1、章末复习课第二章主题整合践行素养以“碳、硫和钒的相关化合物在药物化学及催化化学等领域应用”为例复习分子结构与性质主题目标1.以碳、硫和钒的相关化合物在医药科学、催化反应和材料化学等领域的应用，复习共价分子的结构特点及分子间作用力(含氢键)对物质熔沸点等性质的影响。2.能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能利用相关理论解释简单的分子的空间结构。3.能根据分子结构特点和键的极性判断分子的极性及手性分子，并对分子的一些典型性质及其应用作出解释。材料一、碳和钒的相关化合物在催化化学等领域应用广泛。例如含硫的化合物苯磺酸氨氯地平是抗高血压的药物，而钒是一种战略稀有金属，主要应用于钢铁领域，近年来
2、在航空、化学、电池、颜料、玻璃、光学和医药等领域也有广泛应用。(一)甲醇(CH3OH)是一种用途广泛的基础有机原料和优质燃料。用来制造农药、医药、塑料、合成纤维及有机化工产品如甲醛、甲胺、氯甲烷、硫酸二甲酯等的原料。甲醇中掺入汽油作替代燃料使用。(1)甲醇被氧化生成甲醛(HCHO)，甲醇也可以生成乙酸甲酯(CH3COOCH3)。乙酸甲酯分子 键和 键的个数之比是多少？甲醇、甲醛中碳原子的杂化方式是哪种杂化类型？提示：101 sp3、sp2。乙酸甲酯分子中除了碳氧双键中含一个 键和一个 键外，另有 9 个 键，故 键和 键的个数之比为 101。甲醇中碳原子是饱和碳原子，是 sp3 杂化，甲醛中碳
3、原子是 sp2 杂化。(2)在一定条件下，甲醇(沸点 64.7)转化为乙酸甲酯(CH3COOCH3，沸点 57.1)。甲醇与乙酸甲酯的混合物因沸点接近而不易分离，工业上用蒸馏的方法分离二者时常先加适量水，为什么？提示：乙酸甲酯不易与水形成氢键，而甲醇易与水形成氢键使甲醇沸点升高，使得乙酸甲酯容易从混合物中蒸出。(3)已知Zn(CN)42-与甲醛在水溶液中发生反应可生成一种新物质 HOCH2CN，判断 HOCH2CN 中碳原子的杂化方式？提示：sp3、sp。HOCH2CN 中与羟基(OH)相连的碳为饱和碳原子，价层电子对数是 4，杂化轨道类型为 sp3，另外一碳原子与氮原子形成碳氮三键，三键含有
4、 1个 键和 2 个 键，价层电子对数=2+0=2，所以碳原子杂化轨道类型为 sp。(二)钒的相关化合物在药物化学及催化化学等领域应用广泛。(1)基态钒原子的结构示意图为_。提示：。(2)2-巯基烟酸氧钒配合物(下图中 W)是副作用小且能有效调节血糖的新型药物。该药物中 N 原子的杂化方式是_。X、Y、Z 三种物质在水中的溶解性由大到小的顺序为_，原因为_。提示：sp2 XZYX 中含有羧基，可以与水分子形成氢键，增强水溶性；Y 中含有酯基和苯环，Z中含有酯基，都不利于其在水中的溶解。材料二、物质内部的分子结构存在着对称美。许多物质形状与结构对称统一于一体，如金刚石晶体(外形为正八面体，结构为
5、正四面体)，石英晶体(外形为两端对称的六角棱柱体，结构为四面体)。它们都反映了物质内部多种(个)原子之间有序的结合，多种(个)原子在变化中趋于统一，在参差中趋于整齐，在“反复”中透着秩序，显示着节奏，尽显出化学中的对称美。生物分子都有手性，即分子形式的右撇子和左撇子(或左旋、右旋)。在法国生物学家巴斯德发现酒石酸晶体的镜像后就更激起了科学家的兴趣。(一)八角茴香属于草本植物，是我国民间常用作烹调的香料。医学研究成果显示，从八角茴香中可以提取到莽草酸，莽草酸有抗炎、镇痛作用，是合成某些抗癌药物的中间体。莽草酸的分子结构模型如图所示(分子中只有 C、H、O 三种原子)。其分子中有几个手性碳原子？提
6、示：3。根据球棍模型写出其结构式为，连接羟基的碳原子是手性碳原子。(二)氨基乙酸(H2NCH2COOH)俗称甘氨酸，可用作调味剂、甜味剂，与 DL-丙氨酸、枸橼酸等配合使用于含醇饮料中；合成清酒和精良饲料时用作酸味矫正剂、缓冲剂；在腌制咸菜、甜酱、酱油、醋和果汁时用作添加剂，以改善食品风味、味道、保持原味、提供甜味源等；氨基乙酸物质分子是否是手性分子？提示：否。分子中间的碳原子连有两个氢，不具有手性。应用实践提升素养1.东晋华阳国志南中志卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。硫酸镍溶于氨水形成Ni(NH3)6SO4 蓝色溶液。回答下列问
7、题：(1)Ni(NH3)6SO4 中阴离子的立体构型是_。(2)氨的沸点_(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是_；氨是_分子(填“极性”或“非极性”)，中心原子的轨道杂化类型为_。【解析】(1)SO24中 S 原子的价层电子对数是6224，孤电子对数为 0，立体构型为正四面体形。(2)氨分子之间可形成氢键，分子间作用力增大，故沸点高于膦(PH3)；氨分子中 N原子的价层电子对数351324，采取 sp3 杂化，四个杂化轨道中有三个轨道被共用电子对占据，一个轨道被孤电子对占据，是极性分子。答案：(1)正四面体形(2)高于 NH3 分子间可形成氢键 极性 sp32.数十亿年来，地球上的物质
8、不断变化，大气的成分也发生了很大的变化。下表是目前空气和原始大气的主要成分：目前空气的主要成分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 等用上表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_，用所学的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(稀有气体除外)有_，它的立体构型为_；(5)极易溶于水且水溶液呈碱性的物质的分子是_，它之所以极易溶于水是因为它的分子和水分子之间形成_；(6)CO 的结构可表示为 OC，与 CO 结
9、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”)。【解析】(1)含 10 电子的分子有 H2O、Ne、CH4、NH3。(2)具有对称结构的分子是非极性分子，如 N2、O2、CH4、CO2，其中由极性键构成的非极性分子只有 CH4 和 CO2，N2 和 O2 是由非极性共价键构成的。(3)水分子间除了范德华力外，还有氢键的作用，分子间氢键的存在使水的沸点最高。(4)碳原子最外层有 4 个电子，在甲烷分子中形成了 4 个共价键，不存在孤电子对，最外层电子都参与成键，构型为正四面体形。(5)极易溶于水且水溶液呈碱性的物质只有氨气。它极易溶于水，是因为氨分子与水分子间形成氢键
10、，增大了氨气的溶解性。(6)由一氧化碳的结构式可知，碳原子和氧原子之间存在三键，氮气分子中两个氮原子之间也存在三键，结构相似。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。答案：(1)H2O、Ne、CH4、NH3(2)CH4、CO2(3)H2O 水分子间除了范德华力外，还有氢键的作用，分子间氢键的存在使水的沸点最高(4)CH4 正四面体形(5)NH3 氢键(6)N2 不相同3.硫、氮及其化合物在生产生活中应用广泛。有机含氮化合物一般是指分子中含有碳-氮键的有机化合物，包括胺类，氮杂环，腈，硝基化合物等。(1)图甲表示
11、某种含氮有机化合物的结构，其分子内 4 个氮原子分别位于正四面体的 4 个顶点(见图乙)，分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成 4 个氢键予以识别。下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是_(填标号)。aCF4 bCH4 cNH4 dH2O(2)已知 S4O26的结构为，其中 S 原子的杂化方式是_。键长 a_ b(填“”“”或“=”)。分析并比较物质 A：与 B：的沸点高低及其原因：_。【解析】(1)要能被该有机化合物识别，则应能与 N 原子形成氢键，则该微粒中应含有 4 个 NH 或 OH 或 FH 键，可见只有 c 符合要求。(2)S4O26的结构中两边的 S 原子均形成 4 个
12、键且无孤电子对，中间的两个 S 原子均形成两个单键，且均有两对孤电子对；原子间形成的共价键数目越大，键长就越短；A 是邻羟基苯磺酸能形成分子内氢键，B 是对羟基苯磺酸能形成分子间氢键，所以沸点 BA。答案：(1)c(2)sp3 杂化 A，因为 B 可以形成分子间氢键4.阿斯巴甜是一种非碳水化合物类的人造甜味剂，其组成结构和性质见表所示分子式结构简式外观C14H18N2O5白色结晶粉末回答下列问题：(1)阿斯巴甜分子中，所含元素的电负性由大到小的顺序是_。碳原子的杂化轨道类型为_，其中 CN 键中共用电子对偏向_原子(填原子名称)。(2)阿斯巴甜分子内微粒间的作用力类型有_。(3)阿斯巴甜与足量
13、 NaOH 水溶液充分反应的化学方程式为+3NaOH+CH3OH+H2O上述反应中，当有 1 mol 阿斯巴甜完全反应，下列说法正确的有_。A.有 键、键的断裂B.参加反应的反应物和生成的生成物中共有 4NA 个手性碳原子C.可以借助红外光谱确定阿斯巴甜分子的结构D.生成物 H2O 中 HOH 键角大于 CH3OH 中 HCH 键角【解析】(1)阿斯巴甜中所含元素为 H、C、N、O，根据同周期元素从左到右电负性逐渐增大和 C、N、O 的氢化物中 H 均显+1 价，可知 C、N、O 的电负性均大于 H 的电负性。阿斯巴甜中饱和碳原子为 sp3 杂化，CO 及苯环中的碳原子为sp2 杂化。电负性：
14、NC，因此 CN 键中共用电子对偏向氮原子。(2)阿斯巴甜分子内原子和原子之间为共价键，CC 键为非极性键，CN、CO、OH、NH、CH 键为极性键。(3)该反应中断开的均为 键，A 错误；手性碳原子为连有 4 个不同的原子或原子团的碳原子，、中用*标记的均为手性碳原子，故 1 mol 阿斯巴甜参加反应时，反应物和生成物中共有 4NA 个手性碳原子，B 正确；借助红外光谱可以鉴定阿斯巴甜所含官能团，从而确定分子结构，C 正确；H2O 中 O 有两个孤电子对，CH3OH 中 C 无孤电子对，孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对与成键电子对之间的斥力，故 H2O 中 HOH 键角小于 CH
15、3OH 中 HCH 键角，D 错误。答案：(1)ONCH sp2、sp3 杂化 氮(2)极性键、非极性键(3)B、C5臭氧(O3)在Fe(H2O)62催化下能将烟气中的 SO2、NOx 分别氧化为 SO24和NO3，NOx 也可在其他条件下被还原为 N2。(1)SO24中心原子轨道的杂化类型为_；NO3的空间构型为_(用文字描述)。(2)N2 分子中 键与 键的数目比 n()n()_。【解析】(1)SO24中 S 的孤电子对数为622420，价层电子对数为 044，则 S 为 sp3 杂化。NO3中 N 的孤电子对数为512320，价层电子对数为 033，则 N 为 sp2 杂化，则 NO3为
16、平面(正)三角形。(2)N2 的结构式为 NN，三键中有一个为 键，两个为 键，n()n()12。答案：(1)sp3 平面(正)三角形(2)126.我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用 R代表)。回答下列问题：经 X 射线衍射测得化合物 R 的晶体结构，其局部结构如图(b)所示。(1)从结构角度分析，R 中两种阳离子的相同之处为_，不同之处为_。(填标号)A.中心原子的杂化轨道类型B.中心原子的价层电子对数C.立体结构D.共价键类型(2)R 中阴离子 N5中的 键总数为_个。(3)图(b)中虚线代表氢键，其表示式为(NH4)NHCl、_、_。
17、【解析】(1)根据图(b)，阳离子是 NH4和 H3O，NH4中心原子是 N，含有 4 个 键，孤电子对数为(5141)/20，价层电子对数为 4，杂化类型为 sp3，空间构型为正四面体形；H3O中心原子是 O，含有 3 个 键，孤电子对数为(613)/21，价层电子对数为 4，杂化类型为 sp3，空间构型为三角锥形，因此相同之处为 A、B、D 项，不同之处为 C 项；(2)根据图(b)N5中 键总数为 5 个；(3)根据图(b)NH4、H3O中的 H 与 N5、Cl都可形成氢键，因此还有的氢键是(H3O)OHN(N5)和(NH4)NHN(N5)。答案：(1)A、B、D C(2)5(3)(H3
18、O)OHN(N5)(NH4)NHN(N5)7.铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某 FexNy 的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。(1)Fe3+基态核外电子排布式为_。(2)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是_，1 mol 丙酮分子中含有 键的数目为_。(3)C、H、O 三种元素的电负性由小到大的顺序为_。(4)乙醇的沸点高于丙酮，这是因为_。【解析】(1)Fe 为 26 号，价层电子数为 26-18=8，电子排布式为Ar3d64s2，失去电子时，先失去 4s 上的 2 个电子，再失去 3d 上的一个电子，即为Ar3d5。(2)甲基上的碳原子为 sp3 杂化，羰基上的碳原子为 sp2 杂化。单键全为 键，双键中有一个 键，一个 键，1 mol 丙酮中共含有 9 NA 个 键。(3)非金属性 OCH，则电负性：OCH。(4)乙醇中的羟基之间可以形成分子间氢键，故沸点高于丙酮。答案：(1)Ar3d5 或 1s22s22p63s23p63d5(2)sp2 和 sp39NA(3)HCO (4)乙醇分子间存在氢键