内容正文:
非选择题突破(一)
命题点3 结构决定性质
——解释原因简答题
专题二 物质结构与性质
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板块一 专题二 物质结构与性质
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一、分子性质
1.分子结构与分子极性的关系
2.键的极性对化学性质的影响
应用示例
按要求回答下列问题:
(1)酸性:CCl3COOH________CHCl2COOH(填“>”或“<”,下同),其原因是____________________________________________ __________________________________________________________。
答案 > Cl3C—的极性大于Cl2HC—的极性,导致CCl3COOH的羧基中羟基的极性更大,更易电离出H+
(2)酸性:CH3COOH________CH3CH2COOH,其原因是___________ ___________________________________________________。
答案 > 烷基是推电子基因,烷基越长推电子效应越大,使羧基中羟基的极性越小,羧酸的酸性越弱
3.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,若存在氢键,则溶剂和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,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
二、氢键与微粒性质
1.氢键的表示:X—H…Y,“—”表示共价键,“…”表示氢键。
2.氢键形成的一般条件
(1)分子中必须有氢原子。
(2)氢原子两边有电负性大、半径小、具有孤电子对的元素(F、O、N)。
①—NH中的N原子上没有孤电子对,N原子不能形成氢键。
②—CHO中的H原子与C原子相连,H原子不能形成氢键。
3.氢键的特点
(1)有方向性:沿着孤电子对的伸展方向成键。
(2)有饱和性:氢原子与孤电子对相对应。
4.氢键的存在
(1)三种气态氢化物:HF、H2O、NH3。
(2)含羟基物质:含氧酸、含氧酸的酸式盐、醇、酸、酚及它们的水溶液。
(3)含氨基物质:NH3、N2H4、DNA双螺旋体。
5.氢键的类型
(1)分子间氢键:普遍存在。
(2)分子内氢键:含多个N、O、F原子,且为邻位关系。
硝酸
水杨醛
邻硝基苯酚
6.温度对氢键的影响:升高温度,微粒间的距离变大,氢键被(部分)破坏。
7.氢键对物质性质的影响
(1)对物质熔、沸点的影响。
①分子间氢键相当于增大了相对分子质量,故熔、沸点升高。
②分子内氢键未增大相对分子质量,却降低了分子极性,故熔、沸点降低。
③形成的分子间氢键越多,熔、沸点越高。
(2)对物质的电离的影响:酸性氢原子形成氢键,电离程度变小,酸性减弱。
(3)对液体的黏度的影响:分子间有氢键的液体,一般黏度较大。
(4)冰的密度:结冰时水中的氢键增多,水分子间的空隙变大,体积增大,密度减小。
8.冰晶体中氢键键能的计算
(1)冰晶体中氢键的结构式。
(2)1个水分子可以形成4个氢键,完全属于该水分子的氢键有2个。
(3)冰的升华热=范德华力+2 mol氢键。
三、物质溶解性的比较
1.相似相溶原理:极性相似的分子间范德华力较大,其溶解度也大。
(1)极性分子易溶于极性溶剂。
(2)非极性分子易溶于非极性溶剂。
(3)常见的极性分子和非极性分子:
①极性分子:H2O、NH3、SO2、酒精。
②非极性分子:CCl4、CS2、苯。
2.氢键对物质溶解性的影响
(1)若溶质和溶剂分子间形成氢键,则它在溶剂中的溶解度反常的大。
(2)若溶质分子中存在氢键
①形成氢键可以降低溶质的极性,在溶剂中的溶解度降低。
②升高温度,溶质分子中的氢键被破坏,溶质和溶剂之间形成氢键,溶解度又增大。
3.某些基团对物质溶解性的影响
(1)常见的亲水基和憎水基。
①亲水基:羟基、羧基、氨基、醛基等(容易与水形成氢键)。
②憎水基:烃基、酯基等。
(2)随着溶质分子中憎水基个数的增多,溶质在水中的溶解度减小。
①甲醇、乙醇、甘油和水以任意比互溶。
②戊醇在水中的溶解度明显减小。
4.如果溶质和溶剂发生反应,将增大物质的溶解性。
1.(2025·湖南卷)下列有关物质性质的解释错误的是( )
性质
解释
A
酸性:CH3COOH<HCOOH
—CH3是推电子基团
B
熔点:C2H5NH3NO3<NH4NO3
C2H5NH的体积大于NH
C
熔点:Fe>Na
Fe比Na的金属性弱
D
沸点:H2O>H2S
H2O分子间存在氢键
解析 —CH3是推电子基团,使乙酸中羟基的极性减弱,酸性弱于甲酸,A解释正确;C2H5NH的体积大于NH,导致其硝酸盐的晶格能较低、熔点更低,B解释正确;Fe熔点高于Na是因金属键更强,而不是因为Fe的金属性比钠弱,金属性是金属失电子的能力,与金属熔点无关,C解释错误;H2O分子间氢键使其沸点反常高于H2S,D解释正确。
答案 C
2.(2024·浙江6月卷节选)氧是构建化合物的重要元素。请回答:
化合物HA、HB、HC和HD的结构如下图。
(1)HA、HB和HC中羟基与水均可形成氢键(—O—H…OH2),按照氢键由强到弱对三种酸排序:________,请说明理由:______________ ______________________________________________________。
(2)已知HC、HD钠盐的碱性:NaC>NaD,请从结构角度说明理由:
______________________________________________________。
解析 (1)O、S、Se的电负性逐渐减小,键的极性:C===O>C===S>C===Se,使得HA、HB、HC中羟基的极性逐渐增大,从而羟基与水形成的氢键由强到弱的顺序为HC>HB>HA。
(2)HC、HD钠盐的碱性:NaC>NaD,说明酸性:HC<HD,原因是:S的原子半径大于O的原子半径,S—H键的键能小于O—H键,同时HC可形成分子间氢键,使得HD比HC更易电离出H+,酸性:HD>HC,C-的水解能力大于D-,钠盐的碱性NaC>NaD。
答案 (1)HC>HB>HA O、S、Se的电负性逐渐减小,键的极性:C===O>C===S>C===Se,使得HA、HB、HC中羟基的极性逐渐增大,羟基与H2O形成的氢键逐渐增强
(2)S的原子半径大于O的原子半径,S—H键的键能小于O—H键,同时HC可形成分子间氢键,使得HD比HC更易电离出H+,酸性:HD>HC,C-的水解能力大于D-
3.(2025·浙江1月卷节选)两分子H3PO4(Ka3=4.8×10-13)脱水聚合得到一分子H4P2O7(Ka3=2.0×10-7),从PO、HP2O的结构角度分析Ka3差异的原因:__________________________________。
解析 PO与HP2O所带负电荷数相同,PO半径较小,负电荷密度较大,更易结合H+,所以H4P2O7的Ka3大于H3PO4的Ka3。
答案 PO半径较小,负电荷密度较大
4.(2025·上海卷节选)从微观角度解释钨有金属光泽的原因:________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 钨是金属晶体,内部存在自由电子,电子吸收外界能量能够跃迁到高能级,高能级的电子不稳定又会跃迁回低能级,从而以光子的形式释放出来,因此有金属光泽
5.(2025·广东卷节选)(1)兴趣小组测定常温下苯甲酸饱和溶液的浓度c0和苯甲酸的Ka,实验如下:
取50.00 mL苯甲酸饱和溶液,用0.100 0 mol·L-1 NaOH溶液滴定,用pH计测得体系的pH随滴入溶液体积V变化的曲线如图。据图可得:
①c0=________ mol·L-1。
②苯甲酸的Ka=__________________(列出算式,水的电离可忽略)。
(2)该小组继续探究取代基对芳香酸酸性的影响。
①知识回顾 羧酸酸性可用Ka衡量。下列羧酸Ka的变化顺序为:CH3COOH<CH2ClCOOH<CCl3COOH<CF3COOH
随着卤原子电负性_______,羧基中的羟基_______增大,酸性增强。
②提出假设 甲同学根据①中规律推测下列芳香酸的酸性强弱顺序为
③验证假设 甲同学测得常温下三种酸的饱和溶液的pH大小顺序为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,据此推断假设成立。但乙同学认为该推断依据不足,不能用所测得的pH直接判断Ka大小顺序,因为______________________ __________________________________________________________。
乙同学用(1)中方法测定了上述三种酸的Ka,其顺序为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。
④实验小结 假设不成立,芳香环上取代基效应较复杂,①中规律不可随意推广。
解析 (1)①由题图知,反应达到滴定终点时,消耗氢氧化钠溶液的体积是14.00 mL,苯甲酸为一元弱酸,根据c待·V待=c标·V标,知c0===0.028 0 mol·L-1。②苯甲酸在溶液中部分电离:,由题图知,初始苯甲酸溶液的pH=2.89,
则=。
(2)①卤素原子电负性越强,吸电子效应就越强,则羧基中H—O键的极性增大,容易发生断裂,更易电离出氢离子,因此酸性增强。③实验探究时应控制单一变量,不同物质在同一温度下的溶解度不同,故不同物质的饱和溶液的浓度一般不同,则要比较三种酸的酸性强弱,除物质不同外,其他条件均应该保持相同,即三种酸溶液的浓度应相同,所以甲同学的实验方案不合理。
答案 (1)①0.028 0 ②
(2)①增强 极性 ③三种酸的饱和溶液浓度不同
1.N2H4与O2的相对分子质量相近,但N2H4的熔点(2 ℃)、沸点(114 ℃)分别远高于O2的熔点(-218 ℃)、沸点(-183 ℃),原因是____________________________________________________________________________________________________________________。
答案 N2H4分子之间存在氢键,O2分子之间为范德华力,氢键比范德华力更强
2.H2O、PH3、KH按熔点由高到低的顺序排列为________,熔点差异的原因是__________________________________________________ ____________________________________________________。
答案 KH>H2O>PH3 KH为离子晶体,H2O、PH3均为分子晶体,H2O分子间存在氢键
3.的分子内部存在氢键,画出氢键结构:________________。
答案
4.均为平面结构的吡咯()和吡啶()是合成某探针的原 料,吡咯和吡啶在盐酸中溶解度较大的为_________,原因是__________ ________________________________________________。
答案 吡啶 吡咯是一个五元杂环化合物,其中氮原子与两个碳原子相连,形成一个环状结构,在吡咯中,氮原子的孤电子对参与了环的芳香性,这使得氮原子上的电子云密度降低,从而减弱了其碱性,更难与盐酸反应,即降低其溶解性
5.苯胺()中N原子与苯环形成p-π共轭,、、的碱性随N原子电子云密度的增大而增强,其中碱性最弱的是____________。
解析 分子中甲基为推电子基团,会使氨基中氮原子电子云密度大于,碱性强于;分子中氮原子不能与苯环形成p-π共轭,氨基中氮原子电子云密度大于,碱性强于,所以碱性最弱的为。
答案
6.在ZnO催化作用下,呋喃()可与氨反应,转化为吡咯(),吡咯分子中所有原子共平面,已知大π键可以用Π表示,其中m表示参与形成大π键的原子数,n代表大π键中的电子数,则吡咯中大π键可以表示为________。呋喃的熔、沸点________吡咯(填“高于”或“低于”),原因是______________________________________________。
解析 由题干中吡咯的结构可知,分子内含有一个大π键,该大π键由4个碳原子和1个N原子组成,每个碳原子给出1个电子参与形成大π键,每个N原子给出2个电子参与形成大π键,则该大π键的表示形式为Π。影响物质熔、沸点的主要因素为分子间作用力,氢键大于分子间作用力,有氢键的吡咯沸点大于呋喃,吡咯易形成分子间氢键,沸点较高,则呋喃沸点低于吡咯。
答案 Π 低于 吡咯易形成分子间氢键
7.杂环化合物咪唑结构如图,其分子中的大π键可表示为Π,则其结合质子能力更强的氮原子是________(填“①”或“②”),其原因是____________________________________________________________。
答案 ① ①号N原子的sp2杂化轨道上有一对孤电子对,能和H+形成配位键,而②号没有孤电子对
8.卤素对物质性质有明显影响。
(1)常温下,ClCH2COOH、ICH2COOH和CH3COOH电离常数由大到小的顺序为______________________________________________。
(2)吡啶()具有碱性和芳香性。研究发现,吡啶中N原子的电子云密度越大,碱性越强。N原子的杂化类型是________。在下列物质中,碱性最强的是________(填字母,下同),最弱的是________。
解析 (1)电负性:Cl>I>H,键的极性:Cl—C>I—C>H—C,键的极性越大,羧基中O—H的极性越大,更易电离出H+,羧酸酸性更强,故电离常数由大到小的顺序为ClCH2COOH>ICH2COOH>CH3COOH。
(2)吡啶分子中N原子形成2个σ键,还有1个孤电子对,因此杂化类型是sp2杂化。I、Cl的电负性强,C—I、C—Cl的极性强,使N原子核外的电子偏离更多,N原子的电子云密度减小,Cl的电负性大于I,故c的碱性最弱,而甲基是推电子基团,使N原子核外电子云密度增大,故d的碱性最强。
答案 (1)ClCH2COOH>ICH2COOH>CH3COOH
(2)sp2 d c
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