中學化學中分子空間結構分析的基本原理.doc

中學化學中分子空間結構分析的基本原理作者：張國遠文章來源：本站原創(chuàng)點擊數： 2105更新時間：2004-8-19有一類問題借助分子的空間結構來考查學生的空間想象能力。如1996年全國高考16題： 描述33分子結構的下列敘述中正確的是()。6個碳原子有可能在同一條直線上 6個碳原子不可能在同一條直線上 6個碳原子有可能在同一個平面上 6個碳原子不可能在同一個平面上 答案：，。 又如1999年第17題：下列有機分子中，所有的原子不可能處于同一平面的是()。 222 仔細分析以上兩個問題，至少包含了以下三個方面的基本理論：鮑林的現代價鍵理論；分子光譜理論；分子的構象理論。下面針對上述問題具體闡述如下。 一、鮑林的現代價鍵理論 現代價鍵理論能夠解釋共價鍵具有一定的方向性。如氧元素形成兩個鍵時成角形，如水分子(圖1)；22分子結構中，鍵和鍵的鍵角為(圖2)，這是為什么呢? 圖12分子圖222分子由于空間因素的影響：2分子兩個氫原子間距離較近，排斥力大，從而使鍵角比22分子的鍵和鍵的夾角更大一些。比較2和22分子中的夾角可以看出，雖然氧元素在不同的分子中形成的兩個鍵的夾角略有變化，但由于各種原子成鍵的方向性決定了氧元素成鍵的基本形狀。 33分子中以 為基本結構，該分子可看作是乙烯結構中的兩個氫原子被3和3所取代，沒有改變乙烯分子的基本形狀。因此 中1、2、3、4碳原子共面。同理， 可看作是分子中的兩個氫原子被3和3所取代。故3、4、5、6四個碳原子共線。根據以上分析，6個碳原子有可能在同一個平面內，而不在同一條直線上。 二、分子光譜理論 在1996年高考試題16題和1997年高考17題中為什么在題中都加上“可能”或“不可能”的敘述呢?有些同學認為6個碳原子一定在同一平面內，但為什么還說有可能在同一平面內呢?我們知道，對于分子來講，它吸收某一特定頻率的輻射從而引起分子轉動或振動能級的變化，或使分子激發(fā)到較高的能級，產生特征分子光譜。分子光譜可分為三類：轉動光譜；振動光譜；電子光譜。我在這里只闡述與該問題有關的分子振動光譜。它是紅外光譜的一種，是由于分子中原子或原子團的振動而引起的。原子間沿著鍵軸的伸長或縮短進行伸縮振動，組成化學鍵的原子、離子沿鍵軸而上下左右彎曲等于進行彎曲振動。伸縮振動引起鍵長的變化，彎曲振動引起鍵角的變化。伸縮振動可分為對稱伸縮和不對稱伸縮振動兩種，如圖3所示。 圖3對稱伸縮振動不對稱伸縮振動彎曲振動可分為面內彎曲振動和面外彎曲振動兩種。面內彎曲振動又分為剪式振動和平面搖擺振動；面外彎曲振動又分為非平面搖擺和扭曲振動，如圖所示。 圖4面內彎曲振動面外彎曲振動根據以上理論，就甲烷分子而言，由于伸縮振動使得兩個C鍵的長度不是任何時刻都相等，由于彎曲振動使得C鍵夾角不是在任何一個時刻都為109.28。因此，在這個意義上，我們所說的鍵長和鍵角是一個平均概念，是一段時間內的平均值。對于 33分子而言，存在著原子或原子團的振動，因此、各碳原子不是在任何一個時刻都在同一平面內，3、4、5、6各碳原子不是在任何一個時刻都在同一直線上，而僅僅是1、2、3、4各碳原子有可能在同一平面內，3、4、5、6各碳原子有可能在同一直線上，因此1、2、3、4、5、6各碳原子有可能在同一平面內。 三、構象理論 所謂構象是指在有一定構造的分子通過單鍵的旋轉，形成各原子或原子團的空間排布。構造式相同的化合物有許多構象。如乙烷的許多構象中有兩個極限構象。一種是交叉式或反疊式構象，另一種是重疊式或叫順疊式構象，如圖所示。 圖5交叉式重疊式 說明：代表前面碳原子及其鍵，代表后面的碳原子及其鍵。在交叉式中的兩組氫原子處于交錯位置，三對氫原子的距離最遠，能量最低，構象最穩(wěn)定；在重疊式中三對氫原子距離最近，能量最高，構象最不穩(wěn)定。實驗證明由交叉式轉變?yōu)橹丿B式必須吸收的能量，反之，由重疊式轉變?yōu)榻徊媸叫枰尫懦龅哪芰?。因此乙烷構象式由一系列能量態(tài)不同的構象所構成，但是各構象之間的轉化能量很低。因此，在室溫時乙烷分子中的鍵能迅速地旋轉，不能分離出乙烷的某一構象。因此，從理論上講分子的構象是無數的。 在33分子中由于單鍵旋轉而引起的構象是無數的，但無論如何旋轉，1、2、3、4、5、6各碳原子仍然在 所確定的平面內。如果我們把問題深入地考慮，該分子最多將有幾個原子處于同一平面內? 通過以上的分析，1、2、3、4、5、6各碳原子有可能在同一平面內。由于3旋轉可使最少有1個氫原子在該平面內。3的旋轉，最多有一個F原子在該平面內。因此，最多有10個原子在同一平面內。我們再分析1997年高考試題第17題。 可看作是取代乙烯中的氫原子。根據價鍵理論，基本不改變各原子的相對位置關系。因此，鍵和鍵夾角仍然約為120，由原子的振動從平均結果來看，處于同一平面上，因此各原子可能處于同一平面內。 苯環(huán)中各原子的振動確定一個平面，該分子可看作是苯分子中的一個氫原子被2所取代，苯環(huán)中的一個碳原子與2的振動確定一個平面，因此該分子中的原子處于 和確定的兩個平面之中，但由于在結構 中的鍵的旋轉，使兩個平面可能重合。項的分析方法與項的分析方法類似。 分子中1、2、3、4、5、6各原子的振動確定一個平面，4、6、7、8、9、10各原子的振動確定一個平面，3取代了乙烯分子中的氫原子，沒有改變乙烯分子確定的平面中各原子的相對位置關系。在該結構中，4、碳形成的鍵旋轉使該平面有可能使1、2、3、4、5、6各原子和4、6、7、8、9、10各原子確定的兩個平面重合，但3中的鍵的旋轉，將最多可能使一個H原子在兩個重合的平面內，從而最多有11個原子在同一平面內。請思考： 最多有幾個原子在同一平面內? 中學化學中的酸式鹽作者：趙康峰文章來源：本站原創(chuàng)點擊數： 2287更新時間：2004-2-14酸式鹽是一類重要的物質，各級各類考試有關酸式鹽考查的題目屢見不鮮，而學生對相應的試題得分率并不高，這說明學生對酸式鹽的有關知識掌握不能令人滿意。酸式鹽是學生學習化學的一個難點，為了有利于學生對這一類物質的有關知識系統(tǒng)掌握，使他們在分析問題、解決問題過程中得心應手，筆者根據長期教學的實踐，對其作了如下幾個方面的歸納總結。一、酸式鹽的性質1水中的溶解性一般來說，在相同溫度下，不溶性正鹽對應的酸式鹽的溶解度比正鹽的大，如難溶于水，（）易溶于水；磷酸的鈣鹽溶解性由大到小為：（）（）?？扇芤盒哉}對應的酸式鹽溶解度比其正鹽的小，如的溶解性大于，的溶解性大于。正因為如此，才有向飽和的碳酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳有沉淀生成，其反應的方程式為：（飽和）+2與堿的反應酸式鹽與堿均可反應，弱酸的酸式鹽既能與強酸又能與強堿反應。中學常見的酸式酸根有：、等，常見的反應離子方程式為：3與酸的反應強酸的酸式鹽與酸不發(fā)生復分解反應。盡管是鹽，但可作強酸用，其水溶液具有酸的通性，如可與氫前的金屬反應，生成氫氣；可與反應，生成。弱酸的酸式鹽與對應的酸不反應(例外)，可與酸性比其強的酸反應，生成新酸和新鹽，如可與、在水溶液中反應。常見的酸酸性強弱為： 鹽酸強酸中強酸弱酸常見酸式酸根與酸反應的離子方程式有：4酸式鹽電離和水解的性質強酸的酸式鹽只能電離，不能發(fā)生水解，如的水溶液一定顯酸性；弱酸的酸式鹽既可電離，也可水解，其水溶液的酸堿性將由電離和水解以及陽離子等方面決定。中學不研究弱酸弱堿鹽溶液的酸堿性，因此，對于強堿弱酸對應的酸式鹽溶液的酸堿性就由電離和水解兩個方面來決定。當電離大于水解的趨勢，其水溶液顯酸性，如、；當水解大于電離的趨勢，其水溶液顯堿性，如、。當然，電離和水解的趨勢哪個大最根本的是要由實驗來判斷。但是對中學化學中常見的幾種，我們要記住。5對熱的穩(wěn)定性一般說來，熱穩(wěn)定性大小順序為：可溶性正鹽不可溶正鹽酸式鹽多元酸(對同一類酸而言)。如：對熱穩(wěn)，加熱不分解。二、酸式鹽的生成1多元弱酸與少量堿反應如：如果堿的量較大會生成正鹽。2弱酸正鹽與對應的弱酸反應通入相應的氣體或加入過量相應的酸可以把正鹽全部轉化為酸式鹽，這是制取酸式鹽的最佳方法。如：（）（）（）淺談金屬與酸、鹽的反應作者：王鴻專文章來源：本站原創(chuàng)點擊數： 1603更新時間：2003-7-24一、金屬與酸的反應1.金屬與非氧化性酸的反應教科書上指出：排在氫前面的金屬能置換出稀酸里的氫，排在氫后面的金屬不能置換出稀酸里的氫。這是普遍規(guī)律，但也有一些特例。金屬活動性排在氫前的金屬與酸反應不能持續(xù)。如與，反應，分別生成難溶的2，4，覆蓋在表面，使反應中止，不能繼續(xù)進行反應。金屬活動性排在氫后的金屬與非氧化性酸能夠反應。實驗事實證明，在加熱條件下銅與濃鹽酸反應生成四氯合銅(I)酸。 銅屑在有充足氧氣存在時，可與稀硫酸緩慢反應，其反應方程式為：由于溶解度很小，生成時使的還原性增強，所以，銀可置換氫硫酸中的氫。其反應方程式為：以上反應均有特定的條件，這說明了化學反應的多樣性和復雜性。2.金屬與氧化性酸的反應除，等一些極不活潑的金屬外，金屬與氧化性強的濃硫酸、硝酸均發(fā)生反應，但均不能放出氫氣，產物主要受酸的濃度、金屬的活潑性的影響。，遇強氧化性的濃硝酸、濃硫酸，在常溫下發(fā)生鈍化，形成鈍化膜，保護金屬不再與濃酸繼續(xù)反應。濃硫酸與金屬活動性在氫以后的金屬反應，都生成，與活潑性在氫前的金屬反應，根據金屬的還原性強弱，能被還原生成，金屬的還原性越強，生成和的傾向就越大。如：濃硝酸（1216）與金屬反應，不論金屬活潑與否，它們的還原產物主要是；稀硝酸（68）與金屬反應，還原產物主要是；稀硝酸（2）與活潑金屬(鎂、鋅等)反應，還原產物主要是；很稀硝酸（1）與活潑金屬反應，可生成氨，在酸性溶液中生成硝酸銨。如：410（稀）4（）5410（很?。?（）3但要注意的是，不能認為還原產物氧化態(tài)越低，酸的氧化性越強，相反硝酸越稀，氧化性越強。金和鉑不溶于單獨的濃而溶于王水(濃硝酸和濃鹽酸按體積比13混合）。二、金屬與鹽的反應教材中指出，在金屬活動性順序里，只有排在前面的金屬，才能把排在后面的金屬從它們的鹽溶液里置換出來。這段話主要強調了金屬的活動性及鹽的可溶性，但也有不少不符合上述結論的反應?；顫娊饘?鉀、鈣、鈉等)與鹽溶液的反應，不能置換出金屬，因為活潑金屬與水反應，生成對應的堿，堿再與鹽發(fā)生復分解反應。如金屬鈉與硫酸銅的反應方程式為：（）有些金屬和自身的鹽溶液也能反應，如氯化鐵酸性溶液中加入鐵粉，則生成氯化亞鐵，這是由于有一定的氧化性。在熱的濃鹽酸中，用粉可將還原，首先生成，用水稀釋，則生成沉淀。+總反應式為：排在后面的某些金屬也能與排在前面的金屬的鹽反應。如電子工業(yè)上用溶液腐蝕銅制印刷電路，利用了的氧化性，使之與銅反應。，在有空氣存在的情況下，都能溶于氰化鉀或氰化鈉的溶液中。如：（）以上反應是由于生成了配合物，使金屬單質的還原性增強，因而能夠反應。特殊情況下，金屬與不溶性的鹽也能發(fā)生反應。如在氯化銀懸濁液中，鐵粉能與之反應，方程式為。反應的原因是氯化銀為強電解質，極少溶解的那部分完全電離出和，而有較強的還原性，和反應后，又繼續(xù)溶解，因而發(fā)生了上述反應。由上可見，金屬與酸、鹽的反應，要根據具體情況和反應條件，以實驗事實作出決定。上述有些內容不在中學知識范圍，但對全面了解金屬與酸、鹽的反應還是重要的。2007年高考化學基本概念和基本理論練習2分類:默認欄目2006.11.16 14:25 作者：waifing | 評論：0 | 閱讀：442 16、據美國科學雜志報道，意大利科學家合成了一種新型氧分子，它是由4個氧原子構成的O4分子，如果已知氧原子核外的電子并不都在同一個平面內運動，且分子中每個原子均達到穩(wěn)定結構，則下列關于該分子的敘述正確的是（ ）A. O4象NH3一樣是三角錐形分子 B. O4分子象白磷分子一樣為正四面體構型C. O4分子中的原子一定在同一個平面內 D. O4分子中的原子構成一個四邊形17、最近科學家成功制成了一種新型的碳氧化合物，該化合物晶體中每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結合為一種空間網狀的無限伸展結構，下列對該晶體是敘述錯誤的是（ ） A、晶體的熔沸點高、硬度大 B、晶體中C原子與CO鍵鍵數之比1：4 C、晶體的空間最小環(huán)共有12個原子所構成 D、該晶體的化學式為CO418、鋇在氧氣中燃燒時的得到一種鋇的氧化物晶體，起結構如下圖所示，有關說法正確的是Ba2+ A、該晶體屬于離子晶體B、晶體的化學式為Ba2O2 C、該晶體晶胞結構與CsCl相似D、與每個Ba2+距離相等且最近的Ba2+共有8個19NA表示阿伏加德羅常數，下列說法中正確的是A3.6 g重水中所含質子數為2NA B4.48 L N2所含分子數為0.2 NA C1 L 0.5 mol/L的(NH4)2SO4溶液中含有NA個NH4+D1 molMg與足量O2反應生成MgO失去2NA個電子20設NA為阿佛加德羅常數，下列說法正確的是 （ ） A12克金剛石中含共價鍵數目為4NA B78克Na2O2與過量的CO2充分反應，轉移電子數為NA C使224LHCl氣體溶于水，溶液中H+數約為NA D1mol羥基與1molNH4+所含電子數均為10NA21、三氟化氮（NF3）是一種無色無味的氣體，它是氨（NH3）和氟（F2）在一定條件下直接反應得到4NH3+3F2=NF3+3NH4F下列有關NF3的敘述正確的是（ ）22鉈（T1）是某超導材料的組織元素之一，與鋁同族，位于第6周期。T13+與Ag在酸性介質中發(fā)生反應：Tl3+2Ag=Tl+2Ag+。下列推斷正確的是（ ）ATl+的最外層有1個電子BTl3+的氧化性比Al3+弱CTl能形成+3價和+1的化合物DTl+的還原性比Ag強23.由一種陽離子與兩種酸根離子組成的鹽稱為混鹽。混鹽CaOCl2在酸性條件下可以產生Cl2。下列關于混鹽CaOCl2的有關判斷正確的是 ( )A該混鹽具有與漂白粉相似的化學性質 B該混鹽的水溶液呈中性C該混鹽與硫酸反應產生1 mol Cl2時轉移2NA個電子 D該混鹽溶液不能使淀粉KI試紙變藍24、已知2Cu（NO3）2 = 2CuO+4NO2+O2；已知帶火星的木條在空氣中不能復燃，但伸進分解產生的混合氣體中，木條能復燃，分析說明 （ ） A、NO2具有氧化性 B、NO2具有還原性 C、NO2不發(fā)生反應 D 只有O2才能助燃25一定溫度下，在一個體積可變的密閉容器中加入2mol N2和2 mol H2，建立如下平衡： N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）相同條件下，若向容器中再通入1 mol N2和1 mol H2，又達到平衡。則下列說法正確的是（ ）ANH3的百分含量不變BN2的體積分數增大CH2的轉化率增大DNH3的百分含量增大26尿酸（通常用HUr表示）是人體的一種代謝產物，關節(jié)炎形成的原因就是在關節(jié)的滑液中形成尿酸鈉（通