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第二章 分子结构与性质
第3节 分子结构和物质的性质
第1课时 共价键的极性
通电
微波就是一种电磁波，微波炉中微波，振荡频率是2.45G赫兹，即1秒钟内，微波炉中的电场要振荡变化24.5亿次，当微波遇到食物中的水分子时，相应地，水分子在来回变化的电场下快速地掉头、转圈。水分子在微波的作用下每秒钟20几亿次地振荡，同时摩擦周围的其他食物分子，摩擦生热，这也会让其他分子变热。于是，食物就这样被加热了。
问题：水分子为什么会在电场作用下快速掉头、转圈？
任务一 键的极性与分子的极性
1.共价键的分类
同种原子
非极性键
不同原子
非极性键
任务一 键的极性与分子的极性
2.共价键的极性
成键双方吸引电子能力相同，共用电子对不发生偏移,电荷分布均匀——非极性共价键
成键双方吸引电子的能力不相同，共用电子对发生偏移，电荷分布不均匀——极性共价键
H
H
H
Cl
X
δ+
δ-
实质：键和原子对键合电子的吸引力不同，即电负性不同。
一般：电负性差值＜1.7为共价键，且电负性差值越大，共用电子对偏移程度越大，键的极性越大。如：H-F > H-Cl> H-Br > H-I。
任务一 键的极性与分子的极性
2.共价键的极性
键的极性的表示方法——极性向量：极性向量可形象地描述极性键的电荷分布情况，极性向量指向的一端，说明该处负电荷更为集中。非极性键无极性向量，说明在非极性键里，正负电荷的中心是重合的。
H
H
H
Cl
X
δ+
δ-
电负性： 2.1 3.0
H—Cl
任务一 键的极性与分子的极性
3.分子的极性
δ-
δ+
δ-
δ+
δ-
δ+
①极性分子：分子中的正电中心和负电中心不重合，使分子的某一个部分呈正电性(δ+)，另一部分呈负电性(δ-)的分子是极性分子。
②非极性分子：分子中的正电中心和负电中心重合的分子是非极性分子。
H2O
δ-
δ+
δ+
δ+
+ -
δ+
δ-
δ-
CO2
±
任务一 键的极性与分子的极性
4.分子的极性判断方法
①单原子分子
（稀有气体）——非极性分子
②双原子分子
AB（以极性键结合）——极性分子
A2（以非极性键结合）——非极性分子
③ABn型分子
方法一：向量和法(合外力法)
方法二：空间结构对称法
方法三：中心原子的化合价法
任务一 键的极性与分子的极性
4.分子的极性判断方法
方法一：向量和法(合外力法)
F合=0，为非极性分子（极性抵消），F合≠0，为极性分子（极性不抵消）
极性向量和为0
非极性分子
极性向量和为0
非极性分子
极性向量和不为0
极性分子
直线形
平面正三角形
V形
任务一 键的极性与分子的极性
4.分子的极性判断方法
方法二：空间结构对称法
分子类型 价电子对数 空间结构 分子极性 代表物
A2
AB AB2
AB3
AB4
2+0
2+1
2+2
直线形
V形
V形
非极性分子
极性分子
极性分子
CO2、CS2
SO2、
H2O、H2S
3+0
3+1
平面正三角形
三角锥
非极性分子
极性分子
BF3、AlCl3
NH3、PCl3
4+0
正四面体
非极性分子
CH4、CCl4
直线形
非极性分子
极性分子
O2、H2
HF、CO
经验规律：若中心原子有孤对电子，则为极性分子；若无孤对电子，则为非极性分子。HCN，CHnX4-n等中心原子孤电子对数为0但属于极性分子(类别与上表不同，上述方法不适用)。
空间结构
中心对称
中心不对称
非极性分子
极性分子
任务一 键的极性与分子的极性
4.分子的极性判断方法
方法三：中心原子的化合价法
化学式 BF3 CO2 PCl5 SO3 H2O NH3 SO2
中心原子化合价的绝对值
中心原子价层电子数
分子极性
非极性
非极性
非极性
非极性
极性
极性
极性
3
3
4
4
5
5
6
6
6
6
3
4
2
5
中心原子A的化合价的绝对值
≠价电子数
极性分子
=价电子数
非极性分子
课堂练习
O3
H2O2
O3分子中的共价键是___________，是V形分子，其空间结构不对称，故O3为__________分子。
极性
δ+
δ-
δ-
H2O2分子不是直线形分子，两个H原子犹如在半展开的书的两面上，即空间结构不对称，为 分子。
极性键
极性
任务二 键的极性对化学性质的影响
键的极性与成键原子电负性有关：不同的成键原子间电负性的差异越大，共用电子对偏移的程度越大，即共价键的极性越强，在反应中越容易断裂。
-NO2 >-CN >-F >-Cl >-Br >-I > C C >-OCH3 >-OH >-C6H5 >-C=C >-H
常见的吸电子基团：
常见的推电子基团：
(CH3)3C-> (CH3)2C-> CH3CH2-> CH3->H-
键的极性还与相邻基团有关：
硝基使O—H共用电子对靠近硝基，像硝基这样的基团称为吸电子基团。
甲基使O—H共用电子对远离甲基，像甲基这样的基团称为推(给)电子基团。
任务二 键的极性对化学性质的影响
例：有机酸的酸性比较
羧酸 pKa
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
问题：比较丙酸、乙酸、甲酸的酸性强弱，你能分析原因吗？
pKa越小，
酸性越强
甲酸>乙酸>丙酸
烃基是推电子基团，烃基越长，推电子效应越大，使羧基中的羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱。
任务二 键的极性对化学性质的影响
例：有机酸的酸性比较
羧酸 pKa
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
问题：比较氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸的酸性强弱，你能分析原因吗？
三氯乙酸>二氯乙酸>氯乙酸
pKa越小，
酸性越强
Cl的电负性大于H，吸电子基团，Cl原子越多，-CX3的极性越大，使羧基中的羟基极性越大，越容易电离出H+。
任务二 键的极性对化学性质的影响
例：有机酸的酸性比较
羧酸 pKa
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
问题：比较三氯乙酸、三氟乙酸的酸性强弱，你能分析原因吗？
三氟乙酸>三氯乙酸
pKa越小，
酸性越强
F、Cl是吸电子基团，F的电负性大于Cl ,F的吸电子能力大于Cl，-CF3的极性大于-CCl3，使羧基中的羟基极性更大，更容易电离出H+。
任务二 键的极性对化学性质的影响
有机酸的酸性比较规律
①只含烃基的一元羧酸的酸性：烃基是推电子基团，即将电子推向羟基，从而减小羟基的极性，导致羧酸的酸性减弱。随着烃基加长，推电子效应越大，羧酸的酸性越弱。
补充：只含烃基的多元羧酸的酸性：烃基所含碳原子数越少，羧基个数越多，酸性越强。
②含卤素原子的一元羧酸的酸性：与羧基相邻的共价键的极性越大，通过传导作用使羧基中羟基的极性越大，则羧酸的酸性越强。
a.含不同数目的同种卤素原子，卤素原子的数目越多，羧酸的酸性越强。
b.含相同个数的不同卤素原子，卤素原子的电负性数值越大，酸性越强。
课堂练习
问题：HCl、CH3CH2OH、H2O分别与钠反应，哪个反应更剧烈？试从键的极性角度解释原因。
HCl极性比水强，在水中可以电离出H+，故钠和盐酸的反应比水剧烈。乙醇分子中的C2H5—是推电子基团，即将电子推向羟基，羟基的极性比水分子中的小，因而钠和乙醇的反应不如钠和水的剧烈。
钠和水的反应
钠和乙醇的反应
钠和盐酸的反应
任务二 键的极性对化学性质的影响
补充：无机酸含氧的结构
S
O
O
OH
HO
H2SO4
S
O
OH
HO
H2SO3
HClO4
Cl
O
O
O
HO
HClO3
Cl
O
O
HO
HClO2
Cl
O
HO
HClO
Cl
HO
H3PO4
P
OH
O
OH
HO
HNO2
HNO3
N
O
HO
N
O
HO
O
(HO)Cl
(HO)ClO
(HO)ClO2
(HO)ClO3
(HO)NO
(HO)NO2
(HO)2SO2
(HO)2SO
(HO)3PO
通式：(HO)mROn
任务二 键的极性对化学性质的影响
补充：无机含氧酸的酸性比较
(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大， R的正电性越高，导致R-O-H中O的电子向R偏移，因而在水分子的作用下，也就越容易电离出H＋，即酸性越强。
如：酸性H2SO3②当中心原子的电负性大、原子半径小、氧化数高时，使O－H键减弱，酸性增强。
①无机含氧酸的强度取决于中心原子的电负性、原子半径、氧化数。
任务二 键的极性对化学性质的影响
补充：分子结构修饰与分子的性质
不改变分子的主体骨架，保持分子的基本结构不变，仅改变分子结构中的某些基团而得到新的分子，分子被修饰后，其性质也可以发生显著的变化。
布诺芬的成酯修饰
甜度增加600倍，热量值极低，可供糖尿病患者食用
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