例子问题
例子问题1:分子间作用力
电负性是物理化学中的一个重要概念,经常被用来帮助量化偶极矩的极性化合物。极性化合物不同于那些纯非极性或纯离子的化合物。通过对比氯化钠(NaCl)和有机分子(R-C-OH)可以看到一个例子。前者是纯粹的离子,后者是极性共价.
当比较多个极性共价分子时,我们使用偶极矩值来帮助我们确定极性的相对强度。然而,偶极矩取决于组成键的原子的电负性。电负性是所讨论原子的固有性质,而偶极矩是它们之间化学键的性质。
例如,氧的电负性是3.44,氢是2.20。换句话说,当氧与氢成键时,氧对电子的吸引力更强。这导致O-H键有偶极矩。
当分子中所有极性键的偶极矩相加时,得到分子偶极矩,如下式所示。
偶极矩=电荷*分离距离
一位科学家正在研究几种化合物的极性性质。他将水的蒸气压与各种低分子量碳氢化合物的蒸气压进行了比较。他最有可能找到什么?
水可能会有更高的蒸汽压,因为它的分子间键更强
由于分子间化学键较强,水分子的蒸气压可能较低
由于水分子间键较弱,水的蒸气压可能较高
在水和每一种低分子量碳氢化合物之间,蒸汽压会发生不可预测的变化
由于水分子间化学键较弱,水的蒸气压可能较低
由于分子间化学键较强,水分子的蒸气压可能较低
水相对于碳氢化合物的强极性意味着水将有更困难的时间脱离其液相,进入气相以产生蒸汽压。蒸气压高的物质通常分子间键较弱,沸点较低。
例子问题2:分子间作用力
沸点是液体开始转化为气态所需达到的温度。露营者和徒步旅行者在旅行中准备食物时,必须考虑到海拔上升时大气压力的差异。在上升过程中,大气压力的降低改变了水沸腾的温度。
使问题进一步复杂化的是,观察到在纯液体中加入溶质也会改变沸点。拉乌尔定律可以用来理解沸点的变化,如果存在非挥发性溶质,如这里所示。
在这个法律,是溶剂的摩尔分数,是纯溶剂的蒸气压,和是溶液的蒸气压。当这个蒸气压等于当地的大气压时,溶液沸腾。
一位科学家正在标准条件下研究一系列化合物。在下面列出的化合物中,哪一种可能具有最高的蒸气压?
在这个例子中,甲烷,的分子量最低。分子量最低的碳氢化合物受到范德华力阻止其进入气态的机会最小;因此,它们具有最大的形成蒸汽的倾向和最大的蒸汽压。要知道分子间作的力越大,沸点就越高,蒸气压就越低。
氯化钠是一种固体盐。固体确实有蒸气压,但这种盐的离子结构使蒸气压非常低。
示例问题3:分子间作用力
哪种碳氢化合物的熔点最高?
碳氢化合物的熔点由两个主要因素决定:碳链的长度和饱和程度。碳链越长熔点越高,饱和键越多的碳链熔点越高。
在已知的答案中,碳链最长,完全饱和。因此它的熔点是最高的。
示例问题4:分子间作用力
按极性增加的顺序排列下列化合物,从极性最弱的化合物开始。
,,,
极性是由键中两个原子之间的电负性差异决定的。电负性差异较大的化合物极性较强。然而,对称可以平衡化学键中的净极性,可以抵消差异。
具有四面体的几何形状,并且由于附在中心硅原子上的四个基团是相同的,由于它的对称性,这个分子没有净偶极矩。它是最非极性的化合物。
在比较而且回想一下,碳、氮和氧在元素周期表的同一行,但碳比氮离氧更远。这意味着有一个较大的电负性差异比,会更具极性。
最后,是离子化合物,所以它是四种化合物中极性最强的。
示例问题5:分子间作用力
下列哪个是极性分子?
创新领导力4
CH4
有限公司2
H2O
H2O
答案中,只有H2O有净偶极矩,使水成为极性分子。其他分子结构平衡,侧基之间的电负性没有差异。
示例问题6:分子间作用力
一个学生把三个装着三种不同分子的罐子贴错了标签。这个学生疯狂地试图找出每个罐子里分子的身份。他知道这三种可能的分子是甲醇()、二氯甲烷()和丙烷().在室温下,他观察到其中一个罐子含有气体,而其他两个罐子含有液体。然后他找到每个罐子的沸点。A罐里的分子沸点是, B罐的沸点是,罐子C的沸点是.根据他的发现,他能够确定每个罐子中分子的身份。
偶极-偶极相互作用的主要原因是什么?
原子间电负性的差异改变了分子的总电荷
原子间电负性的差异,导致电子共享不均
原子间原子大小的差异改变了分子的总电荷
原子间原子大小的差异,导致电子共享不均
原子间电负性的差异,导致电子共享不均
偶极-偶极相互作用是由原子部分电荷的吸引所产生的分子间作力。部分电荷是由原子间电子共享不均引起的。例如,一个氢原子和一个氯原子之间的共价键会导致两个原子之间的电子共享不均匀。氯,电负性更强的原子,比氢更能吸引电子;因此,氯原子会带部分负电荷而氢原子会带部分正电荷。
含有部分电荷的分子,如,称为偶极子。当溶液中加入偶极子时,部分电荷相互吸引,形成偶极子-偶极子相互作用。在一个解氢的部分正电荷分子会与另一个分子中氯的部分负电荷相互作用分子形成偶极子-偶极子相互作用。
记住,电负性的不同不会改变分子的总电荷。它只是产生了部分电荷,这是由于电子在两个原子之间的相对位置造成的。
示例问题7:分子间作用力
一个学生把三个装着三种不同分子的罐子贴错了标签。这个学生疯狂地试图找出每个罐子里分子的身份。他知道这三种可能的分子是甲醇()、二氯甲烷()和丙烷().在室温下,他观察到其中一个罐子含有气体,而其他两个罐子含有液体。然后他找到每个罐子的沸点。A罐里的分子沸点是, B罐的沸点是,罐子C的沸点是.根据他的发现,他能够确定每个罐子中分子的身份。
偶极-偶极相互作用可以在以下分子中观察到:
一、甲醇
2二氯甲烷
3丙烷
二只
第二和第三
第三只
我和二世
我和二世
偶极-偶极相互作用发生在部分正电荷和负电荷之间。由于部分电荷是由电负性差异引起的,所以要寻找的分子中含有不同电负性的原子。
甲醇分子中含有氧和氢,它们的电负性非常不同。甲醇分子在部分带正电的氢和部分带负电的氧之间形成偶极-偶极相互作用。这个键也被称为氢键。氢键是偶极-偶极相互作用的一种极端类型。
同样,二氯甲烷分子包含氯原子和碳原子(电负性非常不同)。二氯甲烷可以在部分负氯原子和部分正碳原子之间形成偶极-偶极相互作用。
最后,丙烷只含有碳和氢,它们的电负性相似。丙烷中没有偶极-偶极相互作用,因为没有部分电荷。最好的答案是I和II。
示例问题8:分子间作用力
下列哪个分子含有分子内氢键?
二甲醚
丙酮
盐酸
Ortho-nitrophenol
Para-nitrophenol
Ortho-nitrophenol
这个问题要求分子内氢键,也就是说下面哪个分子包含单个分子内原子间的氢键。氢键只存在于氢和氮、氧或氟之间。虽然丙酮和二甲醚含有能形成氢键的氧,但分子本身不含氢键。这些化合物只形成分子间氢键。
类似地,对硝基苯酚也会形成分子间氢键。取代基的对位定位阻止它们在单个分子内相互作用。邻硝基苯酚通过在相邻的碳上有取代基来实现这种循环作用。苯酚的氢和硝基的氧会在单个分子内形成氢键,因此,邻硝基苯酚是目前唯一含有分子内氢键的分子,因为它可以在自身内部形成氢键。
示例问题9:分子间作用力
一个学生把三个装着三种不同分子的罐子贴错了标签。这个学生疯狂地试图找出每个罐子里分子的身份。他知道这三种可能的分子是甲醇()、二氯甲烷()和丙烷().在室温下,他观察到其中一个罐子含有气体,而其他两个罐子含有液体。然后他找到每个罐子的沸点。A罐里的分子沸点是, B罐的沸点是,罐子C的沸点是.根据他的发现,他能够确定每个罐子中分子的身份。
如果把甲醇加到含氨的溶液中,下面哪个氢键最强?
氨中的氢和甲醇中的氧成键
氨中的氮和甲醇中羟基中的氢之间的键
氨中的氮和甲醇中的氧成键
不会形成氢键因为甲醇不能形成氢键
氨中的氮和甲醇中羟基中的氢之间的键
氢键在氢键供体(氢)和氢键受体(氮、氧或氟)之间形成。氢键的强度可以通过检测氢的酸度和受体的碱度来确定。当氢原子与电负性更强的原子相连时,它的酸性更强。这是因为电负性的原子把电子密度拉向自己,使得氢很容易充当离去基(较弱的键)。
氟原子上的氢是酸性最强的,而氮原子上的氢是酸性最低的。受体的碱度在决定氢键强度方面也很重要。碱性更强的分子会使氢键更强。氮形成最强的氢键,而氟形成最弱的氢键。
在我们的例子中,最强的化学键发生在甲醇的羟基中的氢(酸性最强的供体)和氨的氮(碱性最强的受体)之间。
示例问题10:分子间作用力
一个学生把三个装着三种不同分子的罐子贴错了标签。这个学生疯狂地试图找出每个罐子里分子的身份。他知道这三种可能的分子是甲醇()、二氯甲烷()和丙烷().在室温下,他观察到其中一个罐子含有气体,而其他两个罐子含有液体。然后他找到每个罐子的沸点。A罐里的分子沸点是, B罐的沸点是,罐子C的沸点是.根据他的发现,他能够确定每个罐子中分子的身份。
这三个分子中的哪一个不能参与氢键?
一、甲醇
2二氯甲烷
3丙烷
我只
第二和第三
第三只
我和第三
第二和第三
氢键是发生在氢键供体(氢)和氢键受体(氮、氧或氟)之间的一种分子间作力。这种化学键是氢原子上的部分正电荷对氮、氧和氟上的部分负电荷产生电磁吸引的结果。
要回答这个问题,你需要观察每个分子的化学组成,并确定该分子是否包含适当的原子。甲醇含有氧和氢;因此,甲醇分子可以形成氢键。二氯甲烷和丙烷含有氢,但不含氮、氧或氟;因此,它们不能形成氢键。