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中学化学一般规律中的特殊性

2022-06-19但世辉郑雁飞

中学生理科应试 2022年6期
关键词:氢键水溶液单质

但世辉 郑雁飞

一、关于AICl3的共价性和低熔点

一般而言,金属和非金属元素形成的化合物通常是离子型化合物,但AICI3却是共价化合物.实际上,在铝的各类卤化物中,只有AIF3有明显的离子性,其他卤化物均有不同程度的共价性,均为双聚分子,这是由铝的缺电子性决定的:铝原子有空轨道,氯、溴、碘原子有孤对电子.2个AIX3分子间可形成桥键.以AICl,结构(图1)为例,两个AICl3分子间发生CI→Al的电子授受作用,形成i中心四电子的氯桥键,主要体现为共价性,因此AICI3的熔点较低(192.4℃).

此外,一般而言,离子半径越小,电荷数越高,则离子键越强,离子化合物的熔沸点越高,但NaCI、MgC12、AICI3的熔点依次为801℃、714℃、192. 4℃,显然不符合上述规律,这跟离子极化有关:离子半径越小,电荷数越多,则离子产生的电场强度越大,其极化能力就越强,使得离子发生变形而产生电子云重叠的程度就越大,导致键的极性就越弱,晶体类型就由典型的离子晶体( NaCl)经过渡型晶体(MgCI2)转变为分子晶体( AICI3),熔沸点自然就越来越小,这与AICI3中铝原子的缺电性理论是一致的,

二、关于氢氟酸的弱酸性

卤化氢( HX)的水溶液都是强酸,唯独HF为弱酸,这种特殊情况可用氢键进行解释:所有HX分子在水溶液中均会发生电离,其他卤化氢分子在水溶液中表现酸性只是H30+能力的体现,不存在氢键.但对于HF而言,其产物H,0+可与F-以氢键的方式缔合为[+H2OH-F'],另外,F-还会与未电离的HF分子以氢键缔合为『F-H ...F}],大大降低了HF酸式电离生成“游离”的H3O+和F-的能力.此外,把同浓度的HX水溶液进行比较可以发现,HF分子之间因氢键缔合成相对不自由的分子(图2),这样和其他HX相比,HF作为反应物分子要少得多,相当于降低了HF的浓度,自然HF发生酸式电离的能力就会减弱,导致HF为弱酸,

三、关于NaHCO3的溶解度

一般而言,碳酸酸式盐的溶解度要大于碳酸正盐,比如Ca( HCO3)2比CaCO3易溶,但NaHCO3的溶解度却比Na2CO3小,最明显的一个实验就是,向饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体会有白色晶体析出,其原因也与氢键有关:在NaHCO,的水溶液中.HC03-离子通过氢键形成双聚或多聚离子,这种氢键引起的缔合作用会降低酸式盐的溶解度(图3).

四、关于O3的极性

一般而言,所有单质分子都是非极性分子,比如双原子单质分子H2、N2、O2等,再比如多原子单质分子P4、S8等,但三原子分子O3却是极性分子,这与O3的结构有关(图4):中心氧原子以sp2杂化态与其他两个配位氧原子相结合,中心氧原子利用它的两个未成对电子分别与其他两个氧原子中的一个未成对电子相结合,占据两个杂化轨道,形成两个σ键,第三个杂化轨道由孤对电子占据,并与两个配位原子各提供一个电子形成3个氧原子4个电子的离域π键(图4虚线标注).由此可见,为形成π键,中心氧原子多拿出一个电子,由于竹电子的电子云是趋向平均化的,这样就相当于中心氧原子失去部分负电荷,配位氧原子得到部分负电荷,又由于O3为角形分子,使得负电中心位于两个配位原子之间连线的中点上,正电中心位于中心氧原子上,正负电荷无法重合抵消,因此O3为极性分子.

五、关于同素异构体之间的转化

一般而言,同素异形体之间的转化属于化学变化,这种观点源于同素异形体的定义:同种元素形成的不同性质的单质.由于单质的“性质不同”,则说明生成了新的物质,自然属于化学变化.例如,O2与O3之间的转化、白磷和红磷之间的转化等等,很明显,这些物质无论是物理性质还是化学性质均有较大的区别,肯定属于化学变化.但并非所有同素异形体之间的转化都属于化学变化,以斜方硫和单斜硫为例,二者的组成结构类似,均是S8环状分子,在这个环状分子中,每个硫原子以sp3杂化轨道与另外两个硫原子形成共价单键相联结,二者的化学性质基本相同,唯一的区别是晶体中分子的排列顺序不同而导致其外观不同(图5),这又导致二者的物理性质有所差异:斜方硫和单斜硫的熔点不同(分别为112. 8℃、119℃),密度不同(分别为2.069 g/cm3、2. 01 g/cm3).因此单斜硫和斜方硫之间的转化只是物理性质上的变化,可认为是物理变化.综上:同素异形体之间的转化到底属于物理变化还是化学变化,应当取决于二者物理性质和化学性质上的异同,若同素异形体之间化学性质不同,则其转化属于化学变化,若同素异形体之间仅仅物理性质不同,则其转化应视為物理变化,

六、关于酸酐和酸性氧化物

一般而言,酸酐就是酸性氧化物,尤其是在无机化学中,绝大多数情况下酸酐就是无机酸脱水形成的氧化物,二者可以等同,比如:碳酸脱水得到的CO,就是碳酸的酸酐,但是在有机化学中并不完全如此,这就需要回归酸酐和酸性氧化物的本质定义:所谓酸酐是酸脱水形成的物质(并不一定是氧化物),而酸性氧化物是指和碱反应只生成盐和水的氧化物.在有机化学中,很多有机酸脱水后都不是氧化物,比如CH3COOH脱水之后形成的乙酸酐CH3COOOCCH3,很明显不是氧化物,更不属于酸性氧化物,

七、关于醇的消去反应

一般而言,饱和一元醇若要发生消去反应,必须具备两个条件:一是至少含有1个羟基,二是和羟基碳相邻的碳上至少连有1个氢原子,以乙醇为例,发生消去反应之后生成乙烯.但并非所有醇的消去反应都需要满足上述两个条件,比如2,2-_甲基一l-丙醇,羟基碳相邻的碳原子上并未连接氢原子,因此很多师生认为该物质不能发生消去反应,实际上该物质可以消去,其反应机理与一般醇不太一样,它首先形成碳正离子[ CH3C( CH3)2 - CH2+],碳正离子发生重排变为( CH3):C+CH2CH3,然后再消去一个氢原子生成烯烃(CH3)2C= CHCH3.

八、关于酸能抑制水的电离

一般而言,由于酸在水溶液中电离出H+,从而能够抑制水的电离,使溶液中水电离出来的c(H+)或者c(OH-)小于10 -7 mol/L,于是很多教师便得出一个经验性的规律:酸能够抑制水的电离.实际上,并非所有的酸都能抑制水的电离,有的还能促进水的电离.以硼酸为例,其在水中反应如下:H3BO3+H2O ==B( OH)4+H+,H38O3本身不电离出H+,只能结合水中OH-产生H+从而显酸性,很明显,它在促进H2O的电离而非抑制.因此,某物质(包括酸在内)是否能够抑制水的电离,与其是否属于酸这一类别无关,而应该看其本身能否释放出H+,若能则可以抑制H2O的电离,像NaHSO4、NaHSO3等物质,虽不属于酸,但其本身均可电离产生H+,都能抑制水的电离.

九、关于甲基的取代反应

一般而言,根据甲烷和氯气的取代反应推知:含有甲基的物质都能与气态卤素单质在光照条件下发生取代反应,比如甲苯,在光照条件下和氯气发生取代反应生成一氯甲苯.据此还可推知含有甲基的烯烃也能和气态卤素单质发生取代反应,比如丙烯,这在高考试题中也曾出现.

(2009年辽宁高考第9题)下列化合物既能使溴的四氯化碳溶液褪色,又能在光照条件下与溴发生取代反应的是(

).

A.甲苯B.乙醇C.丙烯D.乙烯

当时给出的标准答案就是C.原因就是丙烯中含有甲基,类比甲烷推测出丙烯可发生取代反应,笔者查阅资料发现:丙烯若要和溴发生取代反应制取3-溴丙烯,必须在高温条件下才能进行a-氢的游离基取代反应,若非要在较低温度下進行,一般需要采用N-溴丁二酰亚胺(NBS)作为溴化剂,反应时在四氯化碳及过氧化苯甲酰的存在下进行.因此,丙烯并不能在光照条件下和溴发生取代反应.综上,并不是含有甲基的物质就能和气态卤素单质在光照条件下发生取代反应,

十、关于钠和酸的反应

一般而言,由于普遍认为钠和水反应的本质是钠和水电离出来的H+反应,于是得出一个普适性的经验:酸性越强,其和钠反应自然就剧烈,比如,将钠分别投入到盐酸和水中,很明显,盐酸和钠反应更剧烈,但用此结论来分析苯酚(石碳酸)和乙醇与钠反应的快慢,便不具有现实意义,中学阶段只有在水溶液中才能比较出苯酚的酸性比乙醇强,但此时将钠投入二者的水溶液中,反应就变成了钠和水的反应,不能根据相应现象进行反应快慢的比较,即使将二者用水浴加热并使苯酚熔化并控制相同的温度,再分别加入钠观察现象作为比较的依据也不科学,因为苯酚的黏稠度太大,减慢了反应速率,而且从现象来看,钠和乙醇反应反而更为剧烈,综上,并不是酸性越强的物质和钠反应就剧烈.

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