2024年高中化学新教材同步选择性必修第二册第2章 第3节 第3课时 分子结构对物质性质的影响

第3课时分子结构对物质性质的影响
[核心素养发展目标] 1.能正确判断微粒间作用力，并理解微粒间作用力对物质性质的影响，形成“结构决定性质”的观念。

2.通过运用微粒间作用力解释物质的性质变化及原因，建立运用模型解释化学现象观点的意识。

一、微粒间作用力的判断及对物质性质的影响
1．共价键的判断及分类
(1)共价键的分类
(2)共价键类型的判断
①根据成键元素判断：同种元素的原子之间形成的是非极性键，不同元素的原子之间形成的是极性键。

②根据原子间共用电子对数目判断单键、双键或三键。

③根据共价键规律判断σ键、π键及其个数：原子间形成单键，则为σ键；形成双键，则含有一个σ键和一个π键；形成三键，则含有一个σ键和两个π键。

2．范德华力、氢键及共价键的比较
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
作用微粒分子氢原子、电负性很大的原子原子强度比较共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素①随着分子极性的增大而
增大；
②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X—H…Y—，X、Y的
电负性越大，Y原子的半径
越小，作用力越大
成键原子半径越
小，键长越短，
键能越大，共价
键越稳定
对物质性质的影响①影响物质的熔点、沸点、
溶解度等物理性质；
①分子间氢键的存在，使物
质的熔、沸点升高，在水中
①影响分子的稳
定性；
②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，如熔、沸点：F2<Cl2<Br2<I2，
CF4<CCl4<CBr4的溶解度增大，如熔、沸点：
H2O>H2S，HF>HCl，
NH3>PH3
②分子内氢键使物质的熔、
沸点降低
②共价键的键能
越大，分子的稳
定性越强
1．下列物质性质的变化规律与分子间的作用力无关的是()
A．CI4、CBr4、CCl4、CF4的熔、沸点逐渐降低
B．HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱
C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
D．CH3—CH3、CH3—CH2—CH3、(CH3)2CHCH3、
CH3CH2CH2CH3的沸点逐渐升高
答案 B
解析B项，HF、HCl、HBr、HI的稳定性与其分子极性键的强弱有关，而与分子间的作用力无关；C项，F2、Cl2、Br2、I2的组成和结构相似，范德华力随相对分子质量的增大而增大，故其熔、沸点逐渐升高；D项，烷烃分子之间的作用力随相对分子质量的增大而增大，故乙烷、丙烷、丁烷的沸点逐渐升高，在烷烃的同分异构体中，支链越多，范德华力越小，熔、沸点越低，故异丁烷的沸点低于正丁烷。

2.(2022·福建南平高级中学高二期中)氢气是清洁能源之一，解决氢气的存储问题是当今科学界需要攻克的课题。

C16S8是新型环烯类储氢材料，利用物理吸附的方法来储存氢分子，其分子结构如图所示，下列相关说法正确的是()
A．C16S8的熔点由所含化学键的键能决定
B．C16S8完全燃烧的产物均为极性分子
C．分子中的σ键和π键的数目比为4∶1
D．C16S8储氢时与H2间的作用力为氢键
答案 C
解析C16S8的熔点由范德华力的大小决定，故A错误；C16S8完全燃烧的产物为CO2和SO2，
CO2为非极性分子，SO2为极性分子，故B错误；由分子结构可知，分子中σ键和π键的数目比为4∶1，故C正确；C16S8分子中没有能形成氢键的原子，故二者之间的作用力是范德华力，故D错误。

3．中科院国家纳米科学中心2013年11月22日宣布，该中心科研人员在国际上首次“拍”到氢键的“照片”，实现了氢键的实空间成像，为“氢键的本质”这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据，这不仅将人类对微观世界的认识向前推进了一大步，也为在分子、原子尺度上的研究提供了更精确的方法。

下列说法中正确的是()
①正是氢键的存在，冰能浮在水面上②氢键是自然界中最重要、存在最广泛的化学键之一③由于氢键的存在，沸点：HCl>HBr>HI>HF④由于氢键的存在，使水与乙醇互溶⑤由于氢键的存在，使水具有稳定的化学性质
A．②⑤B．③⑤C．②④D．①④
答案 D
解析冰中水分子有序排列，每个水分子被4个水分子包围，形成4个氢键，使体积膨胀，密度减小，所以冰能浮在水面上，故①正确；氢键属于分子间作用力，不属于化学键，故②错误；HF分子间存在氢键，沸点最高，HCl、HBr、HI分子间都不存在氢键，其熔、沸点高低取决于分子间作用力大小，相对分子质量越大，分子间作用力越大，则熔、沸点越高，所以沸点：HCl<HBr<HI<HF，故③错误；乙醇可以和水形成分子间氢键，故乙醇能与水以任意比例互溶，故④正确；氢键决定的是物质的物理性质，而分子的稳定性由共价键的强弱决定，故⑤错误。

4．下列物质的性质或数据与氢键无关的是()
A．氨极易溶于水
B．邻羟基苯甲酸()的熔点为159 ℃，对羟基苯甲酸()的熔点为213 ℃
C．乙醚微溶于水，而乙醇可与水以任意比例互溶
D．HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多
答案 D
解析NH3分子与H2O分子之间可以形成氢键，增大了NH3在水中的溶解度；邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，而对羟基苯甲酸形成分子间氢键，分子间氢键增大了分子间作用力，使对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高；乙醇分子结构中含有羟基，可以与水分子形成
分子间氢键，从而增大了乙醇在水中的溶解度，而乙醚分子不能与水分子形成氢键，故乙醚在水中的溶解度比乙醇小得多；HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F的键能比H—Cl的大，与氢键无关。

5. S2Cl2是橙黄色液体。

少量泄漏会产生窒息性气体，喷水雾可减慢其挥发，并产生酸性悬浊液。

其分子结构如图所示。

下列关于S2Cl2的说法错误的是()
A．为非极性分子
B．分子中既含有极性键又含有非极性键
C．与S2Br2结构相似，熔、沸点：S2Br2>S2Cl2
D．与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2＋2H2O===SO2↑＋3S↓＋4HCl
答案 A
解析根据S2Cl2的分子结构可知，它属于极性分子，选项A错误；由于S2Cl2与S2Br2结构相似，而相对分子质量S2Br2大，则熔、沸点：S2Br2>S2Cl2，选项C正确；由于S2Cl2少量泄漏会产生窒息性气体，喷水雾可减慢其挥发，并产生酸性悬浊液，则与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2＋2H2O===SO2↑＋3S↓＋4HCl，选项D正确。

二、分子结构与性质“原因解释”型试题集训
解题模型
1．(1)NH3的沸点比PH3的高，原因是NH3可形成分子间氢键。

(2)CO2比CS2的熔、沸点低，其理由是两者组成和结构相似，CS2的相对分子质量大，范德华力强，熔、沸点高。

(3)CO比N2的熔、沸点高，其理由是两者相对分子质量相同，CO的极性大，熔、沸点高。

(4)的沸点比高，原因是形成分子内氢键，
而形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大，沸点升高。

2．数十亿年来，地球上的物质不断变化，大气的成分也发生了很大的变化。

下表是原始大气和目前空气的主要成分：
空气的成分N2、O2、CO2、水蒸气及稀有气体(如He、Ne等)原始大气的主要成分CH4、NH3、CO、CO2等
用表中所涉及的分子填写下列空白：
(1)含有10个电子的分子有________________________(填化学式，下同)。

(2)由极性键构成的非极性分子有________。

(3)沸点最高的物质是________，用所学知识解释其沸点最高的原因：___________________。

(4)分子中不含孤电子对的分子(除稀有气体外)有________，它的空间结构为________。

(5)CO的结构可表示为O C，与CO结构最相似的分子是__________，这两种结构相似的分子的极性______(填“相同”或“不相同”)。

答案(1)H2O、Ne、CH4、NH3(2)CH4、CO2
(3)H2O水分子间存在氢键且氢键数目较多，使分子间作用力增大，沸点升高(4)CH4正四面体形(5)N2不相同
解析(2)具有对称结构的分子为非极性分子，如N2、O2、CH4、CO2，其中由极性键形成的非极性分子为CH4和CO2。

(4)碳原子最外层有4个电子，在甲烷分子中与氢原子形成了4个共价键，不存在孤电子对，最外层电子都参与成键，空间结构为正四面体形。

(5)CO分子中的三键是由两个不同的原子形成的，是极性共价键，而N2分子中的三键是由两个相同的氮原子形成的，是非极性共价键。

题组一微粒间作用力的判断及对物质性质的影响
1．(2022·北京四中高二期末)下列说法不正确的是()
A．碳碳双键、碳碳三键的键能分别是碳碳单键键能的两倍和三倍
B．1个丙烯(CH3CH==CH2)分子中有8个σ键，1个π键
C．丙烯分子中的π键不如σ键稳定
D．π键电子云形状为镜面对称
答案 A
解析碳碳三键含有1个σ键和2个π键，碳碳双键含有1个σ键和1个π键，由于碳原子之间σ键键能大于π键键能，故碳碳三键、碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的3倍和2倍，A错误；丙烯分子中的π键易断裂，不如σ键稳定，C正确；两原子在成键时，原子轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键为π键，每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像，D正确。

2．已知以下反应中的四种物质由三种元素组成，其中a的分子空间结构为正四面体形，一个a分子含有10e－，组成b物质的元素为第三周期元素。

下列判断正确的是()
A．四种分子中的化学键均是极性键
B．四种分子中既有σ键，又有π键
C．a、c分子中中心原子均采用sp3杂化
D．b、d分子中共价键的键能：b＞d
答案 C
解析b分子中化学键是氯原子与氯原子形成的非极性共价键，故A错误；四种分子都无π键，故B错误；甲烷中碳原子与氢原子形成4个碳氢σ键，一氯甲烷分子中形成三个碳氢σ键和一个碳氯σ键，中心原子均为sp3杂化，故C正确；氯的原子半径大于氢的原子半径，所以氯气分子中的氯氯共价键的键能小于氯化氢分子中的氢氯共价键的键能，故D错误。

3．下列两组命题中，Ⅱ组中命题正确，且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是()
选项Ⅰ组Ⅱ组
A 相对分子质量：HCl>HF 沸点：HCl高于HF
B 键能：H—O>H—S 沸点：H2O高于H2S
C 分子间作用力：H2O>H2S 稳定性：H2O强于H2S
D 相对分子质量：HI>HCl 沸点：HI高于HCl
答案 D
解析HF分子间存在氢键，而HCl分子间不存在氢键，所以沸点：HCl低于HF，A项中Ⅱ组中命题不正确；沸点与共价键的键能无关，H2O分子间存在氢键，所以沸点：H2O高于H2S，B项中Ⅰ组中命题不能解释Ⅱ组中命题；分子的稳定性与分子间作用力无关，所以C 项中Ⅰ组中命题不能解释Ⅱ组中命题；由于相对分子质量：HI>HCl，所以范德华力：HI>HCl，
沸点：HI高于HCl，D项中Ⅰ组中命题能解释Ⅱ组中命题。

4．下列说法不正确的是()
A．氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸的酸性依次增强
B．苹果酸()中含有1个手性碳原子
C．HCl、NH3、C2H5OH均易溶于水的原因之一是均能与H2O形成氢键
D．以极性键结合的分子不一定是极性分子
答案 C
解析苹果酸分子中2号碳原子为手性碳原子，B项正确；HCl与H2O不能形成氢键，C项错误；CH4为非极性分子，D项正确。

5．下列说法正确的是()
A．冰融化时，分子中H—O发生断裂
B．随着卤素原子电子层数的增加，卤化物CX4(X为卤素原子)分子间的作用力逐渐增大，故其熔、沸点也逐渐升高
C．由于H—O比H—S牢固，所以水的熔、沸点比H2S的高
D．由分子构成的物质中，分子间的作用力越大，该物质越稳定
答案 B
解析冰融化时发生物理变化，只破坏H2O分子间的作用力而不破坏化学键，A项错误；结构相似的分子中，物质的熔、沸点与其相对分子质量成正比，B项正确；物质的熔、沸点与化学键无关，水的熔、沸点比H2S的高是因为水分子间存在氢键，C项错误；物质的稳定性与化学键有关，与分子间的作用力无关，D项错误。

6.在水中，水分子可彼此通过氢键形成(H2O)n的小集团。

在一定温度下(H2O)n的n＝5，每个水分子被4个水分子包围着形成四面体。

(H2O)n的n＝5时，下列说法正确的是()
A．(H2O)n是一种新的水分子
B．(H2O)n仍保留着水的化学性质
C．1 mol (H2O)n中有2个氢键
D．1 mol (H2O)n中有4 mol氢键
答案 B
解析(H2O)n是H2O分子之间通过氢键结合而成的，氢键不属于化学键，因此(H2O)n不是一种新的分子，(H2O)n仍保留着水的化学性质；每个H2O分子可与4个水分子形成氢键，每个氢键被2个H2O分子共有，当n＝5时，1 mol (H2O)5所含氢键数应为10N A个。

7．(2022·湖南师大附中高二期末)二硫代磷酸酯的分子结构如图，下列说法错误的是()
A．该物质可以与水形成分子间氢键
B．二硫代磷酸酯中C—O的极性小于C—S
C．该分子中的所有原子无法都共平面
D．1 mol该物质含有的π键数目为2N A
答案 B
解析C、O的电负性之差大于C、S的电负性之差，故C—O的极性大于C—S，故B错误；该分子中含有sp3杂化的碳原子，所有原子无法都共平面，故C正确；二硫代磷酸酯的分子结构中含有1个P==S和1个C==O，则含有的π键数目为2个，1 mol该物质含有的π键数目为2N A，故D正确。

8．(2022·广东东莞高二期末)科学家研究温室气体CH4、CO2的转化和利用。

下列关于CH4和CO2的说法正确的是()
A．因为碳氢键的键能小于碳氧键，所以CH4的熔点低于CO2
B．1 mol CO2分子中含有4 mol σ键
C．CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”(结构见上图)，分子间仅存在范德华力D．N2O与CO2的价电子数相等
答案 D
解析二者熔点高低取决于分子间作用力的相对大小，与共价键的键能大小无关，A错误；每个二氧化碳分子内存在2个碳氧双键，每个碳氧双键中存在1个σ键，则1 mol CO2分子
中含有2 mol σ键，B错误；分子间存在范德华力，且水分子间存在氢键，C错误；N2O和CO2均有16个价电子，D正确。

题组二分子结构与性质“原因解释”型试题
9．H3BO3分子中的O—B—O的键角________(填“大于”“等于”或“小于”)BH－4中的H—B—H的键角，判断依据是_____________________________________________________ _______________________________________________________________________________。

答案大于H3BO3分子中的B采取sp2杂化，而BH－4中的B采取sp3杂化，sp2杂化形成的键角大于sp3杂化形成的键角
10．回答下列问题
(1)尿素[CO(NH2)2]易溶于水，其原因除尿素和水都是极性分子外，还有__________________。

(2)已知A、B的结构如下：
A的熔、沸点高于B的原因为________________。

(3)已知邻羟基苯胺的结构为，邻羟基苯胺的沸点________(填“低于”“高于”或“不确定”)对羟基苯胺的沸点，其原因是___________________________________________。

答案(1)尿素与水分子之间可以形成氢键(2)A分子间存在氢键(3)低于邻羟基苯胺容易形成分子内氢键，沸点降低，对羟基苯胺容易形成分子间氢键，沸点升高，因此邻羟基苯胺的沸点低于对羟基苯胺的沸点
11．如图是元素周期表的一部分。

图中所列的字母分别代表某一种化学元素。

下列说法正确的是()
A．沸点：A2D<A2X
B．CA3分子是非极性分子
C．C形成的单质中σ键与π键的个数之比为1∶2
D．B、C、D形成的简单氢化物熔、沸点依次降低
答案 C
解析根据各元素在周期表中的位置知，A为氢、B为碳、C为氮、D为氧、X为硫、Y为氯。

A2D为H2O、A2X为H2S，H2O分子间能形成氢键，故沸点：H2O>H2S，A项错误；CA3为NH3，NH3是极性分子，B项错误；1个N2中有1个σ键和2个π键，C项正确。

12．(2022·辽宁锦州高二期末)药物瑞德西韦的主要成分结构如图。

下列说法错误的是()
A．分子中存在σ键、π键
B．分子中的N—H的键能小于O—H的键能
C．分子中N、O、P原子的第一电离能由大到小的顺序为O>N>P
D．分子中含有手性碳原子
答案 C
解析分子中的所有单键都是σ键、除苯环外的双键都含π键，苯环中含大π键，故A正确；键能：N—H＜O—H，故B正确；N、O属于同一周期主族元素且原子序数依次增大，同一周期主族元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第ⅤA族的大于第ⅥA族的，所以其第一电离能：N＞O，故C错误。

13．研究发现，在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。

回答下列问题：
(1)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化方式分别为________和________。

(2)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为______________，原因是________________________________________________________________________。

(3)在常压下，甲醇的沸点(65 ℃)比甲醛的沸点(－19 ℃)高，主要原因是__________________。

答案(1)sp sp3(2)H2O>CH3OH>CO2>H2H2O与CH3OH均为极性分子，水分子间氢键比甲醇分子间氢键多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力大(3)甲醇分子间存在氢键
14．现有五种短周期非金属元素，其中A、B、C的最外层电子排布式可分别表示为a s a、b s b b p b、c s c c p2c，D与B同主族，E位于C的下一周期，且是同周期中电负性最大的元素。

试回答下列问题。

(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，下列分子①BC2②BA4③A2C2
④BE4中，属于极性分子的是________(填序号)。

(2)C的最简单氢化物比下一周期同族元素的氢化物沸点高，其原因是____________________。

(3)B、C两种元素都能和A元素形成常见的溶剂，其分子式分别为________、________。

DE4在前者中的溶解度________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解度。

(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为________________________(填化学式)。

答案(1)③(2)H2O分子间可形成氢键
(3)C6H6H2O大于(4)SiCl4＞CCl4＞CH4
解析由A、B、C、D、E为短周期的非金属元素及s轨道最多可容纳2个电子可得：a＝1，b＝c＝2。

即A为H，B为C，C为O，D为Si，E为Cl。

(1)①②③④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4，其中H2O2为极性分子，其他均为非极性分子。

(2)C的最简单氢化物为H2O，H2O分子间可形成氢键使其沸点比下一周期同族元素的氢化物的沸点高。

(3)B、A两种元素形成的常见溶剂为苯，C、A两种元素形成的常见溶剂为水。

SiCl4为非极性分子，易溶于非极性溶剂苯中。

(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4，三者结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，故沸点：SiCl4＞CCl4＞CH4。

15．(1)NH3在水中的溶解度很大。

下列因素与NH3的水溶性没有关系的是________(填字母)。

a．NH3和H2O都是极性分子
b．NH3在水中易形成氢键
c．NH3溶于水建立了如下平衡：NH3＋H2O NH3·H2O NH＋4＋OH－
d．NH3是一种易液化的气体
(2)CrO2Cl2常温下为深红色液体，能与CCl4、CS2等互溶，据此可判断CrO2Cl2是________(填“极性”或“非极性”)分子。

(3)金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色挥发性液体Ni(CO)4，Ni(CO)4呈正四面体形。

Ni(CO)4易溶于下列物质中的________(填字母)。

a．水b．CCl4c．苯d．NiSO4溶液
(4)甲醛、甲醇和甲酸等碳原子数较少的醛、醇和羧酸均易溶于水的原因是______________。

答案(1)d(2)非极性(3)bc(4)它们都是极性分子且都能与H2O分子形成分子间氢键
解析(1)NH3和H2O都是极性分子，相似相溶，a有关；NH3极易溶于水，主要原因是NH3分子与H2O分子间形成氢键，b有关；NH3和H2O能发生化学反应，加速NH3的溶解，c有关；NH3易液化与其水溶性无关，d无关。

(2)CCl4、CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”规律可知，CrO2Cl2是非极性分子。

(3)由Ni(CO)4易挥发且其空间结构为正四面体形可知，
Ni(CO)4为非极性分子，根据“相似相溶”规律可知，Ni(CO)4易溶于CCl4和苯。