高中化学 第2章 分子结构与性质 第3节 分子的性质(第1课时)键的极性和分子的极性范德华力和氢键学
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[思考与交流]根据图2—28,思考和回答下列问题:1、以下双原子分子中,哪些是极性分子,分子哪些是非极性分子?H2 02 C12 HCl 2.以下非金属单质分子中,哪个是极性分子,哪个是非极性分子?P4 C603.以下化合物分子中,哪些是极性分子,哪些是非极性分子?CO2 HCN H20 NH3 BF3 CH4 CH3Cl[汇报]1、H2、02、C12极性分子 HCl ,非极性分子。
2、P4、C60都是非极性分子。
3、CO2 BF3 CH4 为非极性分子,CH3Cl HCN H20 NH3为极性分子。
[板书](1)分子的极性是分子中化学键的极性的向量和。
只含非极性键的分子也不一定是非极性分子(如O3);含极性键的分子有没有极性,必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于零而定。
(2)如果分子结构是空间对称的,则键的极性相互抵消,各个键的极性和为零,整个分子就是非极性分子,否则是极性分子。
2、分子极性的判断(1)单质分子大多是非极性分子,但O3(V形)不是(2)双原子化合物分子都是极性分子(3)多原子化合物分子空间结构对称的是非极性分子,不对称的是极性分子(4)、ABm型分子极性的判断方法(1) 化合价法[讲]ABm型分子中中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价电子数时,该分子为非极性分子,此时分子的空间结构对称。
反之为极性分子。
[投影]化学式BF3CO2PCl5SO3(g) H2O NH3SO2中心原子化合价绝对值 3 4 5 6 2 3 4中心原子价电子数 3 4 5 6 6 5 6分子极性非极性非极性非极性非极性极性极性极性(2)孤对电子法[讲]分子中的中心原子无孤对电子,此分子一般为非极性分子;反之一般为极性分子。
[自学]科学视野—表面活性剂和细胞膜[引入]我们知道,化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成的过程,化学键主要影响了化学性质,那么,物质的溶沸点、溶解性又受什么影响呢?这节课就让我们来主要研究一下物理性质的影响因素。
第1课时共价键的极性范德华力发展目标体系构建1.能从微观角度理解共价键的极性对分子极性的影响,能说出范德华力对分子某些性质的影响。
2。
通过键的极性及范德华力对物质性质的影响的探析,形成“结构决定性质”的认知模型。
一、共价键的极性1.键的极性和分子的极性(1)键的极性分类极性共价键非极性共价键成键原子不同元素的原子同种元素的原子电子对发生偏移不发生偏移成键原子一个原子呈正电性(δ+)呈电中性的电性一个原子呈负电性(δ-)(2)极性分子和非极性分子(3)键的极性与分子极性之间的关系①只含非极性键的分子一定是非极性分子。
②含有极性键的分子,如果分子中各个键的极性的向量和等于零,则为非极性分子,否则为极性分子。
③极性分子中一定有极性键,非极性分子中不一定含有非极性键。
例如CH4是非极性分子,只含有极性键。
含有非极性键的分子不一定为非极性分子,如H2O2是含有非极性键的极性分子。
微点拨:键的极性只取决于成键原子的元素种类或电负性的差异,与其他因素无关.2.键的极性对化学性质的影响键的极性对物质的化学性质有重要的影响.例如,羧酸是一大类含羧基(—COOH)的有机酸,羧基可电离出H+而呈酸性.羧酸的酸性可用p K a的大小来衡量,p K a越小,酸性越强。
羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关,如下表所示.不同羧酸的p K a羧酸p K a丙酸(C2H5COOH) 4.88乙酸(CH3COOH) 4.76甲酸(HCOOH)3。
75氯乙酸(CH2ClCOOH) 2.86二氯乙酸(CHCl2COOH) 1.29三氯乙酸(CCl3COOH)0。
65三氟乙酸(CF3COOH)0。
23为什么甲酸、乙酸、丙酸的酸性逐渐减弱?[提示]烃基是推电子基团,烃基越长推电子效应越大,使羧基中的烃基的极性越小,羧酸的酸性越弱。
所以,甲酸的酸性大于乙酸的,乙酸的酸性大于丙酸的……随着烃基加长,酸性的差异越来越小。
二、范德华力1.分子间的作用力—-范德华力(1)概念:物质的分子之间存在着相互作用力,把这类分子间作用力称为范德华力。
第1课时 键的极性和分子的极性 范德华力和氢键[知 识 梳 理]一、键的极性和分子的极性 1.键的极性2.分子的极性3.键的极性和分子极性的关系(1)只含非极性键的分子一般是非极性分子。
(2)含有极性键的分子有没有极性,必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于零而定,等于零时是非极性分子。
【自主思考】1.乙烯分子中共价键极性如何?乙烯是极性分子还是非极性分子?提示 乙烯分子中C —H 是极性共价键,C===C 是非极性共价键,乙烯分子空间对称,是非极性分子。
二、范德华力及其对物质性质的影响 1.概念分子之间普遍存在的相互作用力。
2.特征范德华力很弱,约比化学键的键能小1~2数量级。
3.影响因素(1)组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大。
(2)分子的极性越大,范德华力越大。
4.对物质性质的影响范德华力主要影响物质的物理性质,如熔、沸点。
范德华力越大,物质的熔、沸点越高。
【自主思考】2.Cl2、Br2、I2三者的组成和化学性质均相似,但状态却为气、液、固的原因是什么?提示Cl2、Br2、I2的组成和结构相似,由于相对分子质量逐渐增大,所以范德华力逐渐增大,故熔、沸点升高,状态由气体变为液体、固体。
三、氢键及其对物质性质的影响1.概念已经与电负性很大的原子(如N、F、O)形成共价键的氢原子与另一个分子电负性很大的原子之间的作用力。
2.表示方法氢键通常用A—H…B—表示,其中A、B为N、O、F,“—”表示共价键,“…”表示形成的氢键。
3.分类氢键可分为分子内氢键和分子间氢键两类。
存在分子内氢键,存在分子间氢键。
前者的沸点低于后者。
4.特征氢键不属于化学键,属于一种较弱的作用力,比化学键弱,但比范德华力强。
5.氢键对物质性质的影响氢键主要影响物质的熔、沸点,分子间氢键使物质熔、沸点升高。
【自主思考】3.卤族元素的氢化物的熔、沸点大小顺序是HF>HI>HBr>HCl,试分析其原因。
第二章分子结构与性质第三节分子的性质第1课时分子的性质(1)知识归纳一、键的极性和分子的极性1.键的极性共价键分类极性共价键非极性共价键成键原子不同种元素的原子同种元素的原子电子对发生偏移_________________成键原子的电性一个原子呈正电性(δ+),一个原子呈负电性(δ—)电中性示例-、H2、O2、Cl22.分子的极性分子有极性分子和非极性分子之分。
分子产生极性是由于分子中的原子对共用电子对的吸引能力不同导致的。
(1)极性分子:分子中的正电中心和负电中心_____________,使分子的某一部分呈正电性(δ+),另一部分呈负电性(δ−),这样的分子是极性分子。
如H2O、CH3Cl分子等。
(2)非极性分子:分子中的正电中心和负电中心________,这样的分子是非极性分子。
如P4、CO2分子等.3.键的极性与分子的极性关系分子的极性是分子中化学键的极性的____________。
由非极性键形成的双原子或多原子分子,其正电中心和负电中心重合,所以都是非极性分子。
例如H2、N2、C60、P4等。
含极性键的分子有没有极性,必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于零而定。
当分子中各个键的极性的向量和等于零时,是非极性分子,如CO2、BF3、CH4等;当分子中各个键的极性的向量和不等于零时,是极性分子,如HCl、H2O、H2O2、NH3等.可见,只含有非极性键的分子一定是非极性分子,含有极性键的分子不一定是极性分子。
在进行有关分子极性的判断时,一定要具体情况具体分析.4.分子极性的判断由于极性分子、非极性分子的概念比较抽象,下面介绍几种简单的判断分子极性的经验规则:(1)一般情况下,单质分子为非极性分子(但O3为极性分子),而AB型的分子均为极性分子。
(2)若分子结构呈几何空间对称,为正某某图形,则为非极性分子.二、范德华力及其对物质性质的影响1.范德华力对气体加压降温,可使其液化;对液体降温时,可使其凝固,这表明分子之间存在着相互作用力。
键的极性和分子的极性范德华力和氢键(建议用时:45分钟)[学业达标]1.用带静电的有机玻璃棒靠近下列液体的细流,细流发生偏转的是( )A.苯B.二硫化碳C.氯水D.四氯化碳【解析】只有极性分子形成的液体才会靠近带静电的玻璃棒;苯为平面分子,二硫化碳为直线分子,四氯化碳为正四面体分子,三者均为非极性分子。
【答案】 C2.下列物质中,由极性键形成的非极性分子是( )A.CO2B.Br2C.CaCl2D.SO2【解析】不同种元素形成的化合物中才含有极性键;在由三个以上原子形成的化合物分子中,空间结构对称的分子,才是非极性分子,如直线形的CO2。
【答案】 A3.下列关于粒子结构的描述错误的是( )A.CS2、C2H2、BeCl2都是直线形分子B.CCl4和CH2Cl2均是四面体构型的非极性分子C.H2S和NH3均是由极性键构成的极性分子D.HCl和HS-均是含有一个极性键的18电子粒子【解析】由于C—H键的键长小于C—Cl键的键长,故CH2Cl2的空间结构不是对称的正四面体构型,因而属于极性分子,B错误。
【答案】 B4.下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是( )A.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱B.F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高C.、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱D.CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高【解析】HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键键能依次减小。
F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大,分子间的范德华力也依次增大,所以其熔、沸点也依次增大。
、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱,与O—H 键的极性有关。
CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力。
【答案】 B5.下列叙述与分子间作用力无关的是( ) 【导学号:90990055】A.气体物质加压或降温时能凝结或凝固B.干冰易升华C.氟、氯、溴、碘单质的熔、沸点依次升高D.氯化钠的熔点较高【解析】一般来讲,由分子构成的物质,其物理性质通常与分子间作用力的大小密切相关。
A、B、C三个选项中涉及的物质都是分子,故其表现的物理性质与分子间作用力的大小有关。
只有D选项中的NaCl不是由分子构成的,而是由离子构成的,不存在分子,其物理性质与分子间作用力无关。
【答案】 D6.下列物质中不存在氢键的是( )A.冰醋酸中醋酸分子之间B.液态氟化氢中氟化氢分子之间C.氨水中氨分子与水分子之间D.可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子之间【解析】甲烷中的碳原子电负性较小,不能与水分子形成氢键。
【答案】 D7.下列说法正确的是( )A.氢键是化学键B.甲烷可与水形成氢键C.乙醇分子跟水分子之间不只存在范德华力D.碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是由于碘化氢分子之间存在氢键【解析】氢键不是化学键,而是较强的分子间作用力,A错误;由于甲烷中的碳不是电负性很强的元素,故甲烷与水分子间不能形成氢键,B错误;乙醇分子跟水分子之间不但存在范德华力,也存在氢键,C正确;碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是由于它们组成相似,且碘化氢的相对分子质量大于氯化氢的,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,D 错误。
【答案】 C8.下列说法正确的是( )A.乙硫醇(CH3CH2—SH)比乙醇(CH3CH2—OH)熔点低,原因是乙醇分子间易形成氢键B.氯化钠易溶于水是因为形成了氢键C.氨易液化与氨分子间存在氢键无关D.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由于氢键所致【解析】氯化钠与水无法形成氢键,B错误;氨分子间易形成氢键,导致氨易液化,C错误;H2O分子稳定是因为O—H键的键能大,而不是因为氢键,D错误。
【答案】 A9.已知各种硝基苯酚的性质如下表:名称结构式25 ℃,水中溶解度/g熔点/ ℃沸点/ ℃邻硝基苯酚0.2 45 100间硝基苯酚 1.4 96 194对硝基苯酚 1.7 114 295A.邻硝基苯酚分子内形成氢键,使其熔沸点低于另两种硝基苯酚B.间硝基苯酚不仅分子间能形成氢键,也能与水分子形成氢键C.对硝基苯酚分子间能形成氢键,使其熔沸点较高D.三种硝基苯酚都不能与水分子形成氢键,所以在水中溶解度小【解析】当分子形成分子内氢键时,就难再形成分子间氢键,故其熔沸点低,A正确;间硝基苯酚中与N原子相连的O原子易与水分子中的H原子形成氢键,B正确、D错误;形成分子间氢键后,使物质的熔沸点升高,C正确。
【答案】 D10.在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中:(1)以非极性键结合的非极性分子是________。
(2)以极性键相结合,具有直线形构型的非极性分子是________。
(3)以极性键相结合,具有三角锥形构型的极性分子是________。
(4)以极性键相结合,具有正四面体构型的非极性分子是________。
(5)以极性键相结合,具有V形构型的极性分子是________。
(6)以极性键相结合,而且分子极性最大的分子是________。
【答案】(1)N2(2)CS2(3)NH3(4)CH4(5)H2O (6)HF11.丁二酮肟常用于检验Ni2+:在稀氨水介质中,丁二酮肟与Ni2+反应可生成鲜红色沉淀,其结构如图所示。
(1)该结构中,碳碳之间的共价键类型是σ键,也是________(填“极性键”或“非极性键”);碳氮之间的共价键类型是________(填“σ键”、“π键”或“σ键和π键”),该键也属于________(填“极性键”或“非极性键”);氮镍之间形成的化学键是________。
(2)该结构中,氧氢之间除共价键外还可能存在________。
(3)该结构中,碳原子的杂化轨道类型有________。
【解析】(1)碳碳原子之间是非极性键;由于碳氮之间是双键,故既有σ键又有π键,该键是不同种原子之间形成的键,故为极性键;氮镍之间形成的化学键是配位键。
(2)由分子结构可以看出和N原子相连的O原子与羟基上的H原子之间可能还存在氢键。
(3)在该结构中,甲基上的碳原子采取sp3杂化,而双键碳原子采取sp2杂化。
【答案】(1)非极性键σ键和π键极性键配位键(2)氢键(3)sp2、sp312.X、Y、Z、E四种元素中,X原子核外的M层上只有两对成对电子,Y原子核外的L 层电子数是K层的两倍,Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素,E在元素周期表中的各元素中电负性最大。
请回答下列问题:(1)X、Y、E的元素符号为__________、_______________、________。
(2)X、Y、Z、E的氢化物中,存在氢键的是________(用化学式表示),用氢键表示式写出它们的氢化物溶液中存在的所有氢键_____________________________________________ ________________________________________________________________________。
【解析】(1)由泡利不相容原理知X的核外电子排布为:1s22s22p63s23p4,X为硫元素;Y为碳元素,Z为氧元素,E为氟元素。
(2)在H2S、CH4、H2O、HF中,H2O、HF中存在氢键,并且它们的氢化物溶液中存在的氢键有四种:水分子之间,H2O与HF之间,HF分子之间。
【答案】(1)S C F(2)H2O、HF F—H…F、F—H…O、O—H…O、O—H…F[能力提升]13.人们为了营养肌肤,往往需要搽用护肤品。
在所有的护肤品中都含有保湿的甘油(丙三醇),已知其结构简式为CH2OHCHOHCH2OH。
以下对甘油分子的叙述中,正确的是( ) A.分子中只含有极性键B.分子中只含有非极性键C.分子中既含有σ键又含有π键D.分子中既含有极性键又含有非极性键【解析】在甘油分子中,碳原子之间、碳原子与氧原子、碳原子与氢原子、氧原子与氢原子之间都是共价单键,故分子中只含有σ键,C错误;分子中含有极性键(C—H键、O—H 键)又含有非极性键(C—C),因此A、B错误,D正确。
【答案】 D14.沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构,开启了分子生物学时代,使遗传的研究深入到分子层次,“生命之谜”被打开,人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。
DNA 分子的两条链之间通过氢键结合,DNA分子复制前首先将双链解开。
以下有关DNA分子的说法中正确的为( )A.在DNA分子中既含有极性键又含有非极性键B.在DNA分子中的化学键主要有共价键和氢键C.DNA分子的双链解开的过程既有物理变化又有化学变化D.DNA的两条肽链之间通过共价键结合【解析】在DNA分子中,5碳糖环中的碳原子之间是非极性键,另外分子中还含有C—H、C—O、C—N等极性键,A正确;氢键是分子之间的一类独特的作用力,不属于化学键,B错误;DNA双链在解开的过程中仅破坏了氢键,故属于物理变化,C错误;DNA双链之间通过氢键结合在一起,D错误。
【答案】 A15.下图中每条折线表示周期表第ⅣA~ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化,每个小黑点代表一种氢化物,其中a点代表的是 ( ) 【导学号:90990056】A.H2S B.HClC.PH3D.SiH4【解析】在第ⅣA~ⅦA族中的氢化物里,NH3、H2O、HF因分子间可以形成氢键,故沸点高于同主族相邻元素氢化物的沸点,只有第ⅣA族氢化物不存在反常现象,故a点代表的是SiH4。
【答案】 D16.已知和碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第一个长周期,短周期元素Y 原子的最外层电子数比内层电子总数少3,它们形成化合物的分子式是XY4。
试回答下列问题:(1)X元素的原子基态电子排布式为__________,Y元素原子最外层电子的电子排布图为__________。
(2)若X、Y两元素电负性分别为1.8和3.0,试判断XY4中X与Y之间的化学键为____(填“共价键”或“离子键”)。
(3)该化合物的立体构型为______形,中心原子的轨道杂化类型为_____,分子为______(填“极性分子”或“非极性分子”)。
(4)该化合物在常温下为液体,该液体微粒间的作用力是________。
(5)该化合物的沸点与SiCl4比较:________(填化学式)的沸点高,原因是______________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。