第1课时 共价键的极性
课后·训练提升
1.两种非金属元素A、B所形成的下列分子中一定属于极性分子的是( )。
A. B.B—A—B
C. D.
答案D
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.假设为平面四边形,则该分子一定为非极性分子
B.假设为四面体形,则该分子一定为非极性分子
C.假设为平面四边形,则该分子可能为非极性分子
D.假设为四面体形,则该分子可能为非极性分子
答案C
解析假设其空间结构为平面四边形,则AB2C2有2种结构,或,其中为极性分子,为非极性分子,故A项错误,C项正确;假设其空间结构为四面体形,则AB2C2有1种结构,由于B、C的原子半径不同,该分子中的电荷分布不均匀,为极性分子,故B、D两项错误。
3.常温下三氯化氮(NCl3)是一种淡黄色的液体,其分子结构呈三角锥形。下列关于NCl3说法正确的是( )。
A.NCl3中N—Cl是非极性键
B.NCl3中N采用 sp2 杂化
C.NCl3是极性分子
D.因为N—Cl的键能大,所以NCl3的沸点高
答案C
解析不同原子之间形成的共价键为极性键,NCl3中N—Cl为极性键, A项错误。 NCl3中N上的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=3+=4,所以N采用sp3杂化,B项错误。NCl3为三角锥形分子,分子结构不对称,NCl3为极性分子, C项正确。 沸点为物质的物理性质,NCl3的沸点与N—Cl的键能大无直接关系, D项错误。
4.已知H2O2的分子结构如图所示。下列有关H2O2结构的说法中不正确的是( )。
A.分子的正电中心和负电中心不重合
B.H2O2分子内既含极性键又含非极性键
C.H2O2是极性分子
D.H2O2是非极性分子
答案D
解析由题图中H2O2分子的空间结构可知H2O2分子内正电中心和负电中心不重合,H2O2为极性分子,A、C项正确,D项错误。H2O2是共价化合物,氢原子与氧原子之间形成极性键,氧原子和氧原子之间形成非极性键,B项正确。
5.键的极性及分子的空间结构影响分子的极性。下列叙述不正确的是( )。
A.CH4是由极性键构成的非极性分子
B.BF3分子中只含有B—F极性键,其分子一定是极性分子
C.非极性分子中可能同时含有极性键和非极性键
D.O3分子的空间结构为V形,是极性分子
答案B
解析CH4是正四面体形结构,C—H是极性键,正负电荷中心是重合的,为非极性分子,故A项正确;BF3分子为正三角形,正负电荷中心是重合的,为非极性分子,故B项错误;非极性分子中可能同时含有极性键和非极性键,如C2H2是非极性分子,含有C—H极性键和C≡C非极性键,故C项正确;O3分子中心氧原子的价层电子对数为3,有1个孤电子对,空间结构为V形,是极性分子,故D项正确。
6.P4与足量KOH溶液反应的化学方程式为P4+3KOH+3H2OPH3↑+3KH2PO2。下列说法不正确的是 ( )。
A.H3PO2是三元酸
B.P4为非极性分子
C.H2O的空间结构为V形
D.PH3的键角小于NH3的键角
答案A
解析过量碱液与KH2PO2不反应,说明H3PO2是一元酸,不是三元酸,故A项错误;P4中含有的P—P为非极性键,分子中正负电荷中心重合,故P4为非极性分子,故B项正确;H2O中O原子为sp3杂化,有2个孤电子对,故空间结构为V形,故C项正确;N电负性比P的大,成键电子对更靠近中心原子,成键电子对之间斥力更大,故PH3的键角小于NH3的键角,故D项正确。
7.已知,部分物质分子的空间结构如下表:
序号 分子 空间结构
① PH3 三角锥形
② BeCl2 直线形
③ CH4 正四面体形
④ O3 V形
⑤ BF3 平面正三角形
⑥ NF3 三角锥形
(1)其中属于极性分子的是 ,属于非极性分子的是 。(填序号)
(2)已知部分元素的电负性数值如下表:
元素 B C N P H
电负性 2.04 2.55 3.04 2.19 2.20
比较下列键的极性的相对大小(填“>”或“<”)。
①P—H C—H
②B—F N—F
答案(1)①④⑥ ②③⑤
(2)①< ②>
解析(1)PH3分子的空间结构为三角锥形,分子中正、负电中心不重合,为极性分子;BeCl2分子的空间结构为直线形,分子中正、负电中心重合,为非极性分子;CH4分子的空间结构为正四面体形,C原子位于正四面体的中心,分子中正、负电中心重合,为非极性分子;O3分子的空间结构为V形,分子中正、负电中心不重合,为极性分子;BF3分子的空间结构为平面正三角形,B原子位于平面正三角形的中心,分子中正、负电中心重合,为非极性分子;NF3分子的空间结构为三角锥形,正、负电中心不重合,为极性分子。所以①④⑥为极性分子,②③⑤为非极性分子。(2)通过比较两成键原子对应元素的电负性之差判断键的极性的相对大小。根据表中数据,P、H电负性差为0.01,C、H电负性差为0.35,所以C—H的极性较大;F的电负性最大,B的电负性比N的电负性小,所以B、F的电负性之差较大,B—F的极性较大。
8.现有四种短周期元素A、B、C、D,已知:①C、D在同一周期,A、B在同一主族;②它们可以组成化合物A2C、B2C2、DC2、D2A4等;③B的阳离子与C的阴离子的核外电子排布相同;④B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2,B与A2C反应生成气体A2,A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃能发生爆炸,其产物是一种常温下常见的无色无味的液体。请回答下列问题。
(1)写出元素符号:A 、D 。
(2)化合物A2C、B2C2、DC2和D2A4中,
①既含有离子键,又含有非极性键的化合物是 ,其电子式为 ;按原子轨道重叠方式分类,其所含非极性键的类型是 。
②分子中的键角为180°的化合物是 ,其结构式为 。
(3)D2A4是 (填“极性”或“非极性”)分子,该分子中含有 个σ键、 个π键。
答案(1)H C
(2)①Na2O2 Na+]2-Na+ σ键
②CO2 OCO
(3)非极性 5 1
解析(1)由题给信息分析可知A为H元素,B为Na元素,C为O元素,D为C元素。
(2)H2O为共价化合物,不含有离子键;Na2O2为离子化合物,含有离子键和非极性键;CO2为共价化合物,不含有离子键;C2H4为共价化合物,不含有离子键,则既含有离子键,又含有非极性键的是Na2O2,其电子式为
Na+]2-Na+,过氧根离子中O原子间以原子轨道“头碰头”的重叠形式形成σ键;化合物分子中的键角是180°的是CO2,结构式为OCO。
(3)C2H4为结构对称的非极性分子,分子中含有4个C—H σ键,1个碳碳双键中含有1个σ键和1个π键。(共45张PPT)
第1课时 共价键的极性
目 标 素 养
1.知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键,分子可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。
2.能说明分子间作用力(范德华力、氢键)对物质熔、沸点等性质的影响,能列举含有氢键的物质及其性质特点。形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
3.结合实例认识分子的手性对其性质的影响。
知 识 概 览
1.键的极性和分子的极性。
(1)键的极性。
(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极性分子中一定含有极性键,非极性分子中不一定含有非极性键。
微解读极性分子中一定含有极性键,非极性分子中不一定含有非极性键,如CO2、CH4等。
微思考单质分子中的共价键一定是非极性键吗 单质分子一定是非极性分子吗
提示:不一定。大多数单质分子中的共价键是非极性键,大多数单质分子是非极性分子,但有少数例外,如O3分子中的共价键是极性键,其中心氧原子呈正电性,两端的氧原子呈负电性,整个分子正、负电性不重合,O3分子是极性分子。
微训练1(1)PH3分子与NH3分子的空间结构相似,P—H为 (填“极性”或“非极性”)共价键,PH3分子为 (填“极性”或“非极性”)分子。
(2)与NH3相比,PH3的热稳定性更 。
答案:(1)极性 极性 (2)弱
2.键的极性对化学性质的影响。
(1)键的极性对物质的化学性质有重要的影响。例如羧酸羧基中的羟基极性 越大 ,酸性越强;极性 越小 ,酸性越弱。
(2)烃基是 推电子 基团,烃基越 长 推电子效应越 大 ,使羧基中的羟基极性越 小 ,羧酸的酸性越 弱 ,所以甲酸、乙酸、丙酸随着烃基加长,酸性逐渐减弱。
微训练2 键的极性对物质的性质有重要影响,例如,羟基与卤素原子等吸电子基团相连会使羟基H的活性增强,与烃基等推电子基团相连会使羟基H的活性减弱(烃基越长影响越大)。据此判断下列酸中酸性最强的是( )。
A.CH3COOH
B.CH3CH2COOH
C.ClCH2COOH
D.FCH2COOH
答案:D
解析:羟基与卤素原子等吸电子基团相连会使羟基H的活性增强,由于F、Cl的吸电子能力使相连的羟基上的H原子的活性增强,酸性增强,故FCH2COOH、ClCH2COOH的酸性较强,F的电负性比Cl的大,吸电子能力更强,故酸性: FCH2COOH>ClCH2COOH;羟基与烃基等推电子基团相连会使羟基H的活性减弱(烃基越长影响越大),酸性减弱,故CH3COOH、CH3CH2COOH的酸性较弱,—CH2CH3的推电子能力比—CH3的强,羟基上的H原子的活性减弱,故酸性: CH3COOH>CH3CH2COOH,四种酸的酸性强弱排列为FCH2COOH>ClCH2COOH>CH3COOH>CH3CH2COOH,故酸性最强的是FCH2COOH。
问题探究
用酸式滴定管分别盛装A和B两种纯液体,打开活塞,让A和B呈线状慢慢流下。将摩擦带电的玻璃棒分别接近A和B纯液体流,现象如图所示。根据实验现象分析A、B两种分子是极性分子还是非极性分子,并简要说明判断依据。
提示:A分子为非极性分子,B分子为极性分子。当带静电的玻璃棒靠近A纯液体流时,液体流不偏转,说明A纯液体流不受玻璃棒所带电荷的影响,A分子为非极性分子;当带静电的玻璃棒靠近B纯液体流时,液体流发生偏转,说明B纯液体流与玻璃棒之间有电性作用,因此B中存在呈正电性的部分和呈负电性的部分,B分子为极性分子。
归纳总结
1.判断分子极性的一般思路。
2.分子极性的判断方法。
(1)只含有非极性键的双原子分子或多原子分子是非极性分子,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,空间结构对称的是非极性分子;空间结构不对称的是极性分子。
(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;若不等于该元素所在的主族序数,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、PCl5为非极性分子;H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分子。
典例剖析
【例1】 已知下列分子:①BF3,②CCl4,③NH3,④H2O,⑤C2H4,⑥CS2。其中只含极性键的非极性分子有( )。
A.①②⑥ B.①②⑤
C.②④⑤ D.①③④
答案:A
解析:①BF3中含有极性键,空间结构为平面三角形,为非极性分子;②CCl4中含有极性键,空间结构为正四面体形,为非极性分子;③NH3中含有极性键,空间结构为三角锥形,为极性分子;④H2O中含有极性键,空间结构为V形,为极性分子;⑤C2H4中含有极性键C—H和非极性键C=C,平面形分子,为非极性分子;⑥CS2中含有极性键,空间结构为直线形,为非极性分子。
规律总结
分子的极性与键的极性和分子空间结构的关系:
学以致用
1.在极性分子中,正电中心同负电中心间的距离称为偶极长,通常用d表示。极性分子的极性强弱同偶极长和正(或负) 电中心的电量(q)有关,一般用偶极矩(μ)来衡量。分子的偶极矩定义为偶极长和偶极上一端电荷电量的乘积,即μ=d·q。下列四组分子中,所有分子都符合μ=0的是( )。
A.HCl、CS2、H2S、SO2 B.BF3、CCl4、BeCl2、CO2
C.N2、NH3、H2O、CCl4 D.CH4、SO3、NH3、H2O
答案:B
解析:HCl是极性键形成的双原子极性分子,μ>0;H2S、SO2都是V形分子,均为极性分子,μ>0;CS2是直线形分子,为非极性分子,其偶极矩为0, A项不符合题意。BF3为平面三角形分子, CCl4为正四面体形分子,BeCl2、CO2均为直线形分子,B项所涉及分子的空间结构均对称,均为非极性分子,所有分子都符合μ=0, B项符合题意。N2和CCl4均为非极性分子,μ=0;NH3分子为三角锥形,水分子为V形,NH3、H2O都属于极性分子,μ>0, C项不符合题意。 CH4为正四面体形分子,SO3为平面三角形分子,两者均为非极性分子,μ=0;NH3和水都属于极性分子, μ>0, D项不符合题意。
问题探究
常温下苯酚在水中的溶解度不大,20 ℃时100 g水可溶解9.2 g苯酚。取2 mL苯酚浊液于试管中,向其中逐滴加入氢氧化钠溶液,浊液变澄清。再逐滴加入盐酸,溶液又变浑浊。
请从化学键角度解释浊液变澄清的原因。
提示:苯酚分子中苯基是吸电子基,使O—H的极性变强,能电离出H+,表现弱酸性,所以苯酚能和氢氧化钠反应,生成易溶于水的苯酚钠,浊液变澄清。
归纳总结
1.由于不同元素电负性的差异,成键原子的共用电子对会发生偏移。偏移程度越大,共价键极性越强。
2.键的极性与乙醇的性质。
典例剖析
【例2】 现有4种有机弱酸,其酸性的强弱为
下列说法中不正确的是( )。
A.与羧基相连的基团推电子效应越大,羧酸的酸性越弱
B.等浓度的4种酸溶液中水电离出的c水(H+):
D.由题中信息可推知酸性:CCl3COOH>CH2ClCOOH
答案:C
规律总结 羧基的酸性强弱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。 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)只含烃基的一元羧酸的酸性
随着烃基加长,酸性的差异越来越小。
(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。
学以致用
2.CH3COOH是一种弱酸,而氯乙酸ClCH2COOH的酸性强于CH3COOH,这是因为—Cl是一种强吸电子基团,能使羟基中O—H的极性增强,更易断裂。有的基团属于推电子基团,能使羟基中O—H的极性减弱,难以断裂。依据上述规律填空:
(1)HCOOH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 。
(2)CH3COOH的酸性弱于HCOOH,这是由于CH3COOH分子中存在 (填“吸”或“推”)电子基团,这种基团是 。
(3)—C6H5属于吸电子基团,故C6H5COOH的酸性比CH3COOH的酸性 (填“强”或“弱”)。
(4)在CF3COOH、CCl3COOH、CHCl2COOH、CH2ClCOOH四种酸中,酸性最强的是 。
答案:(1)吸 醛基 (2)推 甲基
(3)强 (4)CF3COOH
解析:(1)HCOOH显酸性,H2O呈中性,说明甲酸中存在强吸电子基团,能使—OH上的H原子活泼性增强而使该物质的酸性强于水的,甲酸中含有醛基,醛基属于强吸电子基团。
(2)CH3COOH的酸性弱于HCOOH的,说明乙酸分子存在推电子基团,能减弱—OH上H原子的活性而使该物质的酸性减弱,乙酸中含有—CH3,所以—CH3属于推电子基团,导致乙酸的酸性弱于甲酸的。
(3)—C6H属于吸电子基团,—CH3属于推电子基团, C6H5COOH的酸性比CH3COOH的酸性强。
(4)吸电子的能力—F>—Cl>—H,酸性最强的是CF3COOH。
1.下列化学键中,键的极性最强的是( )。
A.H—F B.H—O
C.H—N D.H—C
答案:A
解析:F、O、N、C这四种元素中C的电负性最小,F的电负性最大,所以H—F的极性最强。
2.判断XY2型分子是极性分子的主要依据是( )。
A.分子中存在极性键
B.分子中存在离子键
C.直线形结构,两个X—Y的夹角为180°
D.非直线形结构,两个X—Y的夹角小于180°
答案:D
解析:存在极性键的分子也可能是非极性分子,如O=C=O, A项错误。XY2型分子是极性分子,说明其为共价化合物,则一定不含离子键, B项错误。如果XY2型分子为直线形结构,两个X—Y的夹角为180°,则该分子的正电中心和负电中心重合,为非极性分子,如CS2等, C项错误。如果XY2型分子为非直线形结构,两个X—Y的夹角小于180°,为V形结构,正电中心和负电中心不重合,为极性分子, D项正确。
3.(2023山东卷)下列分子属于极性分子的是( )。
A.CS2 B.NF3 C.SO3 D.SiF4
答案:B
解析:CS2与CO2分子的空间结构一样,为直线形,且二者正电中心和负电中心重合,故属于非极性分子,A项不符合题意;NF3与NH3结构类似,其空间结构为三角锥形,属于极性分子,B项符合题意;SO3分子中,中心S原子采取sp2杂化,SO3分子的空间结构为平面三角形,属于非极性分子,C项不符合题意;SiF4分子的空间结构为正四面体形,属于非极性分子,D项不符合题意。
4.磷化氢(PH3)在常温下是一种无色、有大蒜气味的气体,是电石气中常含有的杂质。它的分子结构与NH3分子结构相似。以下关于PH3的叙述中正确的是( )。
A.PH3是非极性分子
B.PH3分子中有未成键的电子对
C.PH3是一种强氧化剂
D.PH3分子中的P—H是非极性键
答案:B
解析:PH3与NH3分子的空间结构相似,P原子上有一个孤电子对。P—H是不同种原子间形成的共价键,属于极性键。根据PH3分子的空间结构可知该分子的正电中心和负电中心不重合,故分子有极性。PH3中P呈-3价,具有很强的还原性。
5.羰基硫(COS)的结构与CO2类似,可作粮食熏蒸剂,防治虫类、真菌对粮食的危害。
(1)已知电负性C(2)羰基硫可用H2S和CO混合加热制得:CO+H2S COS+H2。反应中的四种物质,属于极性分子的是 。
(3)从结构上看,乙硫醇(CH3CH2SH)可看作乙醇分子中氧原子被硫原子取代得到的有机物,其分子中S—H的极性______ (填“>”“=”或“<”)CH3CH2OH分子中O—H的极性。
答案:(1)C=O (2)CO、H2S、COS (3)<
解析:(1)根据电负性C(2)CO是不同种元素的原子形成的双原子分子,属于极性分子;H2S是V形分子,属于极性分子;C=O与C=S键长不同,键的极性也不同,COS为极性分子。
(3)S的电负性比O小,对键合电子的吸引力小,共用电子对的偏移减小,S—H极性减小,所以乙硫醇分子中S—H的极性小于CH3CH2OH分子中O—H的极性。
6.白磷可用作化学武器,其单质是四原子分子,空间结构示意图如图Ⅰ所示。六氧化四磷(P4O6)和十氧化四磷(P4O10)都是磷的氧化物。
(1)下列说法正确的是 (填序号)。
①白磷分子中的化学键是非极性键 ②白磷分子中的化学键是σ键 ③白磷分子是非极性分子 ④白磷分子中的键角是109°28' °
(2)图Ⅱ是一种磷的氧化物分子的空间结构示意图,它的分子式是 ;该分子 (填“有”或“无”)极性,主要原因是 (从分子极性的角度进行说明)。
答案:(1)①②③
(2)P4O10 无 该分子的空间结构对称,正、负电中心重合
解析:(1)由题意可知白磷分子中的4个磷原子应位于四面体的四个顶角,形成正四面体结构;磷原子之间形成单键,为σ键,也是非极性键;正四面体为对称结构,故白磷分子为非极性分子;每个面均为正三角形,键角为60°。
(2)由图可知白球均形成两条键,灰球均形成五条键,故白球为氧原子,有10个,灰球为磷原子,有4个,故分子式为P4O10。由于该分子呈对称结构,故无极性。
