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第二章　分子结构与性质
第三节　分子结构与物质的性质
第1课时　共价键的极性　范德华力
课程标准 核心素养目标
1.知道共价键可分为极性和非极性共价键。
2．知道分子可以分为极性分子和非极性分子，知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。
3．认识分子间存在相互作用，知道范德华力是常见的分子间作用力。 1.宏观辨识与微观探析：知道范德华力是常见的分子间作用力；能说明范德华力对物质熔点、沸点等性质的影响，形成“结构决定性质”的观念。
2．证据推理与模型认知：知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关，建构极性分子和非极性分子的认知模型，并据此对分子的一些性质及应用作出解释。
一、共价键的极性
1．键的极性和分子的极性
(1)键的极性
不同
发生偏移
正电性
负电性
同种
不发生偏移
(2)分子的极性
不重合
正电
性
负电性
重合
(3)判断分子的极性
①依据分子中化学键的极性的向量和
当分子中各个键的极性的向量和等于___时，是非极性分子，否则是______分子。只含非极性键的分子通常是_________分子。
②依据分子的正电中心和负电中心是否重合
当分子的正电中心和负电中心______，是非极性分子，否则是______分子。
零
极性
非极性
重合
极性
2．键的极性对化学性质的影响
(1)羧酸的酸性与其分子的组成和结构有关
羧酸是一大类含羧基(—COOH)的有机酸，______可电离出H＋而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa(pKa＝－lgKa)的大小来衡量，pKa越小，酸性______。
羧基
越强
(2)烷基对羧酸的酸性的影响
①烷基(符号R—)是推电子基团，烷基越长推电子效应______，使羧基中的羟基的极性______，羧酸的酸性______。随着烷基加长，酸性的差异越来越小。如酸性：HCOOH___CH3COOH___CH3CH2COOH。
越大
越小
越弱
>
>
②氟的电负性______氯的电负性，F—C的极性______Cl—C的极性，使F3C—的极性______Cl3C—的极性，导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性_________，更易电离出H＋，其酸性_________。如：CF3COOH______ CCl3COOH___CHCl2COOH___CH2ClCOOH。
大于
大于
大于
更大
更强
>
>
>
二、范德华力及其对物质性质的影响
1．范德华力
(1)分子之间存在着相互作用力，这类分子间普遍存在的作用力称为范德华力。
(2)范德华力很弱，比化学键的键能小_______个数量级。
1～2
2．范德华力的影响因素
(1)分子组成和结构相似时，相对分子质量越大，范德华力______。例如，范德华力：HI＞HBr＞HCl。
(2)分子的极性越大，范德华力______。例如，范德华力大小：CO＞N2。
越大
越大
3．范德华力对物质性质的影响
范德华力将影响物质的熔点、沸点等物理性质，一般情况，范德华力越大，物质的熔点、沸点______。
越高
◆拓展延伸
键的极性与电负性的关系
(1)极性键是由两种不同元素原子形成的，两个键合原子对共用电子对的吸引力不同。
(2)元素的电负性相差越大，共价键的极性越强。例如，电负性：F＞Cl＞Br，则键的极性：H—F＞H—Cl＞H—Br。
◆名师点拨
分子的极性与键的极性的关系
(1)双原子分子：分子的极性与键的极性一致。含有极性键，则为极性分子；含有非极性键，则为非极性分子。
(2)多原子分子：分子的极性与键的极性、分子的空间结构有关。若形成分子的所有化学键均为非极性键，则为非极性分子。
(3)形成分子的化学键为极性键时，若分子结构对称则为非极性分子，如CO2等；若分子结构不对称，则为极性分子，如H2O等。
◆名师点拨
pKa与酸性强弱的关系
(1)Ka是弱酸的电离常数，在一定温度下，Ka越大，弱酸的酸性越强。
(2)pKa是Ka的负对数：pKa＝－lgKa，pKa越小，Ka反而越大，弱酸的酸性越强。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)非极性键只存在于双原子单质分子中(　　　)
(2)只含有极性键的分子一定是极性分子(　　　)
(3)有共价键的化合物不一定是共价化合物(　　　)
(4)SO2是含有极性键的非极性分子(　　　)
×
×
√
×
探究一__键的极性和分子的极性

某研究性学习小组通过实验探究分子的极性，实验操作如下：
①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下，可看到四氯化碳呈直线状垂直流入烧杯中。
②将用毛皮摩擦过的橡胶棒(带负电)靠近四氯化碳液流，观察到四氯化碳的流动方向不变。
③向另一酸式滴定管中加入蒸馏水，进行同样的实验，观察到水的流动方向发生改变。
[问题设计]
(1)通过上述实验操作及现象，你可以得出什么结论？
提示：水分子中存在着带正电荷的正极和带负电荷的负极，能被带电体吸引；四氯化碳分子中无正极和负极之分，不能被带电体吸引。
(2)分析CCl4和H2O分子中的化学键是极性键还是非极性键，并结合分子结构的对称性判断是极性分子还是非极性分子。
提示：CCl4：含有极性键，分子结构对称，非极性分子；H2O：含有极性键，分子结构不对称，极性分子。
1．判断极性键和非极性键的方法
(1)根据成键元素的种类判断：X—X型共价键为非极性键，X—Y型共价键为极性键，其中X、Y代表元素。例如，H—H是非极性键，H—Cl是极性键。
(2)根据元素的电负性差值判断：形成化学键时，一般两种元素的电负性之差Δx＝0，为非极性共价键；当0＜Δx＜1.7时，为极性共价键；当Δx＞1.7时，则形成离子键。
2．键的极性与分子极性的关系
3．判断分子极性的基本思路
【例1】 如图所示，六氟化硫分子呈正八面体形。若分子中有一个—F被—CF3取代，则会变成温室气体SF5—CF3。下列说法正确的是 (　　　)
A．SF5—CF3分子中有σ键也有π键
B．SF5—CF3分子中存在极性键和非极性键
C．六氟化硫分子是非极性分子
D．1 mol SF5—CF3分子中共用电子对数为8 mol
C
解析：
SF6分子中只含S—F，—CF3中只含C—F，—F被—CF3取代变成SF5—CF3，推测SF5—CF3分子中只含σ键，不含π键，A错误；SF5—CF3分子存在S—F、C—F和S—C，只有极性键，不含非极性键，B错误；SF6分子中只含S—F，分子呈正八面体形，正、负电中心重合，故属于非极性分子，C正确；1个 SF5—CF3分子含有5个S—F、1个S—C和3个C—F，故 1 mol SF5—CF3分子中共用电子对数为9 mol，D错误。
1．下列各组物质中，属于由极性键构成的极性分子的是 (　　　)
A．CH4和Br2　　　　 B．NH3和H2S
C．BF3和CO2 D．BeCl2和HCl
B
解析：
CH4是由极性键构成的非极性分子，Br2是由非极性键构成的非极性分子，A错误；NH3和H2S都只含极性键，分子结构不对称，都是极性分子，B正确；BF3、CO2和BeCl2都只含极性键，但分子结构对称，都是非极性分子，C、D错误。
2．(2024·丹东期末)绿芦笋中含有的天门冬氨酸(结构如图所示)具有提高身体免疫力的功效，下列说法正确的是 (　　　)
A．该化合物中键能：C—C>C—O
B．该化合物中σ键和π键个数之比为7∶1
C．该化合物是只含有极性键的极性分子
D．该化合物中N的杂化方式与相邻C的杂化方式相同
D
解析：
C—C的键长大于C—O的键长，则C—O的键能大于C—C的键能，A错误；共价单键属于σ键，共价双键中有一个σ键和一个π键，1 mol天门冬氨酸分子中含15 mol σ键、2 mol π键，σ键和π键个数之比为15∶2，B错误；天门冬氨酸分子中含有碳碳单键，为非极性键，C错误；天门冬氨酸分子中N形成3个σ键，有一个孤电子对，轨道杂化类型为sp3，相邻C形成4条单键，杂化方式为sp3，D正确。
探究二__范德华力及其对物质性质的影响

2022年北京冬奥会中国家速滑馆(冰丝带)、首都体育馆等4个冰上场馆选用了CO2跨临界直冷制冰技术，极大降低了制冷过程的碳排放。CO2气体、液体和固体(干冰)之间的转化过程如图所示：
[问题设计]
(1)CO2气体经加压、降温变成无色液体，继续降温得到雪花状固体。从分子的平均动能角度分析上述变化的原因。
提示：降温加压时，CO2气体分子的平均动能逐渐减小；随着温度降低，当CO2分子靠自身的动能不足以克服范德华力时，CO2分子就会聚集在一起形成液体，甚至固体。
(2)上述变化过程中，粒子间的哪种作用力发生了变化？CO2分子内的共价键是否发生变化？你的判断依据是什么？
提示：范德华力；未变化；只是物质的存在状态发生变化，CO2分子本身未变化。
(3)范德华力受哪些因素影响？这些因素如何影响范德华力及物质的性质？
提示：范德华力受分子的极性、相对分子质量等因素影响；分子的极性越大，范德华力越大；组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点越高。
【例2】 下列叙述与范德华力无关的是 (　　　)
A．CO2降温时形成干冰
B．通常状况下，氯化氢为气体
C．氟、氯、溴、碘单质的熔、沸点依次升高
D．氯化钾的熔点较高
D
解析：
降低气体的温度时，气体分子的平均动能逐渐减小，随着温度降低，当分子靠自身的动能不足以克服范德华力时，分子就会聚集在一起形成液体甚至固体，A不符合题意；氯化氢分子间的范德华力较小，常温下为气体，B不符合题意；一般来说，分子组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强，物质的熔、沸点逐渐升高，C不符合题意；氯化钾中存在的作用力是离子键，故其熔点与范德华力无关，D符合题意。
3．下列物质的变化，破坏的主要是范德华力的是 (　　　)
A．碘单质的升华　　 B．NaCl晶体溶于水
C．HCl气体溶于水 D．NH4Cl固体受热分解
A
解析：
碘单质的升华是物理变化，只破坏范德华力，A正确；NaCl溶于水电离产生Na＋和Cl－，破坏离子键，B错误；HCl气体溶于水电离产生H＋和Cl－，破坏共价键，C错误；NH4Cl固体受热分解生成NH3和HCl，破坏离子键和共价键，D错误。
1．下列分子属于极性分子的是 (　　　)
A．CH4 B．CO2
C．SO3 D．NH3
D　
解析：
CH4、CO2、SO3分子中都只含极性键，空间结构分别为正四面体形、直线形和平面三角形，其分子结构对称，都是非极性分子，A、B、C错误；NH3分子中只含极性键，其空间结构为三角锥形，正电中心和负电中心不重合，故属于极性分子，D正确。
2．下列说法正确的是 (　　　)
A．范德华力存在于所有分子之间
B．范德华力是影响所有物质物理性质的因素
C．相对于其他气体来说，Cl2是易液化的气体，由此得出范德华力属于强作用力
D．范德华力属于既没有方向性也没有饱和性的静电作用
D　
解析：
只有分子间距离很近时才存在范德华力，A错误；范德华力只是影响由分子构成的物质的物理性质，B错误；范德华力不是化学键，是分子间存在的弱作用力，C错误；范德华力是分子间作用力，属于既没有方向性也没有饱和性的静电作用，D正确。
3．SO3和O3的混合气体经光解作用可生成一种新分子，结构简式如下图所示，下列说法正确的是 (　　　)
A．O3的键角为109°28′
B．SO3与O3均为非极性分子
C．SO3 的空间结构为平面三角形
D．SO3中心原子为sp3杂化
C　
解析：
A　
解析：
解析：
5．X、Y、Z是三种短周期元素，其中X、Y位于同一主族，Y、Z处于同一周期，X原子的最外层电子排布式是2s22p4，Z原子的核外电子数比Y原子少1，下列说法不正确的是 (　　　)
A．CX2(C是原子核内含6个质子的元素)分子是非极性分子
B．ZH3的VSEPR模型名称为三角锥形
C．Z4分子是非极性分子
D．酸H2YO4比酸H3ZO4的酸性强
B　
解析：
X、Y、Z是三种短周期元素，X原子的最外层电子排布式是2s22p4，X为O；X、Y位于同一族，Y为S；Y、Z处于同一周期，均为第三周期元素，且Z原子的核外电子数比Y原子少1，Z的质子数＝16－1＝15，则Z为P。CX2的结构式为O===C===O，为直线形结构，结构对称，正、负电中心重合，为非极性分子，A正确；ZH3为PH3，P上有1个孤电子对，共有4个电子对，VSEPR模型为四面体形，分子空间结构为三角锥形，B错误；P4为正四面体结构，结构对称，正、负电中心重合，为非极性分子，C正确；非金属性：S>P，因此最高价氧化物的水化物H2SO4比H3PO4的酸性强，D正确。
6．已知N、P同属于元素周期表的第ⅤA族元素，N在第二周期，P在第三周期。NH3分子呈三角锥形，N位于锥顶，3个H位于锥底，N—H的夹角是107°。
(1)N4分子的空间结构如图所示，它是一种________(填“极性”或“非极性”)分子。
(2)PH3分子与NH3分子的空间结构关系______(填“相似”或“不相似”)，P—H________(填“有”或“无”)极性，PH3分子是______(填“极性”或“非极性”)分子。
(3)NCl3是一种淡黄色油状液体，下列对NCl3的有关描述不正确的是________(填标号)。
A．该分子呈平面三角形
B．该分子中的共价键为极性键
C．该分子为极性分子
D．因N—Cl的键能大，故NCl3稳定
答案：(1)非极性　(2)相似　有　极性　(3)A
解析：

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