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(guó)遠(yuǎn)文章來(lái)源：本站原創(chuàng)點(diǎn)擊數(shù)： 2105更新時(shí)間：2004-8-19有一類問(wèn)題借助分子的空間結(jié)構(gòu)來(lái)考查學(xué)生的空間想象能力。如1996年全國(guó)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(gè)碳原子有可能在同一條直線上 6個(gè)碳原子不可能在同一條直線上 6個(gè)碳原子有可能在同一個(gè)平面上 6個(gè)碳原子不可能在同一個(gè)平面上 答案：，。 又如1999年第17題：下列有機(jī)分子中，所有的原子不可能處于同一平面的是()。 222 仔細(xì)分析以上兩個(gè)問(wèn)題，至少包含了以下三個(gè)方面的基本理論：鮑林的現(xiàn)代價(jià)鍵理論；分子光譜理論；分子的構(gòu)象理論。下面針對(duì)上述問(wèn)題具體闡述如下。 一、鮑林的現(xiàn)代價(jià)鍵理論 現(xiàn)代價(jià)鍵理論能夠解釋共價(jià)鍵具有一定的方向性。如氧元素形成兩個(gè)鍵時(shí)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(gè)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(gè)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(gè)氫原子被3和3所取代，沒(méi)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(gè)氫原子被3和3所取代。故3、4、5、6四個(gè)碳原子共線。根據(jù)以上分析，6個(gè)碳原子有可能在同一個(gè)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(rèn)為6個(gè)碳原子一定在同一平面內(nèi)，但為什么還說(shuō)有可能在同一平面內(nèi)呢?我們知道，對(duì)于分子來(lái)講，它吸收某一特定頻率的輻射從而引起分子轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)能級(jí)的變化，或使分子激發(fā)到較高的能級(jí)，產(chǎn)生特征分子光譜。分子光譜可分為三類：轉(zhuǎn)動(dòng)光譜；振動(dòng)光譜；電子光譜。我在這里只闡述與該問(wèn)題有關(guān)的分子振動(dòng)光譜。它是紅外光譜的一種，是由于分子中原子或原子團(tuán)的振動(dòng)而引起的。原子間沿著鍵軸的伸長(zhǎng)或縮短進(jìn)行伸縮振動(dòng)，組成化學(xué)鍵的原子、離子沿鍵軸而上下左右彎曲等于進(jìn)行彎曲振動(dòng)。伸縮振動(dòng)引起鍵長(zhǎng)的變化，彎曲振動(dòng)引起鍵角的變化。伸縮振動(dòng)可分為對(duì)稱伸縮和不對(duì)稱伸縮振動(dòng)兩種，如圖3所示。 圖3對(duì)稱伸縮振動(dòng)不對(duì)稱伸縮振動(dòng)彎曲振動(dòng)可分為面內(nèi)彎曲振動(dòng)和面外彎曲振動(dòng)兩種。面內(nèi)彎曲振動(dòng)又分為剪式振動(dòng)和平面搖擺振動(dòng)；面外彎曲振動(dòng)又分為非平面搖擺和扭曲振動(dòng)，如圖所示。 圖4面內(nèi)彎曲振動(dòng)面外彎曲振動(dòng)根據(jù)以上理論，就甲烷分子而言，由于伸縮振動(dòng)使得兩個(gè)C鍵的長(zhǎng)度不是任何時(shí)刻都相等，由于彎曲振動(dòng)使得C鍵夾角不是在任何一個(gè)時(shí)刻都為109.28。因此，在這個(gè)意義上，我們所說(shuō)的鍵長(zhǎng)和鍵角是一個(gè)平均概念，是一段時(shí)間內(nèi)的平均值。對(duì)于 33分子而言，存在著原子或原子團(tuán)的振動(dòng)，因此、各碳原子不是在任何一個(gè)時(shí)刻都在同一平面內(nèi)，3、4、5、6各碳原子不是在任何一個(gè)時(shí)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(guò)單鍵的旋轉(zhuǎn)，形成各原子或原子團(tuán)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(gè)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(shuō)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(cuò)位置，三對(duì)氫原子的距離最遠(yuǎn)，能量最低，構(gòu)象最穩(wěn)定；在重疊式中三對(duì)氫原子距離最近，能量最高，構(gòu)象最不穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)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(shí)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(wú)數(shù)的。 在33分子中由于單鍵旋轉(zhuǎn)而引起的構(gòu)象是無(wú)數(shù)的，但無(wú)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(wèn)題深入地考慮，該分子最多將有幾個(gè)原子處于同一平面內(nèi)? 通過(guò)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(gè)氫原子在該平面內(nèi)。3的旋轉(zhuǎn)，最多有一個(gè)F原子在該平面內(nèi)。因此，最多有10個(gè)原子在同一平面內(nèi)。我們?cè)俜治?997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(jià)鍵理論，基本不改變各原子的相對(duì)位置關(guān)系。因此，鍵和鍵夾角仍然約為120，由原子的振動(dòng)從平均結(jié)果來(lái)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(dòng)確定一個(gè)平面，該分子可看作是苯分子中的一個(gè)氫原子被2所取代，苯環(huán)中的一個(gè)碳原子與2的振動(dòng)確定一個(gè)平面，因此該分子中的原子處于 和確定的兩個(gè)平面之中，但由于在結(jié)構(gòu) 中的鍵的旋轉(zhuǎn)，使兩個(gè)平面可能重合。項(xiàng)的分析方法與項(xiàng)的分析方法類似。 分子中1、2、3、4、5、6各原子的振動(dòng)確定一個(gè)平面，4、6、7、8、9、10各原子的振動(dòng)確定一個(gè)平面，3取代了乙烯分子中的氫原子，沒(méi)有改變乙烯分子確定的平面中各原子的相對(duì)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(gè)平面重合，但3中的鍵的旋轉(zhuǎn)，將最多可能使一個(gè)H原子在兩個(gè)重合的平面內(nèi)，從而最多有11個(gè)原子在同一平面內(nèi)。請(qǐng)思考： 最多有幾個(gè)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(lái)源：本站原創(chuàng)點(diǎn)擊數(shù)： 2287更新時(shí)間：2004-2-14酸式鹽是一類重要的物質(zhì)，各級(jí)各類考試有關(guān)酸式鹽考查的題目屢見(jiàn)不鮮，而學(xué)生對(duì)相應(yīng)的試題得分率并不高，這說(shuō)明學(xué)生對(duì)酸式鹽的有關(guān)知識(shí)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(gè)難點(diǎn)，為了有利于學(xué)生對(duì)這一類物質(zhì)的有關(guān)知識(shí)系統(tǒng)掌握，使他們?cè)诜治鰡?wèn)題、解決問(wèn)題過(guò)程中得心應(yīng)手，筆者根據(jù)長(zhǎng)期教學(xué)的實(shí)踐，對(duì)其作了如下幾個(gè)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(lái)說(shuō)，在相同溫度下，不溶性正鹽對(duì)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：（）（）?？扇芤盒哉}對(duì)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?yàn)槿绱?，才有向飽和的碳酸鈉溶液中通入過(guò)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(qiáng)酸又能與強(qiáng)堿反應(yīng)。中學(xué)常見(jiàn)的酸式酸根有：、等，常見(jiàn)的反應(yīng)離子方程式為：3與酸的反應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(duì)應(yīng)的酸不反應(yīng)(例外)，可與酸性比其強(qiáng)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(jiàn)的酸酸性強(qiáng)弱為： 鹽酸強(qiáng)酸中強(qiáng)酸弱酸常見(jiàn)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(qiáng)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(yáng)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(duì)于強(qiáng)堿弱酸對(duì)應(yīng)的酸式鹽溶液的酸堿性就由電離和水解兩個(gè)方面來(lái)決定。當(dāng)電離大于水解的趨勢(shì)，其水溶液顯酸性，如、；當(dāng)水解大于電離的趨勢(shì)，其水溶液顯堿性，如、。當(dāng)然，電離和水解的趨勢(shì)哪個(gè)大最根本的是要由實(shí)驗(yàn)來(lái)判斷。但是對(duì)中學(xué)化學(xué)中常見(jiàn)的幾種，我們要記住。5對(duì)熱的穩(wěn)定性一般說(shuō)來(lái)，熱穩(wěn)定性大小順序?yàn)椋嚎扇苄哉}不可溶正鹽酸式鹽多元酸(對(duì)同一類酸而言)。如：對(duì)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(huì)生成正鹽。2弱酸正鹽與對(duì)應(yīng)的弱酸反應(yīng)通入相應(yīng)的氣體或加入過(guò)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(lái)源：本站原創(chuàng)點(diǎn)擊數(shù)： 1603更新時(shí)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(shū)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(dòng)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(jìn)行反應(yīng)。金屬活動(dòng)性排在氫后的金屬與非氧化性酸能夠反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)事實(shí)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(shí)，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(shí)使的還原性增強(qiáng)，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(shuō)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(qiáng)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(qiáng)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(hù)金屬不再與濃酸繼續(xù)反應(yīng)。濃硫酸與金屬活動(dòng)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(qiáng)弱，能被還原生成，金屬的還原性越強(qiáng)，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(rèn)為還原產(chǎn)物氧化態(tài)越低，酸的氧化性越強(qiáng)，相反硝酸越稀，氧化性越強(qiáng)。金和鉑不溶于單獨(dú)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(dòng)性順序里，只有排在前面的金屬，才能把排在后面的金屬?gòu)乃鼈兊柠}溶液里置換出來(lái)。這段話主要強(qiáng)調(diào)了金屬的活動(dòng)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?yàn)榛顫娊饘倥c水反應(yīng)，生成對(duì)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(qiáng)，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(qiáng)電解質(zhì)，極少溶解的那部分完全電離出和，而有較強(qiáng)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(jiàn)，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(shí)驗(yàn)事實(shí)作出決定。上述有些內(nèi)容不在中學(xué)知識(shí)范圍，但對(duì)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(rèn)欄目2006.11.16 14:25 作者：waifing | 評(píng)論：0 | 閱讀：442 16、據(jù)美國(guó)科學(xué)雜志報(bào)道，意大利科學(xué)家合成了一種新型氧分子，它是由4個(gè)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(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，且分子中每個(gè)原子均達(dá)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(gè)平面內(nèi) D. O4分子中的原子構(gòu)成一個(gè)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(gè)碳原子均以四個(gè)共價(jià)單鍵與氧原子結(jié)合為一種空間網(wǎng)狀的無(wú)限伸展結(jié)構(gòu)，下列對(duì)該晶體是敘述錯(cuò)誤的是（ ） A、晶體的熔沸點(diǎn)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(gè)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(shí)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(shuō)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(gè)Ba2+距離相等且最近的Ba2+共有8個(gè)19NA表示阿伏加德羅常數(shù)，下列說(shuō)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(gè)NH4+D1 molMg與足量O2反應(yīng)生成MgO失去2NA個(gè)電子20設(shè)NA為阿佛加德羅常數(shù)，下列說(shuō)法正確的是 （ ） A12克金剛石中含共價(jià)鍵數(shù)目為4NA B78克Na2O2與過(guò)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(wú)色無(wú)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(gè)電子BTl3+的氧化性比Al3+弱CTl能形成+3價(jià)和+1的化合物DTl+的還原性比Ag強(qiáng)23.由一種陽(yáng)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(shí)轉(zhuǎn)移2NA個(gè)電子 D該混鹽溶液不能使淀粉KI試紙變藍(lán)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(jìn)分解產(chǎn)生的混合氣體中，木條能復(fù)燃，分析說(shuō)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(gè)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(dá)到平衡。則下列說(shuō)法正確的是（ ）ANH3的百分含量不變BN2的體積分?jǐn)?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