中學(xué)化學(xué)中分子空間結(jié)構(gòu)分析的基本原理.doc

中學(xué)化學(xué)中分子空間結(jié)構(gòu)分析的基本原理作者：張國遠文章來源：本站原創(chuàng)點擊數(shù)： 2105更新時間：2004-8-19有一類問題借助分子的空間結(jié)構(gòu)來考查學(xué)生的空間想象能力。如1996年全國高考16題： 描述33分子結(jié)構(gòu)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(xiàn)代價鍵理論；分子光譜理論；分子的構(gòu)象理論。下面針對上述問題具體闡述如下。 一、鮑林的現(xiàn)代價鍵理論 現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，該分子可看作是乙烯結(jié)構(gòu)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(jù)以上分析，6個碳原子有可能在同一個平面內(nèi)，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(xué)認為6個碳原子一定在同一平面內(nèi)，但為什么還說有可能在同一平面內(nèi)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(zhuǎn)動或振動能級的變化，或使分子激發(fā)到較高的能級，產(chǎn)生特征分子光譜。分子光譜可分為三類：轉(zhuǎn)動光譜；振動光譜；電子光譜。我在這里只闡述與該問題有關(guān)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(xué)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(nèi)彎曲振動和面外彎曲振動兩種。面內(nèi)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(nèi)彎曲振動面外彎曲振動根據(jù)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(nèi)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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)。 三、構(gòu)象理論 所謂構(gòu)象是指在有一定構(gòu)造的分子通過單鍵的旋轉(zhuǎn)，形成各原子或原子團的空間排布。構(gòu)造式相同的化合物有許多構(gòu)象。如乙烷的許多構(gòu)象中有兩個極限構(gòu)象。一種是交叉式或反疊式構(gòu)象，另一種是重疊式或叫順疊式構(gòu)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(gòu)象最穩(wěn)定；在重疊式中三對氫原子距離最近，能量最高，構(gòu)象最不穩(wěn)定。實驗證明由交叉式轉(zhuǎn)變?yōu)橹丿B式必須吸收的能量，反之，由重疊式轉(zhuǎn)變?yōu)榻徊媸叫枰尫懦龅哪芰?。因此乙烷?gòu)象式由一系列能量態(tài)不同的構(gòu)象所構(gòu)成，但是各構(gòu)象之間的轉(zhuǎn)化能量很低。因此，在室溫時乙烷分子中的鍵能迅速地旋轉(zhuǎn)，不能分離出乙烷的某一構(gòu)象。因此，從理論上講分子的構(gòu)象是無數(shù)的。 在33分子中由于單鍵旋轉(zhuǎn)而引起的構(gòu)象是無數(shù)的，但無論如何旋轉(zhuǎn)，1、2、3、4、5、6各碳原子仍然在 所確定的平面內(nèi)。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(nèi)? 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(nèi)。由于3旋轉(zhuǎn)可使最少有1個氫原子在該平面內(nèi)。3的旋轉(zhuǎn)，最多有一個F原子在該平面內(nèi)。因此，最多有10個原子在同一平面內(nèi)。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(jù)價鍵理論，基本不改變各原子的相對位置關(guān)系。因此，鍵和鍵夾角仍然約為120，由原子的振動從平均結(jié)果來看，處于同一平面上，因此各原子可能處于同一平面內(nèi)。 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(jié)構(gòu) 中的鍵的旋轉(zhuǎn)，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(guān)系。在該結(jié)構(gòu)中，4、碳形成的鍵旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，將最多可能使一個H原子在兩個重合的平面內(nèi)，從而最多有11個原子在同一平面內(nèi)。請思考： 最多有幾個原子在同一平面內(nèi)? 中學(xué)化學(xué)中的酸式鹽作者：趙康峰文章來源：本站原創(chuàng)點擊數(shù)： 2287更新時間：2004-2-14酸式鹽是一類重要的物質(zhì)，各級各類考試有關(guān)酸式鹽考查的題目屢見不鮮，而學(xué)生對相應(yīng)的試題得分率并不高，這說明學(xué)生對酸式鹽的有關(guān)知識掌握不能令人滿意。酸式鹽是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的一個難點，為了有利于學(xué)生對這一類物質(zhì)的有關(guān)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(yīng)手，筆者根據(jù)長期教學(xué)的實踐，對其作了如下幾個方面的歸納總結(jié)。一、酸式鹽的性質(zhì)1水中的溶解性一般來說，在相同溫度下，不溶性正鹽對應(yīng)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：（）（）。可溶液性正鹽對應(yīng)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(yīng)的方程式為：（飽和）+2與堿的反應(yīng)酸式鹽與堿均可反應(yīng)，弱酸的酸式鹽既能與強酸又能與強堿反應(yīng)。中學(xué)常見的酸式酸根有：、等，常見的反應(yīng)離子方程式為：3與酸的反應(yīng)強酸的酸式鹽與酸不發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。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(yīng)，生成氫氣；可與反應(yīng)，生成。弱酸的酸式鹽與對應(yīng)的酸不反應(yīng)(例外)，可與酸性比其強的酸反應(yīng)，生成新酸和新鹽，如可與、在水溶液中反應(yīng)。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(yīng)的離子方程式有：4酸式鹽電離和水解的性質(zhì)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(xué)不研究弱酸弱堿鹽溶液的酸堿性，因此，對于強堿弱酸對應(yīng)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(dāng)電離大于水解的趨勢，其水溶液顯酸性，如、；當(dāng)水解大于電離的趨勢，其水溶液顯堿性，如、。當(dāng)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(xué)化學(xué)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(yīng)如：如果堿的量較大會生成正鹽。2弱酸正鹽與對應(yīng)的弱酸反應(yīng)通入相應(yīng)的氣體或加入過量相應(yīng)的酸可以把正鹽全部轉(zhuǎn)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(yīng)作者：王鴻專文章來源：本站原創(chuàng)點擊數(shù)： 1603更新時間：2003-7-24一、金屬與酸的反應(yīng)1.金屬與非氧化性酸的反應(yīng)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(yīng)不能持續(xù)。如與，反應(yīng)，分別生成難溶的2，4，覆蓋在表面，使反應(yīng)中止，不能繼續(xù)進行反應(yīng)。金屬活動性排在氫后的金屬與非氧化性酸能夠反應(yīng)。實驗事實證明，在加熱條件下銅與濃鹽酸反應(yīng)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(yīng)，其反應(yīng)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(yīng)方程式為：以上反應(yīng)均有特定的條件，這說明了化學(xué)反應(yīng)的多樣性和復(fù)雜性。2.金屬與氧化性酸的反應(yīng)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(yīng)，但均不能放出氫氣，產(chǎn)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(yīng)。濃硫酸與金屬活動性在氫以后的金屬反應(yīng)，都生成，與活潑性在氫前的金屬反應(yīng)，根據(jù)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(yīng)，不論金屬活潑與否，它們的還原產(chǎn)物主要是；稀硝酸（68）與金屬反應(yīng)，還原產(chǎn)物主要是；稀硝酸（2）與活潑金屬(鎂、鋅等)反應(yīng)，還原產(chǎn)物主要是；很稀硝酸（1）與活潑金屬反應(yīng)，可生成氨，在酸性溶液中生成硝酸銨。如：410（?。?（）5410（很?。?（）3但要注意的是，不能認為還原產(chǎn)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(yīng)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(diào)了金屬的活動性及鹽的可溶性，但也有不少不符合上述結(jié)論的反應(yīng)?；顫娊饘?鉀、鈣、鈉等)與鹽溶液的反應(yīng)，不能置換出金屬，因為活潑金屬與水反應(yīng)，生成對應(yīng)的堿，堿再與鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。如金屬鈉與硫酸銅的反應(yīng)方程式為：（）有些金屬和自身的鹽溶液也能反應(yīng)，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(yīng)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(yīng)。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(yīng)。，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(yīng)是由于生成了配合物，使金屬單質(zhì)的還原性增強，因而能夠反應(yīng)。特殊情況下，金屬與不溶性的鹽也能發(fā)生反應(yīng)。如在氯化銀懸濁液中，鐵粉能與之反應(yīng)，方程式為。反應(yīng)的原因是氯化銀為強電解質(zhì)，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(yīng)后，又繼續(xù)溶解，因而發(fā)生了上述反應(yīng)。由上可見，金屬與酸、鹽的反應(yīng)，要根據(jù)具體情況和反應(yīng)條件，以實驗事實作出決定。上述有些內(nèi)容不在中學(xué)知識范圍，但對全面了解金屬與酸、鹽的反應(yīng)還是重要的。2007年高考化學(xué)基本概念和基本理論練習(xí)2分類:默認欄目2006.11.16 14:25 作者：waifing | 評論：0 | 閱讀：442 16、據(jù)美國科學(xué)雜志報道，意大利科學(xué)家合成了一種新型氧分子，它是由4個氧原子構(gòu)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(nèi)運動，且分子中每個原子均達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則下列關(guān)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(gòu)型C. O4分子中的原子一定在同一個平面內(nèi) D. O4分子中的原子構(gòu)成一個四邊形17、最近科學(xué)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(jié)合為一種空間網(wǎng)狀的無限伸展結(jié)構(gòu)，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(shù)之比1：4 C、晶體的空間最小環(huán)共有12個原子所構(gòu)成 D、該晶體的化學(xué)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(jié)構(gòu)如下圖所示，有關(guān)說法正確的是Ba2+ A、該晶體屬于離子晶體B、晶體的化學(xué)式為Ba2O2 C、該晶體晶胞結(jié)構(gòu)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(shù)，下列說法中正確的是A3.6 g重水中所含質(zhì)子數(shù)為2NA B4.48 L N2所含分子數(shù)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(yīng)生成MgO失去2NA個電子20設(shè)NA為阿佛加德羅常數(shù)，下列說法正確的是 （ ） A12克金剛石中含共價鍵數(shù)目為4NA B78克Na2O2與過量的CO2充分反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為NA C使224LHCl氣體溶于水，溶液中H+數(shù)約為NA D1mol羥基與1molNH4+所含電子數(shù)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(yīng)得到4NH3+3F2=NF3+3NH4F下列有關(guān)NF3的敘述正確的是（ ）22鉈（T1）是某超導(dǎo)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(zhì)中發(fā)生反應(yīng)：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?；禧}CaOCl2在酸性條件下可以產(chǎn)生Cl2。下列關(guān)于混鹽CaOCl2的有關(guān)判斷正確的是 ( )A該混鹽具有與漂白粉相似的化學(xué)性質(zhì) B該混鹽的水溶液呈中性C該混鹽與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生1 mol Cl2時轉(zhuǎn)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(fù)燃，但伸進分解產(chǎn)生的混合氣體中，木條能復(fù)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(yīng) 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(shù)增大CH2的轉(zhuǎn)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(chǎn)物，關(guān)節(jié)炎形成的原因就是在關(guān)節(jié)的滑液中形成尿酸鈉（通