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第27讲 分子的性质 配合物和超分子
第五章
2024
内容索引
01
02
03
考点一 分子的性质
考点二 配合物和超分子
真题演练 角度拓展
复习目标
1知道分子可以分为极性分子和非极性分子,知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。
2结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
考点一 分子的性质
必备知识 自主预诊
1.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 正电中心和负电中心不重合
存在的共价键 极性键或非极性键 极性键或非极性键
分子内原子排列 对称 不对称
微点归纳根据分子中化学键的极性的向量和判断分子的极性,当分子中各个键的极性的向量和等于0时,是非极性分子,否则是极性分子。
2.分子的溶解性
(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)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。乙醇中的—OH与水分子的—OH相近,因而乙醇能与水互溶。
3.分子的手性
4.范德华力及其对物质性质的影响
5.氢键及其对物质性质的影响
(1)表示及特征
(2)强弱及对物质性质的影响
易错辨析
(1)只含极性键的分子是极性分子,只含非极性键的分子是非极性分子。( × )
(2)H2O的稳定性、沸点均高于H2S,是因为水分子间存在氢键。( × )
(3)HCl和NH3都极易溶于水,是因为都与水分子形成氢键。( × )
(4)CH3CHClCH2CH3分子含手性碳原子,故属于手性分子。( √ )
关键能力 考向突破
考向1 分子的极性和溶解性
例1.(2023广东佛山调研)如图所示,C60是由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。科研人员用电子计算机模拟出类似C60的新物质N60,下列有关N60的叙述正确的是( )
A.N60分子中含有的σ键数目是π键的2倍
B.N60与N2互为同分异构体
C.N60分子是由非极性键构成的非极性分子
D.N60和C60都易溶于水
答案 C
解析 N60分子中没有双键,不含π键,A错误;N60与N2是由N元素形成的不同单质,互为同素异形体,B错误;N60分子中只含非极性键(N—N),N60的分子结构类似于C60,故属于非极性分子,C正确;N60和C60都是非极性分子,H2O是极性分子,根据“相似相溶”规律,N60和C60都难溶于水,D错误。
考向2 分子间作用力及对物质性质的影响
例2.某科研员在国际上首次“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。下列有关氢键说法不正确的是( )
A.由于氢键的存在,HF的稳定性强于H2S
B.由于氢键的存在,乙醇比二甲醚(CH3—O—CH3)更易溶于水
C.由于氢键的存在,沸点:HF>HI>HBr>HCl
D.由于氢键的存在,冰能浮在水面上
答案 A
解析 由于电负性:F>S,则氢化物的稳定性:HF>H2S,与氢键无关,A错误;乙醇与水分子之间能形成氢键,增大了乙醇在水中的溶解度,二甲醚不能与水形成氢键,故乙醇比二甲醚更易溶于水,B正确;HF能形成氢键,其沸点在第ⅦA族元素形成的氢化物中最高,HI、HBr、HCl只存在范德华力,且相对分子质量逐渐减小,范德华力逐渐减弱,其沸点逐渐降低,故沸点:HF>HI>HBr>HCl,C正确;由于氢键的存在,水结成冰后体积膨胀,密度变小,冰能浮在水面上,D正确。
归纳总结
1.键的极性与分子极性的关系
2.分子间作用力对物质性质的影响
对点训练
1.(2023湖北部分重点中学联考改编)已知三角锥形分子E和直线形分子G反应,生成两种直线形分子L和M(组成E、G、L、M分子的元素原子序数均小于10)如图,则下列判断正确的是( )
A.E能使紫色石蕊溶液变红色
B.G和M都含σ键和π键
C.L是非极性分子
D.G和M都是非极性分子
答案 D
解析 由于组成E、G、L、M分子的元素原子序数均小于10,结合四种分子中原子的成键情况推知,E是NH3,G是F2,L是HF,M是N2。NH3能使紫色石蕊溶液变蓝色,A错误;F2中只含σ键,N2中含有σ键和π键,B错误;HF是双原子分子,含有极性键,则HF是极性分子,C错误;F2和N2都是双原子分子,都只含非极性键,则二者都是非极性分子,D正确。
2.下列物质的性质变化与范德华力有关的是( )
A.按H2、N2、O2、Cl2的顺序,单质的熔、沸点依次升高
B.按F、Cl、Br、I的顺序,卤族元素的气态氢化物的稳定性逐渐减弱
C.按H2S、H2Se、H2Te的顺序,其还原性逐渐增强
D.按AsH3、PH3、NH3的顺序,其稳定性逐渐增强
答案 A
解析 按H2、N2、O2、Cl2的顺序,相对分子质量逐渐增大,范德华力逐渐增大,故单质的熔、沸点依次升高,A正确;按F、Cl、Br、I的顺序,元素的非金属性逐渐减弱,故卤族元素的气态氢化物的稳定性逐渐减弱,与共价键有关,B错误;元素的非金属性越强,对应氢化物的还原性越弱,非金属性:S>Se>Te,则按H2S、H2Se、H2Te的顺序,其还原性逐渐增强,与范德华力无关,C错误;非金属性:As
1.配位键
可看作一类特殊的共价键,成键方式不同
(1)定义:成键原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成共价键,这类“电子对给予—接受”键称为配位键。
中,有1个N—H形成过程与其他3个N—H形成过程不同,但是一旦形成之后,4个共价键就完全相同。
必备知识 自主预诊
2.配位化合物
(1)定义:通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物,简称配合物。
(2)组成:以[Cu(NH3)4]SO4为例
3.超分子
广义的分子,包括离子
(1)定义:超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。
(2)重要特征:①分子识别;②自组装。
易错辨析
(1)配合物中都含有配位键,故含有配位键的化合物都是配合物。( × )
(2)H3O+中配位键的形成是由O原子提供孤电子对,H+提供空轨道。( √ )
(3)配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中配体是Cl-和H2O,Ti3+的配位数为6。( √ )
(4)CuSO4溶液加入足量氨水生成[Cu(NH3)4](OH)2,溶液变成深蓝色,说明Cu2+与NH3形成的配位键更稳定。( √ )
考向1 配合物理论及应用
例1.下列关于配合物(NH4)2[PtCl6]、[Cd(NH3)4](OH)2的说法正确的是( )
A.两种配合物均含有两种配位体
B.两种配合物中的中心离子的配位数均为6
C.1 mol [Cd(NH3)4]2+含有4 mol配位键
D.向(NH4)2[PtCl6]的水溶液中加入硝酸银稀溶液,立即生成大量白色沉淀
关键能力 考向突破
答案 C
解析 (NH4)2[PtCl6]、[Cd(NH3)4](OH)2的配位体分别为Cl-、NH3,A错误;Pt4+的配位数为6,Cd2+的配位数为4,B错误;Cd2+与NH3之间形成配位键(Cd—NH3),则1 mol [Cd(NH3)4]2+含有4 mol配位键,C正确;(NH4)2[PtCl6]在水中电离生成 和[PtCl6]2-,而[PtCl6]2-很难电离,故加入AgNO3溶液,不产生白色沉淀,D错误。
考向2 超分子及应用
例2.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法错误的是( )
A.第一电离能:C
C.杯酚与C60形成氢键
D.C60与金刚石晶体类型不同
答案 C
解析 同周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大的趋势,C处于第ⅣA族,O处于第ⅥA族,则第一电离能:C
1.判断中心原子(或离子)的配位数
(1)配位数就是配位体中与中心原子(或离子)成键的配位原子的总数。
(2)若是由单齿配体(1个配体提供1个配位原子)形成的配合物,中心原子(或离子)的配位数=配位体的数目。
(3)若是由双齿配体(1个配体提供2个配位原子)形成的配合物,中心原子(或离子)的配位数=配位体的数目×2。
2.比较配位键的稳定性
一般情况下,与同种金属原子(或离子)形成配位键时,配位原子的电负性越小,形成配位键就越稳定。例如,电负性:N
对点训练
1.(2023福建漳州模拟)X、Y、Z、W为原子序数依次增大的前四周期元素,基态原子中,X为元素周期表中半径最小的原子,Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,W原子的价电子排布为3d104s1,X、Y、Z、W形成的阳离子如图所示,下列说法正确的是( )
A.原子半径:Z>Y>X
B.气态氢化物的稳定性:Y>Z
C.加热时该离子首先失去的组分是X2Z
D.两种配体中的键角:X2Z>YX3
答案 C
解析 X为元素周期表中半径最小的原子,则X是H元素;Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,则Z是O元素;基态原子W的价电子排布为
因为Y的原子序数介于X(H)和Z(O)之间,且能形成3个单键,则Y是N元
素。原子半径:N>O>H,A错误;元素的电负性:N
2.[Co(NH3)4(N3)2]ClO4(简称DACP)是我国科研工作者合成的一种新型起爆药,结构如图所示。下列关于该物质的说法正确的是( )
答案 A
真题演练 角度拓展
角度一分子的性质
1.(2021山东卷,9)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的结构与性质,下列说法错误的是( )
A.CH3OH为极性分子
B.N2H4空间结构为平面形
C.N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2
D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N杂化方式均相同
答案 B
解析 CH3OH分子中只含极性键,且分子结构不对称,故属于极性分子,A正确;N2H4中N原子的杂化方式为sp3,不是平面形,B错误;N2H4中H原子小,(CH3)2NNH2中两个甲基基团比较大,影响了分子的排列,故N2H4更易形成稳定的氢键,其沸点比(CH3)2NNH2的高,C正确;CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N均采取sp3杂化,D正确。
2.(1)[2022山东卷,16(4)]在水中的溶解度,吡啶( )远大于苯,主要原因是① ,② 。
(2)[2022全国甲卷,35(3)]固态氟化氢中存在(HF)n形式,画出(HF)3的链状结构 。
(3)[2022浙江1月选考,26(1)]两种有机物的相关数据如表:
物质 HCON(CH3)2 HCONH2
相对分子质量 73 45
沸点/℃ 153 220
HCON(CH3)2的相对分子质量比HCONH2的大,但其沸点反而比HCONH2的低,主要原因是 。
答案 (1)①吡啶能与H2O分子形成分子间氢键 ②吡啶和H2O均为极性分子,而苯为非极性分子
(3)HCON(CH3)2只存在范德华力,HCONH2分子间存在氢键,故HCON(CH3)2的沸点低
角度拓展
(1)[2022广东卷,20(2)]H2Se的沸点低于H2O,其原因是 。
(2)[2022浙江6月选考,26(1)]乙醇的挥发性比水的强,原因是 。
答案 (1)H2O分子间可形成氢键,使沸点升高
(2)乙醇分子间形成氢键的数量比水分子间形成氢键的数量少,沸点更低
(3)两者均为分子晶体,后者能形成氢键,熔点更高
角度二配合物理论及应用
3.(1)[2022北京卷,15(3)]FeSO4·7H2O结构如图所示。
(2)[2021全国乙卷,35(2)]三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是 ,中心离子的配位数为 。
(3)[2022河北卷,17(4)]将含有未成对电子的物质置于外磁场中,会使磁场强度增大,称其为顺磁性物质。下列物质中,属于顺磁性物质的是 (填字母)。
A.[Cu(NH3)2]Cl
B.[Cu(NH3)4]SO4
C.[Zn(NH3)4]SO4
D.Na2[Zn(OH)4]
答案 (1)配位键 氢键 (2)N、O、Cl 6 (3)B
解析 (3)根据题意,具有顺磁性物质中含有未成对电子。[Cu(NH3)2]Cl、[Zn(NH3)4]SO4、Na2[Zn(OH)4]中各原子核外电子均已成对,都不是顺磁性物质。[Cu(NH3)4]SO4中的Cu2+价电子排布为3d9,有1个未成对电子,属于顺磁性物质。
角度拓展
(1)[2022海南卷,19(4)]金属Zn能溶于氨水,生成以氨为配体、配位数为4的配离子,Zn与氨水反应的离子方程式为 。
(2)[2020全国Ⅲ卷,35(2)]NH3BH3分子中,N—B化学键称为 键,其电子对由 提供。
(3)[2020江苏卷,21A(1)][Fe(H2O)6]2+中与Fe2+配位的原子是 (填元素符号)。
答案 (1)Zn+4NH3·H2O=== [Zn(NH3)4]2++H2↑+2OH-+2H2O (2)配位 N原子 (3)O课时规范练27
一、选择题:每小题只有1个选项符合题意。
1.下列事实不是由于分子的极性导致的是( )
A.N2的沸点比CO低
B.常温常压下,CO2为气体,CS2为液体
C.HCl气体易溶于水
D.用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近水流,水流方向发生变化
答案:B
解析:N2和CO的相对分子质量相同,由于CO是极性分子,范德华力大,故CO的沸点高于N2,A正确;CO2、CS2都是非极性分子,组成和结构相似,前者相对分子质量小,范德华力小,则CO2的沸点低于CS2,与分子的极性无关,B错误;HCl和H2O都是极性分子,根据“相似相溶规律”,HCl易溶于水,C正确;用毛皮摩擦过的橡胶棒带电荷,水是极性分子,因此橡胶棒靠近水流,水流方向发生变化,D正确。
2.铁、氮气、丙酮和乙醇可参与制备铁氮化合物(FexNy),以下说法不正确的是( )
A.Fe元素位于元素周期表的第ⅧB族
B.丙酮中碳原子采用sp2和sp3杂化
C.乙醇易溶于水,氮气难溶于水
D.乙醇的沸点高于丙烷,是因为乙醇分子间存在氢键
答案:A
解析:Fe元素位于元素周期表的第Ⅷ族。
3.羰基硫(COS)的结构与CO2类似,可作粮食熏蒸剂,防治虫类、真菌对粮食的危害。下列说法错误的是( )
A.COS属于极性分子
B.COS沸点高于CO2的沸点
C.COS空间结构为直线形
D.COS热稳定性大于CO2
答案:D
解析:COS的空间结构为直线形,正、负电荷中心不重合,故COS属于极性分子,A、C正确;COS、CO2的结构相似,COS的相对分子质量大,范德华力大,故COS的沸点高于CO2的沸点,B正确;COS的结构式为OCS,CO2的结构式为OCO,键长:CS>CO,键能:CS
A.NF3和SF6都是含有极性键的非极性分子
B.六氟化硫分子的空间结构为平面正六边形
C.三氟化氮的沸点高于三氟化磷
D.三氟化氮和甲烷中的N、C杂化方式相同
答案:D
解析:NF3为三角锥形结构,为含有极性键的极性分子;SF6是正八面体形结构,为含有极性键的非极性分子,A、B错误。NF3、PF3的组成和结构相似,NF3的相对分子质量小,范德华力小,其沸点低,C错误。NF3中N原子有1个孤电子对,NF3和CH4中N、C原子均采取sp3杂化,D正确。
5.(2023辽宁本溪模拟)ZSM、[Zn(N2H4)2(N3)2]n等锌的配合物用途非常广泛,ZSM是2-甲基咪唑()和水杨酸()与锌形成的配合物。下列说法错误的是( )
A.空间结构为直线形
B.2-甲基咪唑分子中共平面的原子最多有8个
C.水中的溶解度:水杨酸小于对羟基苯甲酸
D.[Zn(N2H4)2(N3)2]n有两种配体,Zn2+的配位数是6
答案:B
解析:根据甲烷是正四面体形、氨气是三角锥形,且单键可以旋转,则2-甲基咪唑分子中共平面的原子最多有9个,B错误。
6.(2023山东枣庄模拟改编)H2O、H2O2、HO2(超氧化氢)都属于氢氧化合物,其中HO2又叫超氧酸,与H2O2化学性质相似,又与HX(X=Cl、Br、I等)的某些性质相似。下列说法错误的是( )
A.HO2为极性分子
B.H2O的沸点低于H2O2的沸点
C.HO2可与AgNO3反应:HO2+AgNO3AgO2↓+HNO3
D.H2O、H2O2中O的杂化方式相同,H2O2为直线形分子
答案:D
解析:HO2与HX(X=Cl、Br、I等)的某些性质相似,HX为极性分子,则HO2为极性分子,A正确;H2O和H2O2都形成氢键,但后者的氢键强度大,故H2O的沸点低于H2O2的沸点,B正确;HO2与HX(X=Cl、Br、I等)某些性质相似,故HO2可与AgNO3反应:HO2+AgNO3AgO2↓+HNO3,C正确;H2O、H2O2中O均采取sp3杂化,故H2O2不是直线形分子,D错误。
7.下列有关NH3、N、N、N的说法正确的是( )
A.NH3和N中的键角H—N—H前者大
B.NH3和N的空间结构相同
C.NH3是由极性键形成的非极性分子
D.NH3与Cu2+形成的[Cu(NH3)4]2+中,提供孤电子对形成配位键的是Cu2+
答案:A
解析:NH3中N原子有1个孤电子对,N中N原子有2个孤电子对,孤电子对越多,排斥力越大,键角越小,则键角:前者大于后者,A正确;NH3中N原子价层电子对数=3+=4,且含有1个孤电子对,N中N原子价层电子对数=3+=3,且不含孤电子对,故前者为三角锥形,后者为平面三角形,B错误;NH3是三角锥形结构,为极性分子,C错误;Cu2+提供空轨道,NH3中N原子提供孤电子对,D错误。
8.如图所示,a为乙二胺四乙酸(EDTA),易与金属离子形成螯合物;b为EDTA与Ca2+形成的螯合物。下列叙述正确的是( )
a
b
A.a和b中N原子均采取sp3杂化
B.b中Ca2+的配位数为4
C.a中配位原子是C原子
D.b中含有共价键、离子键和配位键
答案:A
解析:a中N原子有3个σ键电子对,含有1个孤电子对,b中N原子有4个σ键电子对,没有孤电子对,则a、b中N原子均采取sp3杂化,A正确;b中Ca2+的配位数为6,B错误;a不是配合物,C错误;Ca2+与N、O之间形成配位键,其他原子之间形成共价键,不含离子键,D错误。
9.(2023河北邢台模拟)已知HCHO、NaBH4均能将苯甲醛转化为苯甲醇,下列说法正确的是( )
A.甲醛的空间结构为三角锥形
B.甲醛易溶于水的原因是甲醛与水、甲醛分子之间均形成氢键
C.NaBH4中存在离子键、共价键、配位键
D.苯甲醛转化为苯甲醇属于有机反应中的氧化反应
答案:C
解析:甲醛中的碳原子价层电子对数为3+=3,碳原子采取sp2杂化,甲醛的空间结构为平面三角形,A错误;甲醛与水分子之间形成氢键,甲醛分子之间不形成氢键,B错误;NaBH4中存在Na+与B间的离子键,B—H共价键中有1个是配位键,C正确;苯甲醛转化为苯甲醇氢原子增加,属于有机反应中的还原反应,D错误。
二、非选择题
10.(1)[2020全国Ⅲ卷,35(2)]NH3BH3分子中,N—B化学键称为 键,其电子对由 提供。
(2)[2020江苏卷,21A(1)][Fe(H2O)6]2+中与Fe2+配位的原子是 (填元素符号)。
(3)[2020山东卷,17(3)]含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示,1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有 mol。
(4)[2019全国Ⅰ卷,35(2)]乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是 ,
其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是 (填“Mg2+”或“Cu2+”)。
(5)[2019全国Ⅲ卷,35(2)]FeCl3中的化学键具有明显的共价性,蒸气状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为 ,其中Fe的配位数为 。
(6)[2019江苏卷,21A(2)]Cu2+与OH-反应能生成[Cu(OH)4]2-,[Cu(OH)4]2-中的配位原子为 (填元素符号)。
答案:(1)配位 N(或氮) (2)O (3)6 (4)乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键 Cu2+
(5) 4 (6)O
解析:(1)NH3BH3分子中,N原子提供孤电子对,B原子提供空轨道,形成配位键(N—B)。
(2)[Fe(H2O)6]2+中,H2O是配位体,O原子提供孤电子对与Fe2+配位。
(3)由题图可知,1 mol该配合物通过螯合作用形成6 mol配位键。
(4)乙二胺的两个N可提供孤电子对与金属离子形成配位键,故乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子;由于铜离子的半径较大且含有的空轨道多于镁离子,因此Cu2+与乙二胺形成的化合物稳定性相对Mg2+较高。
(5)根据题目信息可知氯化铁蒸气状态下以双聚分子存在,其结构式为,Fe分别与4个Cl成键,因此Fe的配位数为4。
(6)[Cu(OH)4]2-中Cu2+提供空轨道,OH-提供孤电子对,OH-只有O有孤电子对,因此[Cu(OH)4]2-中的配位原子为O。
4
