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第1课时　共价键的极性
第三节　分子结构与物质的性质
1.通过了解分子极性、键的极性,能从微观角度理解共价键的极性对分子极性的影响,能根据分子结构特点和键的极性来判断分子的极性。2.通过探析键的极性对化学性质的影响,能比较简单羧酸的酸性强弱,能说明键的极性与化学性质的关系,形成“结构决定性质”的认知模型。
认识共价键的极性和分子的极性
学习任务1
1.键的极性
(1)极性共价键和非极性共价键。
分类
极性共价键
非极性共价键
成键原子
原子
原子
电子对
偏移
偏移
不同
同种
发生
不发生
正电性
负电性
电中
(2)键的极性的影响因素:共价键的极性只取决于成键原子的元素 或电负性的 ,与其他因素无关。
① 种非金属元素原子间形成的共价键是 键; 种非金属元素原子间形成的共价键是 键。
②电负性差值越 的两原子形成的共价键的极性越 。
③共用电子对偏移程度越 ,键的极性越 。
种类
差异
同
非极性
不同
极性
大
大
大
大
[示例] 一般情况下,成键原子的电负性相差越大,电子对偏移程度 ,键的极性 ,如卤族元素形成的氢化物中键的极性强弱关系为H—F>H—Cl>H—Br>H—I。
越大
越大
2.极性分子和非极性分子
不重合
不等于零
重合
等于零
3.键的极性与分子的极性之间的关系
(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
分子,否则为 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。含有非极性键的分子不一定为非极性分子。
非极性
极性
在酸式滴定管中加入四氯化碳,打开活塞让四氯化碳缓缓流出,可看到四氯化碳呈直线状垂直流入烧杯中。将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近四氯化碳液流,观察到四氯化碳的流动方向未发生变化(如图甲);再向另一酸式滴定管中加入蒸馏水,进行同样的实验,观察到水流的方向发生改变(如图乙)。
探究　分子极性的判断
问题1:用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,为什么橡胶棒不能使CCl4液流的方向改变却能使水流的方向改变?
提示:CCl4虽然是由极性键构成的,但CCl4是正四面体形结构,正电中心和负电中心重合,极性的向量和为零,整个分子不显电性,故CCl4的液流方向不变;
H2O为V形结构,正电中心和负电中心不重合,极性的向量和不为零,水分子存在极性,故当带负电的橡胶棒靠近水流时,水流的方向发生偏移。
问题2:已知H2O2的空间结构如图所示。
H2O2的空间结构不是直线形,两个氢原子犹如在半展开的书的两面纸上,书面夹角为93°52′,而两个O—H与O—O的夹角均为96°52′。
H2O2中共价键的种类有哪些?H2O2的正电中心和负电中心是否重合?H2O2属于极性分子还是非极性分子?
提示:H2O2中存在O—H极性键和O—O非极性键;由图示结构可知,H2O2的正电中心和负电中心不重合;H2O2属于极性分子。
问题3:O3分子的结构如图所示,呈V形,三个原子以一个氧原子为中心,与另外两个氧原子分别构成极性键。臭氧分子是极性分子还是非极性分子?判断的依据是什么?
提示:极性分子;臭氧分子中的共价键是极性键,化学键极性的向量和必不等于零,且中心氧原子呈正电性,端位的氧原子呈负电性,正、负电中心不重合,故其为极性分子。
归纳拓展
1.从向量的角度理解分子的极性
(1)若分子中共价键极性的向量和等于0,则为非极性分子,如CH4、BF3等。
实
例
解
释
对称的3个F所带负电的向量和位于分子中心,即与B重合,且负电量与B所带正电量相等,分子不带电,为非极性分子
对称的4个H所带正电的向量和位于分子中心,即与C重合,且正电量与C所带负电量相等,分子不带电,为非极性分子
归纳拓展
(2)若分子中共价键极性的向量和不等于0,则为极性分子,如H2O、NH3等。
实
例
解
释
2个H所带正电的向量和位于 2个 H连线的中间,即正电中心与负电中心不重合,为极性分子
3个H所带正电的向量和位于3个H连线的正三角形的中心,即正电中心与负电中心不重合,为极性分子
归纳拓展
2.判断ABn型分子极性的经验规律
(1)若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则为非极性分子;若不等,则为极性分子。
(2)若中心原子有孤电子对,则为极性分子;若无孤电子对,则为非极性分子。如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子;H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分子。
题点一　共价键的极性判断
1.下列化合物中,在熔融状态下能导电且有极性共价键的是(　　)
A.HClO B.Na2O2 C.KOH D.AlCl3
C
2.下列共价键①H—H、②H—F、③H—O、④N—H、⑤P—H中,键的极性由小到大的顺序正确的是(　　)
A.①②③④⑤ B.⑤④③②①
C.①⑤④③② D.②③④⑤①
C
【解析】 元素周期表中,同周期元素从左到右原子半径逐渐减小,原子核对外层电子的引力增强,与氢原子形成共价键时极性增强,则极性由小到大分别是N—H、H—O、H—F;同主族元素从上到下原子半径逐渐增大,原子核对外层电子的引力减弱,与氢原子形成共价键时极性减弱,则极性N—H大于P—H;H—H属于非极性键,极性由小到大的顺序为①⑤④③②。
题点二　分子的极性判断
3.下列各组物质中,都是含有极性键的极性分子的是(　　)
A.CH4和H2O B.NH3和H2O2
C.H2S和SiF4 D.CO2和NO2
B
【解析】 CH4是非极性分子,A不符合题意;NH3是含有N—H极性键的极性分子,H2O2是含有O—H极性键的极性分子,B符合题意;SiF4是正四面体形结构,正电中心和负电中心重合,为含有Si—F极性键的非极性分子,C不符合题意;CO2是直线形结构,正电中心和负电中心重合,为含有极性键的非极性分子,D不符合题意。
4.下列关于分子极性及分子的空间结构的判断错误的是(　　)
选项
A
B
C
D
化学式
PCl3
CS2
SO2
CH4
分子极性
极性
非极性
极性
非极性
空间结构
平面三角形
直线形
V形
正四面体形
A
【解析】 PCl3是三角锥形分子,A项错误。
5.现有X、Y两种元素,它们可组成下列物质,这些物质的分子肯定有极性的是(　　)
A.XY4 B.XY3 C.XY D.XY2
C
【解析】 以极性键结合而成的分子中,双原子分子一定是极性分子,即XY型分子,如HCl、CO均为极性分子,三原子及三原子以上的分子,结构有可能对称,键的极性相互抵消,有可能为非极性分子。
分子的极性与键的极性和分子空间结构的关系
题后悟道
键的极性对化学性质的影响
学习任务2
1.羧酸酸性强弱衡量标准
羧酸的酸性大小与其分子 和 有关。可以用 表示,pKa=
-lg Ka,pKa越大则酸性越弱,反之酸性越强。
组成
结构
pKa
不同羧酸的pKa如下表所示。
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
2.键的极性对羧酸酸性的影响
酸性强弱
原因
三氟乙酸 三氯乙酸
电负性:F Cl;
　　　↓
键的极性:F—C Cl—C,F3C— Cl3C—;
　　　↓
羧基中O—H的极性:CF3COOH CCl3COOH
甲酸 乙酸 丙酸
烷基(R—)是推电子基团,与羧基相连接的烷基越长,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
>
>
>
>
>
>
>
[示例] 根据键的极性对羧酸的酸性的影响,比较下列酸的酸性强弱(填“>”“<”或“=”)。
(1)乙酸 丁酸。
(2)三氯乙酸(CCl3COOH) 三溴乙酸(CBr3COOH)。
>
>
探究　键的极性对化学性质的影响
问题1:乙酸分子结构中哪些共价键的极性较强?乙酸的官能团是羧基,乙酸的酸性说明在乙酸分子结构中哪些共价键容易发生断裂?
提示:比较电负性可知O—H极性较强;乙酸的酸性说明O—H极性较强而容易发生断裂。
问题2:Na分别与乙醇和水的反应,哪个反应更剧烈?试分析其原因。
提示:与水反应更剧烈;因为乙醇中的乙基属于推电子基团,使羟基的极性减小,使其电离的难度加大,与金属钠反应的剧烈程度减小。
问题3:试比较三氯乙酸(CCl3COOH)、二氯乙酸(CHCl2COOH)、氯乙酸(CH2ClCOOH)的酸性。
提示:三氯乙酸>二氯乙酸>氯乙酸。电负性大的原子越多酸性越强。
问题4:结合以上分析,共价键的极性与化学性质之间有什么关系?
提示:共价键的极性越强,键的活泼性也越强,容易发生断裂,易发生相关的化学反应。
1.键的极性对物质的化学性质有重要影响
由于不同的成键原子间电负性的差异,共用电子对会发生偏移,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。
2.羧酸的酸性大小与分子组成和结构的关系
(1)含卤素原子的一元羧酸的酸性。
①含相同个数的不同卤素原子的羧酸,卤素原子的电负性数值越大,羧酸的酸性越强。
归纳拓展
②含不同数目的同种卤素原子的羧酸,卤素原子的数目越多,羧酸的酸性越强。
(2)只含烷基的一元羧酸的酸性。
随着烷基加长,酸性的差异越来越小。
(3)只含烷基的多元羧酸的酸性。
烷基所含碳原子数越少,羧基个数越多,酸性越强。
归纳拓展
1.下列羧酸酸性最弱的是(　　)
A.HCOOH B.CH3COOH
C.CH2ClCOOH D.CHCl2COOH
B
【解析】 烷基是推电子基团,导致羧基中O—H的极性减小,电离出氢离子的能力减弱,酸性减小,故酸性HCOOH>CH3COOH;Cl的电负性比H的大,C—Cl的极性大于C—H的,导致羧基中O—H的极性增大,电离出氢离子的能力增强,酸性增强,碳原子数相同时,氯原子越多,酸性越强,故酸性CHCl2COOH>
CH2ClCOOH>CH3COOH,故酸性最弱的是CH3COOH,B项符合题意。
2.下列各物质的酸性强弱关系正确的是(　　)
A.CH2Cl—COOH>CHCl2—COOH
B.CCl3—COOHC.CH3—CF2—COOH>CHF2—COOH
D.C17H35—COOH>C4H9—COOH
B
【解析】 氯原子的电负性大,C—Cl的极性大,C—Cl越多,使O—H的极性越强,酸性越强,A错误;电负性F大于Cl,极性F—C大于C—Cl,使O—H的极性越强,酸性越强,F—C越多,酸性越强,B正确;烷基属于推电子基团,烷基链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,C、D错误。
知识整合
CO2的资源化利用是解决温室效应的重要途径。以下是在一定条件下用NH3捕获CO2生成重要化工产品三聚氰酸的反应:
(1)三聚氰酸的分子式为　　　　　,三聚氰酸分子中碳原子采取　　杂化。?
C3H3N3O3
sp2
【解析】 (1)据题中信息,三聚氰酸的分子式为C3H3N3O3,该分子中C与N形成双键,则采取sp2杂化。
(2)以上变化中属于极性分子的是　　　　　　;含有极性键的非极性分子是　　　 　　　。?
NH3、H2O
CO2、三聚氰酸
【解析】 (2)三聚氰酸分子中碳原子与氮原子间形成极性键,其各键排列对称,为非极性分子。
(3)利用电化学催化法可将CO2转化为甲酸:
①HCOOH显酸性,而H2O显中性,这是由于HCOOH分子中存在　　　(填
“吸”或“推”)电子基团,这种基团是　　 　　。?
吸
—CHO
【解析】 (3)①HCOOH显酸性,H2O呈中性,说明甲酸分子中存在强吸电子基团,能使—OH上的氢原子活泼性增强,甲酸中含有醛基,故醛基属于强吸电子基团。
【解析】 ②推电子效应—C6H13>—CH3>—H,HOCOOH是碳酸,故酸性HCOOH>CH3COOH>HOCOOH>C6H13COOH。
②下列物质中,酸性最强的是　　　　(填字母)。?
A.HCOOH B.HOCOOH
C.CH3COOH D.C6H13COOH
A
命题解密与解题指导
情境解读:本题以碳中和为背景,以CO2的资源化利用为载体考查共价键的极性及分子极性的判断、共价键与化学性质的关系。
素养立意:通过键的极性及分子极性的判断、共价键与化学性质的关系应用,强化证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析素养。
思维建模:分子极性判断思维模型。

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