2.3 第1课时 共价键的极性 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修第二册

2.3 第1课时　共价键的极性
【学习目标】
1.能从微观角度理解共价键的极性和分子极性的关系。
2.通过键的极性对物质性质的影响的探析,形成“结构决定性质”的认知模型。
【自主预习】
一、键的极性和分子的极性
1.键的极性
共价键 极性共价键 非极性共价键
成键原子 　　　　种原子(电负性　　　　同) 　　　　种原子(电负性　　　　同)
电子对 　　　　偏移 　　　　偏移
成键原子的电性 一个原子呈正电性,一个原子呈负电性 电　　　　性
注意:电负性差值越大的两原子形成的共价键的极性越　　　　。共用电子对偏移程度越大,键的极性越　　　　。
2.分子的极性
(1)极性分子:分子中的　　　　　不重合,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。
(2)非极性分子:分子中的　　　　重合,这样的分子是非极性分子。
3.分子极性的判断
(1)依据分子中化学键的极性的向量和进行判断
分子的极性必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于　　　　而定。当分子中各个键的极性的向量和等于　　　　时,是非极性分子,否则是极性分子。
(2)化合价法
ABn型分子中,若中心原子的化合价的绝对值　　　该元素原子的价层电子数,该分子为非极性分子,此时分子的空间结构是　　　　的;若中心原子的化合价的绝对值　　　　其价层电子数,则分子的空间结构是　　　　　的,其分子为极性分子。
二、键的极性对化学性质的影响
1.键的极性对羧酸酸性大小的影响实质是通过改变羧基中羟基的极性而实现的,羧基中羟基的极性越大,越　　　　电离出H+,则羧酸的酸性越　　　　。
2.与羧基相邻的共价键的极性越大,羧酸的酸性越　　　　。
3.一般地,烃基越长,推电子效应越　　　　,羧酸的酸性越　　　　。
【参考答案】一、1.不同　不　同　相　发生　不发生　中　强　强
2.正电中心和负电中心　正电中心和负电中心
3.0　0　等于　对称　不等于　不对称
二、1.容易　强　2.强　3.大　弱
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)极性分子中不可能含有非极性键。 (　　)
(2)离子化合物中不可能含有非极性键。 (　　)
(3)非极性分子中不可能含有极性键。 (　　)
(4)一般极性分子中含有极性键。 (　　)
(5)H2O、CO2、CH4都是非极性分子。 (　　)
(6)非极性分子中一定含有非极性键。 (　　)
　　【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
2.极性键和非极性键有何区别
　　【答案】看成键原子是否相同,若相同则为非极性键,若不同则为极性键。
3.极性分子和非极性分子有何区别
　　【答案】看分子的正、负电荷中心是否重合,若正、负电荷中心重合则为非极性分子,反之则为极性分子。
【合作探究】
任务1：键的极性和分子的极性
情境导入　南方盛产的水果,如香蕉、龙眼和芒果,为了便于储藏和运输,农户们把接近成熟的水果提前摘下来,销售前再用乙烯将其催熟。采用人工催熟的方法,所使用的乙烯必须是微量的,如果使用大量的乙烯把未成熟的青果催熟,食用后不但对人体无益,反而对人体有害。
问题生成
1.画出乙烯的电子式,写出乙烯的键角。
　　【答案】H;120°。
2.判断乙烯分子内存在的化学键类型。
　　【答案】CC非极性键; C—H极性键。
3.根据乙烯的分子构型和键角,判断其是否为非极性分子,说明理由。
　　【答案】乙烯分子为平面形结构,键角都是120°,由于分子结构对称,乙烯为非极性分子。
4.1,2-二氯乙烯的同分异构体中,一种是非极性分子,另一种是极性分子,分别写出其结构简式。
　　【答案】极性分子为,非极性分子为。
【核心归纳】
1.键的极性判断
(1)从组成元素判断
①同种元素:A—A型为非极性共价键;
②不同种元素:A—B型为极性共价键。
(2)从电子对偏移判断
①有电子对偏移为极性共价键;
②无电子对偏移为非极性共价键。
(3)从电负性判断
①电负性相同为非极性共价键;
②电负性不同为极性共价键,两个键合原子的电负性相差越大,键的极性就越强。
2.键的极性和分子极性的关系
(1)极性分子中一定含有极性键,可能含有非极性键(如H2O2)。
(2)非极性分子中有的只含非极性键(如O2),有的只含极性键(如BF3),有的既含极性键又含非极性键(如CH2CH2)。
特别提醒:①稀有气体分子是非极性分子,不含共价键;②臭氧是极性分子。
3.分子极性的判断方法
分子的极性是由分子中所含共价键的极性与分子的空间结构两方面共同决定的。
从以下两方面判断分子的极性:
判断分子极性时,可根据以下原则进行:
(1)只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子,如O2、H2、P4、C60。
(2)含有极性键的双原子分子都是极性分子,如HCl、HF、HBr。
(3)含有极性键的多原子分子,空间结构有对称中心的是非极性分子;空间结构无对称中心的是极性分子。
(4)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(未参与成键的电子对),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。
4.分子的极性与键的极性和分子空间结构的关系
分子类型 键的极性 分子空间结构 分子极性 代表分子
双子分子 A2 非极性键 直线(对称) 非极性 N2等
AB 极性 键 直线(不对称) 极性 CO、HF等
三原子分子 AB2 直线(对称) 非极性 CO2、CS2、BeCl2等
V形(不对称) 极性 H2O、H2S、SO2等
四原子分子 AB3 平面三角形(对称) 非极性 BF3、BCl3、SO3等
三角锥形 极性 NH3、PCl3、NF3等
五原子 分子 AB4 正四面体(对称) 非极性 CH4、SiF4等
ABn 四面体形(不对称) 极性 CH2Cl2等
【典型例题】
【例1】下列各组分子中,都属于含极性键的非极性分子的是(　　)。
A.CO2、H2S B.C2H4、CH4
C.Cl2、C2H2 D.NH3、HCl
　　【答案】B
【解析】CO2和H2S都含极性键,但前者是非极性分子(直线形),后者是极性分子(V形);C2H4是平面形分子,CH4为正四面体形,二者都是结构对称的分子,均含极性键且均为非极性分子;Cl2是含非极性键的非极性分子,C2H2是含极性键的非极性分子;NH3、HCl均为含极性键的极性分子。
【例2】回答下列问题:
①H2　②O2　③HCl　④P4　⑤C60　⑥CO2
⑦CH2CH2　⑧HCN　⑨H2O　⑩NH3　BF3
CH4　SO3　CH3Cl　Ar　H2O2
(1)只含非极性键的是　　　　;只含极性键的是　　　　　　　,既含极性键又含非极性键的是　　　　。
(2)属于非极性分子的是　　　　　　,属于极性分子的是　　　　。
　　【答案】(1)①②④⑤　③⑥⑧⑨⑩　⑦
(2)①②④⑤⑥⑦　③⑧⑨⑩
【例3】将下列粒子的符号填入相应的空格内:CO2、(NH4)2SO4、SiCl4、H2S、C2H4、Cl2、NH3、H2O2、Na2O2。
(1)只含非极性键的非极性分子:　 。
(2)含极性键的非极性分子:　 。
(3)既含极性键,又含非极性键的非极性分子:　 。
(4)含极性键的极性分子:　 。
(5)既含极性键,又含非极性键的极性分子:　 。
(6)全部由非金属元素组成且含极性键的离子化合物:　 。
(7)含有非极性键的离子化合物:　 。
　　【答案】(1)Cl2
(2)CO2、SiCl4、C2H4
(3)C2H4
(4)H2S、NH3、H2O2
(5)H2O2
(6)(NH4)2SO4
(7)Na2O2
任务2：键的极性对化学性质的影响
情境导入　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pKa的大小来衡量,pKa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,不同羧酸的pKa如表所示。
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
问题生成
1.乙酸、氯乙酸酸性强弱关系如何
　　【答案】由pKa=-lgKa可知,pKa越小,Ka越大,弱酸的酸性越强,pKa(乙酸)=4.76>2.86=pKa(氯乙酸),故Ka(乙酸)2.比较氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸的pKa,分析氯原子是如何影响Ka的,其原因是什么。
　　【答案】随氯原子个数增多,氯代酸的Ka增大,即酸性增强,电离出氢离子的能力增强。因为氯原子的电负性大于氢原子,当氯原子取代氢原子后,酸分子中氯碳键共用电子对向氯原子方向偏移,从而导致羧基中氧氢键共用电子对向氧原子偏移,氢原子的正电性增强,使酸分子更易电离出氢离子。
3.氯乙酸、溴乙酸、氟乙酸的电离常数大小如何
　　【答案】Ka(氟乙酸)>Ka(氯乙酸)>Ka(溴乙酸)。
4.比较甲酸、乙酸、丙酸的酸性强弱关系,说明烃基(R—)如何影响羧酸的酸性。
　　【答案】酸性:甲酸>乙酸>丙酸,说明烃基中碳原子数目越多,羧酸的酸性越弱。原因是碳的电负性大于氢,当甲基取代甲酸中的氢原子后(得到乙酸),碳碳共价键电子对向羧基方向偏移,最终使得羟基中共用电子对向氢原子方向偏移,氢原子的正电性减弱,电离出氢离子更为困难。
【核心归纳】
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,酸性越强。
(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,酸性越强。
2.只含烃基的一元羧酸的酸性
随着烃基的加长,酸性减弱的差异越来越小。
3.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。
【典型例题】
【例4】下列物质中,酸性最强的是(　　)。
A.HCOOH　　　　　　 B.HOCOOH
C.CH3COOH D.C6H13COOH
　　【答案】A
【解析】推电子效应—C6H13>—CH3>—H,HOCOOH是碳酸,故酸性HCOOH>CH3COOH>HOCOOH>C6H13COOH。
【例5】新兴大脑营养学研究表明:大脑的发育和生长与不饱和脂肪酸有密切的联系,从深海鱼油中提取的被称作“脑黄金”的DHA(C21H31COOH)就是一种含有多个碳碳双键的脂肪酸。下列说法正确的是(　　)。
A.酸性:C21H31COOHB.DHA中含有的元素电负性最大的是碳元素
C.DHA中碳原子存在三种杂化形式
D.DHA中所有原子共面
　　【答案】A
【解析】推电子效应—C21H31>—CH3,故酸性C21H31COOH【随堂检测】
课堂基础
1.下列物质中,酸性最强的是(　　)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.CH2ClCOOH B.CH2FCOOH
C.CHF2COOH D.CHBr2COOH
　　【答案】C
【解析】电负性F>Cl>Br,则酸性最强的是CHF2COOH。
2.有一种AB2C2型分子,在该分子中A为中心原子。下列关于该分子的空间结构和极性的说法中,正确的是(　　)。
A.假设该分子为平面四边形,则其一定为非极性分子
B.假设该分子为四面体形,则其一定为非极性分子
C.假设该分子为平面四边形,则其可能为非极性分子
D.假设该分子为四面体形,则其可能为非极性分子
　　【答案】C
【解析】若AB2C2为平面结构,可能为对称结构,也可能是不对称结构,即可能是极性分子,也可能是非极性分子;若为四面体结构,一定是不对称结构,则一定为极性分子。
3.下列说法正确的是(　　)。
A.SO2是含有极性键的非极性分子
B.O3是含有非极性键的非极性分子
C.H2O2是含有极性键和非极性键的极性分子
D.NaClO是含有非极性键的离子化合物
　　【答案】C
【解析】SO2中S、O原子之间只存在极性键,SO2中S原子价层电子对数为2+=3,且含有1个孤电子对,故SO2为V形结构,正负电荷中心不重合,为极性分子,A项错误;O3和SO2结构相似,SO2为极性分子,则O3为极性分子,B项错误;H2O2中存在O—H极性键、O—O非极性键,H2O2是书页形结构,正负电荷中心不重合,为极性分子,C项正确;NaClO中Na+和ClO-之间存在离子键,ClO-内存在极性键,NaClO为离子化合物,D项错误。
4.观察模型并结合有关信息,下列说法不正确的是(　　)。
B12结构单元 SF6分子 S8分子 HCN
结构示 意图
备注 熔点1873 K — 易溶于CS2 —
A.单质B12中只含有非极性键
B.SF6是由极性键构成的非极性分子
C.固态S8中S原子为sp2杂化
D.HCN分子中σ键与π键数目之比为1∶1
　　【答案】C
【解析】B12中只存在B—B非极性键,A项正确;SF6的空间结构为对称结构,分子中极性的向量和为0,SF6为非极性分子,B项正确;S8是一个环形分子,每个S与两个其他S原子相连,S原子最外层有6个电子,两个孤电子对,原子杂化轨道数为4,所以S是sp3杂化,C项错误;HCN的结构式为H—C≡N,单键为σ键,三键为1个σ键和2个π键,HCN分子中σ键与π键数目之比为1∶1,D项正确。
对接高考
5.(2021·江苏卷,2)反应Cl2+2NaOHNaClO+NaCl+H2O可用于制备含氯消毒剂。下列说法正确的是(　　)。
A.Cl2是极性分子
B.NaOH的电子式为NH
C.NaClO既含离子键又含共价键
D.Cl-与Na+具有相同的电子层结构
　　【答案】C
【解析】Cl2分子正负电荷中心重合,为非极性分子,A项错误;NaOH中含有离子键,其电子式为Na+H]-,B项错误;NaClO中钠离子和次氯酸根离子之间存在离子键,次氯酸根离子中的Cl—O为共价键,该物质含有离子键和共价键,C项正确;氯离子核外有3个电子层,钠离子核外有2个电子层,二者电子层结构不同,D项错误。
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