九月初赛最后专题之氢键练习

氢键专题1、在水溶液和醇溶液中的溶解性如何？说明理由2、下面的研究有助于进一步揭示疏水效应和疏水作用的本质。

芳香化合物在水中的溶解度其实也不是很小，这取决于相互间的氢键作用，该氢键是因为什么而产生？_________；Na＋，K＋等阳离子能与有些芳香化合物很好的互溶取决于。

3、液体氟化氢是酸性溶剂，具有相当强的的Lewis酸性和较高的相对介电常数。

HF是离子型物质的优良溶剂，但其高活性和毒性给操作带来困难。

LiF溶于HF产生两种离子；从物质结构作用力考虑能够发生这个反应的原因是。

4、（1）比较下面的等电子系列的熔点，说明H3N－BH3熔点高的原因并图示之。

H3C—CH3H3C—F H3N－BH3－180℃－141℃104℃（2）图示出OO分子间及C N分子间的氢键5、聚脲是分子主链中含有－－－－链节的高分子化合物，最初是由于其具有高强高模的力学性能和耐水解性而得到发展的。

芳香族聚脲分子链刚性很强，熔融温度非常高，一定程度限制了它的应用。

这是因为这种物质结构上的特点；6、H2O的沸点（100℃）比HF的沸点（20℃）高，请解释原因。

7、超分子自组装是指一种或多种分子依靠分子间相互作用，自发地结合起来，形成分立的或伸展的超分子。

氢键是超分子自组装中最重要的一种分子间相互作用。

①列举在自然界中普遍存在，最重要的通过氢键自组装的超分子。

②右图A和B在分子的3个方向上形成分子间通过氢键组装成大片薄饼状的超分子。

写出A、B的结构简式和合成A、B的简单物质。

③除氢键外，哪些作用也可形成超分子④C、D、E、F是简单的芳香酸，他们通过氢键作用：C形成二聚分子；D形成直线状超分子；E形成锯齿状超分子；F形成蜂窝状平面超分子（类似右图）。

画出C、D形成的分子的结构图；写出E、F的名称。

8、开关性系统一直是超分子化学所研究目标，美国加州大学圣地歌分校的研究人员曾经发现1,2－二芳基取代的尿素与苯的硝基取代产物（A和B）可以形成可逆性还原反应。

以1,2－二苯基尿素（简写为DPU，1,2－D i p henyl u rea）为例，在溶剂DMF中，A与DPU未观察到任何相互作用，但当A被还原为自由基离子后却与DPU 有强的作用（K ＝105 M －1，DMF ）。

B 在被还原后同样与DPU 有强的相互作用，这一点已经被循环伏安法所证实。

A 的HNMR 显示有三种不同化学环境的H ，B 则只有一种。

①请问DMF 属于哪类溶剂，为何本实验选用此类溶剂？②以结构式表示，写出A 、B 与DPU 相互作用的原因。

9、HOOC OCH 3 和HOOC OH 哪种物质可以用水蒸气蒸馏，解释原因。

10、纯HClO 4是一种不导电的液体，而当固体HClO 4·H 2O 熔化时其具有导电性。

①写出HClO 4和HClO 4·H 2O 分子的可能点电子结构图②说明在此例中氢键的重要性。

11、12、13 、14、15、16、画出（s ）-2-苯基丁醛的newman 式稳定构象。

指出手性碳的构型。

17、18、19、20、21、的烯醇式结构能稳定纯在的原因。

22、邻羟基苯甲酸甲酯比苯酚难电离的原因是什么？23、尿素分子可形成二聚体，四聚体，试画出尿素二聚体，和四聚体的结构。

形成多聚分子后发现能量与以单分子存在形式相比显著降低，试解释原因。

24、比较下列化合物与乙醇形成氢键的能力：(H 3Si)2O 和(H 3CH 2C)2O25、A与ADN最简式相同，元素分析表明：N:45.2%,H:3.2%,O:51.6%,分子量均在200以下给出A，B，ADN的结构简式，并画出B，ADN的结构26、H＋是周围没有电子层，是一个裸露的原子核，所以质子的电荷中心比一般离子更容易靠近邻近的原子或离子。

原子核外有电子层的一般离子的尺度数量级在10－10m。

而质子的大小是费米级（10－15m）的。

它不但是最简单的离子，也是最轻、最小的离子。

正因为质子具有以上这些极特殊的结构特点，使它往往与周围环境有很强的相互作用，在溶液中更易溶剂化。

1．我们通常遇到的质子都是与其它一些分子H2O如通过氢键结合以复合离子H3O＋形式存在，请再举出2例。

2．在水溶液中，H＋与H2O中的O通过氢键结合，形成水合氢离子H3O＋（如左下图）。

然而，在水溶液中H＋是否只以H3O＋一种形式存在呢？质子总的水合能（1117kJ/mol）比质子与一个水分子结合的能量（714kJ/mol）要大，这说明H＋可能与不只一个水分子发生相互作用，或者说，H＋与一个H2O分子形成的H3O＋还可能进一步与邻近的水分子结合。

比如H5O2＋（如右下图）。

请画出两种H9O4＋的结构式，并且归纳更大的团簇分子式通式3．在气相中，H2O和HF、HCl、HCN和NH3等的加合物已用微波谱研究过，并为“谁是质子给体？谁是质子受体？”这一问题提供答案。

请写出HF、HCl、HCN和NH3在气相中和水加合物的结构式，用“----”表示氢键，用“－”表示共价键，说明哪种加合物中水是质子给体，为什么？27、分别量取0.5mol CHCl3、(CH3)2CO、C2H5OH及H2O，并测量其温度。

然后分别混合CHCl3和(CH3)2CO，C2H5OH和H2O，搅拌并测量溶液温度所能达到的最高值。

其实验结果是：前者升温9～11℃，后者升温4～5℃。

1．思考如何解释这一问题？2．在以上2个反应中都有氢键形成，为什么CHCl3和(CH3)2CO间形成氢键释热量更大呢28、氯仿在苯中的溶解度明显比1,1,1-三氯乙烷的大，请给出一种可能的原因。

29、某石油化工厂用三乙醇胺的水溶液代替氢氧化钠水溶液洗涤石油裂解气除去其中的二氧化碳和硫化氢，年增产值100万元。

三乙醇胺可以看作是氨的衍生物：用乙醇基（—CH2CH2OH）代替氨分子里的氢。

三乙醇胺的碱性比氨弱，但沸点却高得多：200℃。

试用你学过的分子结构原理来解释：为什么三乙醇胺的碱性和沸点相对于氨有这样的特性？30、某温、某压下取三份等体积无色气体A，于25、80及90℃测得其摩尔质量分别为58.0、20.6、20.0克/摩尔。

于25、80、90℃下各取l1dm3（气体压力相同）上述无色气体分别溶于10dm3水中，形成的溶液均显酸性。

1．无色气体为；2．各温度下摩尔质量不同的可能原因是：3．若三份溶液的体积相同（设：溶解后溶液温度也相同），其摩尔浓度的比值是多少？31、甲烷水合物（nCH4·mH2O，m、n为1个晶胞中CH4、H2O的分子个数）是一种具有重要经济价值的化合物，在海洋深处蕴藏量非常大，是未来的重要能源之一。

它的晶体结构可看作由十二面体（五边形组成）和十四面体（五边形和六边形）共面连接堆积形成。

在立方晶胞中，十二面体的中心处在顶角和体心位置；十四面体中心位置在面上，坐标为（1/4，1/2，0）、（3/4，1/2，0）、（0，1/4，1/2）、（0，3/4，1/2）、（1/2，0，1/4）、（1/2，0，3/4）计6个。

它们彼此共用六角形面连成柱体，再和五角十二面体共面连接。

右图所示出甲烷水合物中水骨架的结构（立方体为晶胞）。

（1）H2O分子是通过什么作用力结合成三维骨架的，确定组成十二面体和十四面体的水分子个数；（2）确定晶胞中十二面体和十四面体的个数（3）计算晶胞中骨架水分子的个数（m值），写出计算过程和理由；（4）CH4分子由于体积较小，可包合在这两种多面体中，若全部充满时，确定晶胞的组成为（n值）。

（5）画出水形成的十二面体和十四面体32、在常温常压下，CO 2饱和溶液的浓度约为0.04mol·dm －3，pH 约为4。

一般认为CO 2溶于水形成的H 2CO 3是二元弱酸，在水中发生下列电离：H 2CO 3HCO 3－＋H ＋ K α1；HCO 3－CO 32－＋H ＋ K α2。

实际上，CO 2溶于水中，大部分形成CO 2·6H 2O ，只有一小部分形成H 2CO 3，经实测K ＝[CO 2·6H 2O]/[H 2CO 3]＝600。

因此，根据溶液中H 2CO 3的实际浓度（而不是溶解的CO 2的浓度），计算得到的K α数值与上述不同。

（1）计算H 2CO 3的理论K α1值（假如CO 2溶于水，全部转化为H 2CO 3时的K α1值）；（2）计算H 2CO 3的实际K α1值；（3）画出(HCO 3)22－和(HCO 3)n n －的氢键结构；33、在自然界，氢键广泛用于调控生物分子间的缔合。

氢键的强度及方向性可用于按预测的几何组装分子，如选择性地键合及识别，反应催化，基因信息的贮存、复制及表达，功能材料的制备等等。

通过氢键可以在液态及固态形成各种各样的聚集体。

这些聚集体是可预测的也是可以调整的超分子建筑。

因为这些结构是由独立的子单元构成，人们称为这些子单元为“构造块”，因此我们称它为分子构造学，它是使用构造块构筑超分子的科学及艺术。

氢键的强度及可预测的方向性是同自组装过程中其他弱相互作用力有区别的。

氢键方法的优点是使超分子聚集体由建筑块同时形成超分子构筑。

它可以避免逐条键合成的方式。

在原则上，在超分子构造中，氢键在强度及方向性上压倒其他分子问的相互作用并且控制构造块的聚集。

（1）下面两种物质A 、B 都有二吡啶酮环结构，都能形成环状三聚体，不同的是，前者只能形成分子间氢键，后者又能形成分子内氢键。

请画出两种三聚体的结构简式 A B （R ＝C 2H 5） （2）在研究分子构造学中，化学式为C 53H 128N 4O 4的“构造块”C 是引人注目的物质，结构中具有4个吡啶酮，能作为结合位点自缔合成无限的金刚石结构。

如果把C 中所有基团看作质点，则C 能体现很好的对称性。

1mol 物质C 能与8mol Br 2发生加成反应。

请画出物质C 的结构简式；物质C 在己烷及甲醇的混合物中同丙酸形成C ·8RCOOH （R ＝C 2H 5）。

这些晶体的形貌是令人惊奇的。

因为在这些条件下不能形成具有金刚石结构的网。

请结合可能形成的作用力分析原因。

（3）弱方向性力在晶体工程中是最难控制的，但也是超分子化学中重要研究内容。

C —H …N 类相互作用在化学及生物体系中有重要的作用，把这类相互作用称为氢键是由于它同强氢键相似，都有大的静电相互作用性质，而且都是长程相互作用力。

1，3，5－三氰基苯分子依靠这种作用力在晶体中形成六方网络，请画出该结构。

34、丙酮在己烷和三氟甲烷中易溶解，其中 中溶解的热效应较大，因为 。

35、无水草酸有两种不同晶形：α—草酸和β—草酸，α—草酸是层状结构，β—草酸是链状，它们都是通过氢键连接而成，画出它们结构。

36、最简单最重要的五元杂环化合物呋喃、吡咯和噻吩，分子量分别68．08、67．09、84．14；沸点分别是31．36℃、130℃、840.16℃。