用，该粒子有12

属于这个晶胞； (4)处于晶胞内部的粒子，该粒子完全属于这个晶胞。

4．有关晶胞各物理量的关系

对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a 3×ρ×N A ＝n ×M ，a 表示晶胞的棱长，ρ表示密度，N A 表示阿伏加德罗常数，n 表示1 mol 晶胞中所含晶

体的物质的量，M 表示相对分子质量，a 3×ρ×N A 表示1 mol 晶胞的质量。

【专题练习】

1.晶体与非晶体的严格判别可采用 ( )

A. 有否自范性

B.有否各向同性

C.有否固定熔点

D.有否周期性

结构

2.某物质的晶体中含A 、B 、C 三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面心上的B 原子未能画出)，晶体中A 、B 、C 的中原子个数之比依次为( )

A.1:3:1

B.2:3:1

C.2:2:1

D.1:3:3

3.1987年2月，未经武（Paul Chu ）教授等发现钛钡铜氧化合物在90K 温度下即具有超导性。若该化合物的结构如右图所示，则该化合物的化学式可能是（ ）

A.YBa 2CuO 7－x

B.YBa 2Cu 2O 7－x

C.YBa 2Cu 3O 7－x

D.YBa 2Cu 4O 7－x

4.白磷分子如图所示：则31 g 白磷分子中存在的共价键数目为（ ）

A ．4 N A

B ．N A

C ．1.5 N A

D ．0.25 N A

5．某离子化合物的晶胞如右图所示立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是（ ）

A 、1∶8

B 、1∶4

C 、1∶2

D 、1∶1

6.如右图石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子

数目为（）

A、2

B、3

C、4

D、6

7.许多物质在通常条件下是以晶体的形式存在，而一种晶体又可视作若干相同的基本结构单元构成，这些基本结构单元在结构化学中被称作晶胞。已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所示，则该物质的化学式为（）

A．Ca4TiO3B．Ca4TiO6 C．CaTiO3D．Ca8TiO12

8.下列有关晶体的特征及结构的陈述中不正确的是（）

A 单晶一般都有各向异性

B 晶体有固定的熔点

C 所有晶体都有一定的规整外形

D 多晶一般不表现各向异性

9.晶体中最小的重复单元——晶胞，①凡处于立方体顶点的微粒，同时为个晶胞共有；②凡处于立方体棱上的微粒，同时为个晶胞共有；③凡处于立方体面上的微粒，同时为个晶胞共有；

④凡处于立方体体心的微粒，同时为个晶胞共有。

参考答案

1.D

2.A

3.C

4.C

5.D

6.A

7.C

8.D

9.8、4、2、1