第三节 分子结构与物质的性质
第1课时 共价键的极性
[学习目标] 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。
学习任务1 认识共价键的极性和分子的极性
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 不同原子 同种原子
电子对 发生偏移 不发生偏移
成键原子 的电性 一个原子呈正电性(δ+); 一个原子呈负电性(δ-) 呈电中性
示例 (标明电荷) — —
(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种类或电负性的差异,与其他因素无关。
①同种非金属元素原子间形成的共价键是非极性键;不同种非金属元素原子间形成的共价键是极性键。
②电负性差值越大的两原子形成的共价键的极性越强。
③共用电子对偏移程度越大,键的极性越强。
[示例] 一般情况下,成键原子的电负性相差越大,电子对偏移程度越大,键的极性越强,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。
2.极性分子和非极性分子
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,则为非极性分子,否则为极性分子。
(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。
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。
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
(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
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.(2024·浙江余姚中学月考)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
【答案】 C
【解析】 HClO属于共价化合物,熔融状态下不能导电,A不符合题意;Na2O2熔融状态下能导电,但中只含非极性共价键,B不符合题意;KOH熔融状态下能导电,且OH-中含极性共价键,C符合题意;AlCl3熔融状态下不能导电,D不符合题意。
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
【答案】 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.(2025·江苏长泾中学、洛社高中联考)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
【答案】 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
【答案】 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
【答案】 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
学习任务2 键的极性对化学性质的影响
1.羧酸酸性强弱衡量标准
羧酸的酸性大小与其分子组成和结构有关。可以用pKa表示,p Ka=-lg Ka,pKa越大则酸性越弱,反之酸性越强。
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
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。
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。
1.下列羧酸酸性最弱的是( )
[A] HCOOH [B] CH3COOH
[C] CH2ClCOOH [D] CHCl2COOH
【答案】 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—COOH[C] CH3—CF2—COOH>CHF2—COOH
[D] C17H35—COOH>C4H9—COOH
【答案】 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。
[footnoteRef:0] 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: [0:
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。
]
NH3+CO2+H2O。
(1)三聚氰酸的分子式为 ,三聚氰酸分子中碳原子采取 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 。
(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 。
②下列物质中,酸性最强的是 (填字母)。
A.HCOOH B.HOCOOH
C.CH3COOH D.C6H13COOH
【答案】 (1)C3H3N3O3 sp2 (2)NH3、H2O CO2、三聚氰酸
(3)①吸 —CHO ②A
【解析】 (1)据题中信息可知,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)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)①HCOOH显酸性,H2O显中性,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。
②推电子效应—C6H13>—CH3>—H,HOCOOH是碳酸,故酸性HCOOH>CH3COOH>HOCOOH>C6H13COOH。
(时间:30分钟 满分:77分)
(选择题1~14题,每小题3分,共42分)
(一)共价键的极性与分子的极性
1.下列属于极性分子的是( )
[A] S8(八元环状分子) [B] CH2Cl2
[C] BF3 [D] CS2
【答案】 B
【解析】 S8八元环状分子,S和S之间用非极性共价键结合,S8应属于非极性分子,故A不符合题意;CH2Cl2空间结构为四面体形,正、负电中心不重合,属于极性分子,故B符合题意;BF3空间结构为平面三角形,正、负电中心重合,属于非极性分子,故C不符合题意;CS2空间结构为直线形,化学键的极性的向量和为0,正、负电中心重合,属于非极性分子,故D不符合题意。
2.使用微波炉加热,具有使物质受热均匀、表里一致、速度快、热效率高等优点,其工作原理是微波炉内的微波场以几亿的高频改变电场的方向,水分子因而能迅速摆动,产生热效应。这是因为( )
[A] 水分子具有极性共价键
[B] 水分子中有共用电子对
[C] 水由氢、氧两元素组成
[D] 水分子是极性分子
【答案】 D
【解析】 只有极性分子才能在电场中定向移动,非极性分子几乎不发生定向移动。水分子是由极性键构成的极性分子,故D符合题意。
3.下列说法正确的是( )
[A] 含有非极性键的分子一定是非极性分子
[B] 非极性分子中一定含有非极性键
[C] 由极性键形成的双原子分子一定是极性分子
[D] 两个原子之间共用两对电子,形成的化学键一定有极性
【答案】 C
【解析】 H2O2含有O—O非极性键,是极性分子,故A错误;非极性分子中不一定含有非极性键,可能含有极性键,如CO2是非极性分子,故B错误;由极性键形成的双原子分子,分子中正、负电中心不重合,从整个分子来看,电荷的分布是不均匀的、不对称的,所以是极性分子,故C正确;两个原子之间共用两对电子,可以是相同原子形成,如 CC,为非极性键,也可以是不同原子形成,如CO,为极性键,故D错误。
4.a、b、c、d四种常见分子均含有14个电子,其有关信息列在下表中:
a b c d
双原子分子、非极性分子;只含非极性键 双原子分子、极性分子;只含极性键 多原子分子、极性分子;只含极性键 多原子分子、非极性分子;既有非极性键,又有极性键
下列说法符合题目给出的信息的是( )
①a的化学式为N2 ②b的化学式为CO ③c的结构式为H—C≡N ④d的结构简式为HC≡CH ⑤a的符号为 ⑥d的化学式为H2O2
[A] ①②③④ [B] ④⑤⑥
[C] ②③⑤⑥ [D] ①②③④⑤⑥
【答案】 A
【解析】 a是双原子分子、非极性分子,只含非极性键,而且a的电子总数为14,则a中每个原子含有7个电子,即为7号元素N,所以a为N2,因a是分子,所以a不能为,故①正确,⑤错误;若将N换成周期表中相邻的C,则另一种原子必定是O,b为双原子分子、极性分子,只含极性键,所以b为CO,故②正确;c为多原子分子、极性分子,只含极性键,若考虑把N2中一个N换为C,这时电子数差1,可用H来补足,得c为HCN,故③正确;d为多原子分子、非极性分子,既有非极性键又有极性键,若考虑把N2中2个N换为C,则要补2个H,即d为C2H2,其结构简式为HC≡CH,故④正确,⑥错误。综上所述,A符合题意。
5.尿素[CO(NH2)2]是一种高效化肥,也是一种化工原料。反应CO2+2NH3CO(NH2)2+H2O可用于尿素的制备。下列有关说法不正确的是( )
[A] NH3与CO(NH2)2均为极性分子
[B] NH3的电子式为H
[C] NH3的键角大于H2O的键角
[D] 尿素分子中σ键和π键的数目之比为6∶1
【答案】 D
【解析】 NH3的空间结构为三角锥形,为极性分子,CO(NH2)2 的结构简式为,空间结构不对称,也为极性分子,A正确。NH3的电子式为H,B正确。NH3中N的价层电子对数为3+=4,采取sp3杂化,孤电子对数为1,分子结构呈三角锥形;H2O中O的价层电子对数是2+=4,采取sp3杂化,孤电子对数为2,分子结构呈V形;由于孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用,导致H2O的键角比NH3的小,因此NH3的键角大于H2O的键角,C正确。尿素分子式是CO(NH2)2,C与O之间以共价双键结合,其他原子之间以共价单键结合,共价单键都是σ键,共价双键中含有一个σ键和一个π键,则尿素分子中的σ键和π键数目之比为7∶1,D错误。
6.(2024·四川绵阳中学月考)W、X、Y、Z四种短周期元素,原子序数依次增大。四种元素形成的盐(XW4)2Z2Y8是强氧化剂,常用于测定钢中锰的含量。(XW4)2Z2Y8中阴离子的结构如图所示,图中各原子最外层都达到8电子稳定结构。下列说法错误的是( )
[A] 简单离子半径:Y[B] 简单氢化物的沸点:X[C] 第一电离能:Z[D] W与Y形成的二元化合物可能是既含有极性键又含有非极性键的极性分子
【答案】 B
【解析】 根据阴离子的结构和各原子最外层都达到8电子稳定结构可知,Y、Z原子最外层有6个电子,W、X、Y、Z四种短周期元素,原子序数依次增大,可推出Y是O,Z是S;阴离子呈-2价,故阳离子X呈+1价,结合原子序数大小知,W为H,X为N。电子层数越多,半径越大,S2-核外有3个电子层,半径最大,具有相同核外电子层结构时,核电荷数越大,离子半径越小,故半径:O2-NH3>H2S,B错误;同主族元素从上到下,第一电离能逐渐减小,所以S的第一电离能小于O的,同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但是第ⅤA族元素为半充满稳定结构,第一电离能大于其同周期相邻元素的,即第一电离能:S(二)共价键的极性与化学性质
7.下列几种有机羧酸按酸性由强到弱的顺序排列正确的是( )
①乙酸(CH3COOH)
②氯乙酸(CH2ClCOOH)
③三氯乙酸(CCl3COOH)
④三氟乙酸(CF3COOH)
[A] ②①④③ [B] ①②③④
[C] ④③②① [D] ③②④①
【答案】 C
【解析】 由于电负性F>Cl>H,则键的极性C—F>C—Cl>C—H,故三氟乙酸中羧基中的羟基的极性最大,最易电离出氢离子,酸性最强;乙酸中羧基中的羟基的极性最小,酸性最弱。酸性强弱顺序为CF3COOH>CCl3COOH>CH2ClCOOH>CH3COOH,C正确。
8.苯酚()具有弱酸性,乙醇不是电解质,水是弱电解质,三种物质中都含有—OH,在这三种物质中,氢氧键的极性由强到弱的顺序是( )
[A] 苯酚>乙醇>水 [B] 乙醇>水>苯酚
[C] 水>苯酚>乙醇 [D] 苯酚>水>乙醇
【答案】 D
【解析】 苯酚具有弱酸性,说明苯酚分子结构中的—OH 的极性较强,在水溶液中能够发生电离;水属于弱电解质,乙醇不是电解质,说明乙醇分子结构中的—OH的极性比水、苯酚的弱,氢氧键的极性由强到弱的顺序是苯酚>水>乙醇。
9.下列有关共价键对物质化学性质的影响,说法错误的是( )
[A] 乙二酸的酸性强于己二酸的
[B] 一元酸的酸性:一氯乙酸>二氯乙酸
[C] 由酸性:ClCH2COOH>CH3COOH可知,酸性:FCH2COOH>CH3COOH
[D] 氮气稳定性强于白磷(P4)的原因是N≡N的键能大于P—P的键能
【答案】 B
【解析】 烷基是推电子基团,烷基越长,推电子效应越大,羧基中的羟基的极性越小,羧酸的酸性越弱,因此,乙二酸的酸性强于己二酸的,A正确;—Cl为吸电子基团,C—Cl个数越多,使得羧基中的羟基极性越大,羧酸的酸性越强,一元酸的酸性:一氯乙酸<二氯乙酸,B错误;—F和—Cl均为吸电子基团,甲基为推电子基团,F—C的极性大于Cl—C的极性,使得FCH2COOH中的羟基的极性>ClCH2COOH中的羟基的极性>CH3COOH中的羟基的极性,从而使得酸性:FCH2COOH>ClCH2COOH>CH3COOH,C正确;氮气中的 N≡N键能较大,导致氮气化学性质稳定,一般不易与其他物质反应,而白磷中的P—P的键能较小,使得白磷性质活泼,易发生自燃等化学反应,D正确。
综合应用
10.物质的结构决定性质,下列有关分子的结构与性质说法正确的是( )
[A] CO2和XeO2的键角相等
[B] BF3和H2O的VSEPR模型均为四面体形
[C] CF4和SF4组成相似,CF4是非极性分子,SF4是极性分子
[D] CF3COOH的酸性强于CH3COOH的,这与氟原子的推电子效应、—CH3的吸电子效应有关
【答案】 C
【解析】 二氧化碳的空间结构是直线形,键角为180°,XeO2的空间结构是V形,键角小于180°,A错误;BF3的VSEPR模型为平面三角形,H2O的VSEPR模型为四面体形,B错误;CF4是正四面体形结构,正、负电中心重合,是非极性分子,SF4的中心原子S的价层电子对数是5,孤电子对数为1,正、负电中心不重合,是极性分子,C正确;F的吸电子效应使CF3COOH的酸性强于CH3COOH的,—CH3具有推电子效应,D错误。
11.如表为元素周期表前4周期的一部分,下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述正确的是( )
[A] W、R元素单质分子内都存在非极性键
[B] W4呈正四面体形结构,键角为109°28′
[C] 键长W—HW—H
[D] 键长X—HW—H
【答案】 D
【解析】 A项,P的常见同素异形体红磷和白磷的分子中均有非极性键,而Ar是单原子分子,其分子内没有化学键,错误;B项,P4的分子空间结构是磷原子在四个顶点的正四面体,键角为60°,错误;C项,原子半径W>Y,故键长W—H>Y—H,错误;D项,原子半径W>X,故键长W—H>X—H,键长越短,键能越大,故键能X—H>W—H,正确。
12.化学家研究出一种新型复合光催化剂(C3N4/CQDs),能利用太阳光高效分解水,原理如图所示。下列说法正确的是( )
[A] H2O2中存在非极性共价键,是非极性分子
[B] 反应Ⅰ中涉及极性键的断裂和非极性键的形成
[C] 非极性分子中一定有非极性键,极性分子中一定有极性键
[D] H2O是非极性分子
【答案】 B
【解析】 H2O2是极性分子,故A错误;反应Ⅰ是H2O在催化剂作用下反应生成H2和H2O2的过程,涉及极性键H—O的断裂和非极性键H—H、O—O的形成,故B正确;分子的极性与分子内共价键的极性和分子的空间结构密切相关,分子中的正、负电中心是否重合是判断分子极性的依据,正、负电中心重合是非极性分子,不重合是极性分子,如甲烷是只由极性键形成的非极性分子,故C错误;H2O是极性分子,故D错误。
13.酸性是指一种物质在溶剂中能向其他物质提供H+的能力。下列物质的酸性强弱比较正确的是( )
[A] CH3COOH>HCOOH
[B] HCOOH[C] HClO3[D] CH2FCOOH>CH2ClCOOH>CH3COOH
【答案】 D
【解析】 CH3—的推电子效应使CH3COOH酸性弱于HCOOH,A项错误;烷基越长推电子作用越强,使O—H极性越小,导致相应羧酸的酸性减弱,B项错误;同一元素不同价态的含氧酸中非羟基氧原子越多,酸性越强,C项错误;由于电负性F>Cl>H,电负性越大,对应的酸的氢氧键越容易断裂,酸性越强,D项正确。
14.(2024·湖南湘东十校联考)M、Z、R、Q、E是五种原子序数依次递增的短周期元素。已知:M的一种同位素可以用于测定文物的年代;基态R原子含3对成对电子;Q在同周期金属元素中第一电离能最大;基态E原子的3p轨道中含有自旋相反且数目之比为3∶1的电子。下列说法正确的是( )
[A] 原子半径:Z[B] 简单氢化物的沸点:M[C] M形成的氧化物,一定是非极性分子
[D] Q的单质可以在M和R形成的某种化合物中燃烧
【答案】 D
【解析】 M的一种同位素可以用于测定文物的年代,则M为C;基态R原子含3对成对电子,R的电子排布式为1s22s22p4,则R为O、Z为N;Q在同周期金属元素中第一电离能最大,则Q为Mg;基态E原子的3p轨道中含有自旋相反且数目之比为3∶1的电子,基态E原子的价层电子排布式为3s23p4,E为S。原子半径应为Mg>S>N>O,A错误;由于氢键的作用,题述五种元素的简单氢化物中,H2O的沸点最高,B错误;碳形成的氧化物CO为极性分子,C错误;Mg可以在CO2中燃烧,D正确。
15.(23分)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,氮原子位于锥顶,3个氢原子位于锥底,N—H 间的夹角是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分子的结构关系为 (填“相似”或“不相似”),P—H (填“有”或“无”,下同)极性,PH3分子 极性。
(3)(3分)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 (填字母)。
A.该分子呈平面三角形
B.该分子中的化学键为极性键
C.该分子为极性分子
D.因N—Cl的键能大,故NCl3稳定
(4)氰[(CN)2]为无色可燃气体、剧毒、有苦杏仁味,和卤素单质的结构相似,已知氰分子键之间夹角为180°并有对称性,(CN)2的结构式为 ,(CN)2分子为 (填“极性”或“非极性”)分子。氢氰酸(HCN)与异氰酸(H—NCO)中酸性较强的为 。
(5)溴化碘(IBr)的化学性质类似于卤素单质,溴化碘的电子式是 ,它是由 键形成的 分子。
【答案】 (1)非极性
(2)相似 有 有 (3)A
(4)N≡C—C≡N 非极性
异氰酸(或H—NCO)
(5) 极性 极性
【解析】 (1)N4分子是正四面体形结构,是一种非极性分子。
(2)NH3分子与PH3分子结构相似,P—H为不同元素原子之间形成的共价键,为极性键,PH3分子空间结构为三角锥形,正、负电中心不重合,PH3为极性分子。
(3)NCl3中氮原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,该分子为三角锥形,A不正确;N、Cl之间形成的键为极性键,B正确;NCl3分子中正、负电中心不重合,该分子为极性分子,C正确;共价键的键能越大,含有该键的物质越稳定,D正确。
(4)(CN)2的结构式为N≡C—C≡N,是非极性分子。HCN为弱酸,异氰酸(H—NCO)中含有一个非羟基氧原子,N—H极性更强,更易断裂,酸性比HCN强。
(5)I和Br的电负性相差不大,形成的化学键是极性键,电子式为,IBr中正电中心与负电中心不重合,属于极性分子。
16.(12分)在极性分子中,正电中心同负电中心间的距离称为偶极长,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。
请回答下列问题。
(1)HCl、CS2、H2S、SO2四种分子中μ=0的是 。
(2)实验测得:μ(PF3)=1.03、μ(BCl3)=0。由此可知,PF3分子是 结构,BCl3分子是 结构。
(3)GeCl4的空间结构为 形,中心原子采取 杂化,分子为
(填“极性分子”或“非极性分子”)。
【答案】 (1)CS2
(2)三角锥形 平面正三角形
(3)正四面体 sp3 非极性分子
【解析】 这是一道典型的信息给予题,μ=0表示分子的空间结构对称,正、负电中心重合,是非极性分子,μ≠0表示分子的空间结构不对称,正、负电中心不重合,是极性分子。
(1)中只能选CS2,它是一个对称的直线形分子。
(2)中AB3型分子的空间结构只有两种可能,故前者为不对称的三角锥形(极性分子),后者为高度对称的平面正三角形(非极性分子)。
(3)GeCl4的空间结构和CCl4的相似。
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第三节 分子结构与物质的性质
第1课时 共价键的极性
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。
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
强
大
强
[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
越强
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′。
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。
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
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。
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。
归纳拓展
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
(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。
归纳拓展
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
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。
归纳拓展
题点一 共价键的极性判断
1.(2024·浙江余姚中学月考)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.(2025·江苏长泾中学、洛社高中联考)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,p Ka=-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。
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。
归纳拓展
(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—COOH[C] 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)据题中信息可知,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
【解析】 (3)①HCOOH显酸性,H2O显中性,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。
—CHO
②下列物质中,酸性最强的是 (填字母)。
A.HCOOH B.HOCOOH
C.CH3COOH D.C6H13COOH
A
【解析】 ②推电子效应—C6H13>—CH3>—H,HOCOOH是碳酸,
故酸性HCOOH>CH3COOH>HOCOOH>C6H13COOH。
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。
(时间:30分钟 满分:77分)
(选择题1~14题,每小题3分,共42分)
(一)共价键的极性与分子的极性
1.下列属于极性分子的是( )
[A] S8(八元环状分子) [B] CH2Cl2
[C] BF3 [D] CS2
B
【解析】 S8八元环状分子,S和S之间用非极性共价键结合,S8应属于非极性分子,故A不符合题意;CH2Cl2空间结构为四面体形,正、负电中心不重合,属于极性分子,故B符合题意;BF3空间结构为平面三角形,正、负电中心重合,属于非极性分子,故C不符合题意;CS2空间结构为直线形,化学键的极性的向量和为0,正、负电中心重合,属于非极性分子,故D不符合题意。
2.使用微波炉加热,具有使物质受热均匀、表里一致、速度快、热效率高等优点,其工作原理是微波炉内的微波场以几亿的高频改变电场的方向,水分子因而能迅速摆动,产生热效应。这是因为( )
[A] 水分子具有极性共价键
[B] 水分子中有共用电子对
[C] 水由氢、氧两元素组成
[D] 水分子是极性分子
D
【解析】 只有极性分子才能在电场中定向移动,非极性分子几乎不发生定向移动。水分子是由极性键构成的极性分子,故D符合题意。
3.下列说法正确的是( )
[A] 含有非极性键的分子一定是非极性分子
[B] 非极性分子中一定含有非极性键
[C] 由极性键形成的双原子分子一定是极性分子
[D] 两个原子之间共用两对电子,形成的化学键一定有极性
C
4.a、b、c、d四种常见分子均含有14个电子,其有关信息列在下表中:
a b c d
双原子分子、非极性分子;只含非极性键 双原子分子、极性分子;只含极
性键 多原子分子、极性分子;只含极性键 多原子分子、非极性分子;既有非极性键,又有极性键
下列说法符合题目给出的信息的是( )
[A] ①②③④ [B] ④⑤⑥
[C] ②③⑤⑥ [D] ①②③④⑤⑥
A
D
尿素分子式是CO(NH2)2,C与O之间以共价双键结合,其他原子之间以共价单键结合,共价单键都是σ键,共价双键中含有一个σ键和一个π键,则尿素分子中的σ键和π键数目之比为7∶1,D错误。
6.(2024·四川绵阳中学月考)W、X、Y、Z四种短周期元素,原子序数依次增大。四种元素形成的盐(XW4)2Z2Y8是强氧化剂,常用于测定钢中锰的含量。(XW4)2Z2Y8中阴离子的结构如图所示,图中各原子最外层都达到8电子稳定结构。下列说法错误的是( )
[A] 简单离子半径:Y[B] 简单氢化物的沸点:X[C] 第一电离能:Z[D] W与Y形成的二元化合物可能是既含有极性键又含有非极性键的极性分子
B
X、Y、Z的简单氢化物分别是NH3、H2O、H2S,NH3、H2O分子间都存在氢键,水的氢键更多,沸点较高,故沸点:H2O>NH3>H2S,B错误;同主族元素从上到下,第一电离能逐渐减小,所以S的第一电离能小于O的,同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但是第ⅤA族元素为半充满稳定结构,第一电离能大于其同周期相邻元素的,即第一电离能:S(二)共价键的极性与化学性质
7.下列几种有机羧酸按酸性由强到弱的顺序排列正确的是( )
①乙酸(CH3COOH)
②氯乙酸(CH2ClCOOH)
③三氯乙酸(CCl3COOH)
④三氟乙酸(CF3COOH)
[A] ②①④③ [B] ①②③④
[C] ④③②① [D] ③②④①
C
【解析】 由于电负性F>Cl>H,则键的极性C—F>C—Cl>C—H,故三氟乙酸中羧基中的羟基的极性最大,最易电离出氢离子,酸性最强;乙酸中羧基中的羟基的极性最小,酸性最弱。酸性强弱顺序为CF3COOH>CCl3COOH>
CH2ClCOOH>CH3COOH,C正确。
[A] 苯酚>乙醇>水 [B] 乙醇>水>苯酚
[C] 水>苯酚>乙醇 [D] 苯酚>水>乙醇
D
【解析】 苯酚具有弱酸性,说明苯酚分子结构中的—OH 的极性较强,在水溶液中能够发生电离;水属于弱电解质,乙醇不是电解质,说明乙醇分子结构中的—OH的极性比水、苯酚的弱,氢氧键的极性由强到弱的顺序是苯酚>水>乙醇。
9.下列有关共价键对物质化学性质的影响,说法错误的是( )
[A] 乙二酸的酸性强于己二酸的
[B] 一元酸的酸性:一氯乙酸>二氯乙酸
[C] 由酸性:ClCH2COOH>CH3COOH可知,酸性:FCH2COOH>CH3COOH
[D] 氮气稳定性强于白磷(P4)的原因是N≡N的键能大于P—P的键能
B
【解析】 烷基是推电子基团,烷基越长,推电子效应越大,羧基中的羟基的极性越
小,羧酸的酸性越弱,因此,乙二酸的酸性强于己二酸的,A正确;—Cl为吸电子基团,
C—Cl个数越多,使得羧基中的羟基极性越大,羧酸的酸性越强,一元酸的酸性:一氯乙酸<二氯乙酸,B错误;—F和—Cl均为吸电子基团,甲基为推电子基团,F—C的极性大于Cl—C的极性,使得FCH2COOH中的羟基的极性>ClCH2COOH中的羟基的极性>CH3COOH中的羟基的极性,从而使得酸性:FCH2COOH>ClCH2COOH>
CH3COOH,C正确;氮气中的 N≡N键能较大,导致氮气化学性质稳定,一般不易与其他物质反应,而白磷中的P—P的键能较小,使得白磷性质活泼,易发生自燃等化学反应,D正确。
10.物质的结构决定性质,下列有关分子的结构与性质说法正确的是( )
[A] CO2和XeO2的键角相等
[B] BF3和H2O的VSEPR模型均为四面体形
[C] CF4和SF4组成相似,CF4是非极性分子,SF4是极性分子
[D] CF3COOH的酸性强于CH3COOH的,这与氟原子的推电子效应、—CH3的吸电子效应有关
C
综合应用
【解析】 二氧化碳的空间结构是直线形,键角为180°,XeO2的空间结构是V形,键角小于180°,A错误;BF3的VSEPR模型为平面三角形,H2O的VSEPR模型为四面体形,B错误;CF4是正四面体形结构,正、负电中心重合,是非极性分子,SF4的中心原子S的价层电子对数是5,孤电子对数为1,正、负电中心不重合,是极性分子,C正确;F的吸电子效应使CF3COOH的酸性强于CH3COOH的,—CH3具有推电子效应,D错误。
11.如表为元素周期表前4周期的一部分,下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述正确的是( )
[A] W、R元素单质分子内都存在非极性键
[B] W4呈正四面体形结构,键角为109°28′
[C] 键长W—HW—H
[D] 键长X—HW—H
D
【解析】 A项,P的常见同素异形体红磷和白磷的分子中均有非极性键,而Ar是单原子分子,其分子内没有化学键,错误;B项,P4的分子空间结构是磷原子在四个顶点的正四面体,键角为60°,错误;C项,原子半径W>Y,故键长W—H>
Y—H,错误;D项,原子半径W>X,故键长W—H>X—H,键长越短,键能越大,故键能X—H>W—H,正确。
12.化学家研究出一种新型复合光催化剂(C3N4/CQDs),能利用太阳光高效分解水,原理如图所示。下列说法正确的是( )
[A] H2O2中存在非极性共价键,是非极性分子
[B] 反应Ⅰ中涉及极性键的断裂和非极性键的形成
[C] 非极性分子中一定有非极性键,极性分子中一定有极性键
[D] H2O是非极性分子
B
【解析】 H2O2是极性分子,故A错误;反应Ⅰ是H2O在催化剂作用下反应生成H2和H2O2的过程,涉及极性键H—O的断裂和非极性键H—H、O—O的形成,故B正确;分子的极性与分子内共价键的极性和分子的空间结构密切相关,分子中的正、负电中心是否重合是判断分子极性的依据,正、负电中心重合是非极性分子,不重合是极性分子,如甲烷是只由极性键形成的非极性分子,故C错误;H2O是极性分子,故D错误。
13.酸性是指一种物质在溶剂中能向其他物质提供H+的能力。下列物质的酸性强弱比较正确的是( )
[A] CH3COOH>HCOOH
[B] HCOOH[C] HClO3[D] CH2FCOOH>CH2ClCOOH>CH3COOH
D
【解析】 CH3—的推电子效应使CH3COOH酸性弱于HCOOH,A项错误;烷基越长推电子作用越强,使O—H极性越小,导致相应羧酸的酸性减弱,B项错误;同一元素不同价态的含氧酸中非羟基氧原子越多,酸性越强,C项错误;由于电负性F>Cl>H,电负性越大,对应的酸的氢氧键越容易断裂,酸性越强,D项正确。
14.(2024·湖南湘东十校联考)M、Z、R、Q、E是五种原子序数依次递增的短周期元素。已知:M的一种同位素可以用于测定文物的年代;基态R原子含3对成对电子;Q在同周期金属元素中第一电离能最大;基态E原子的3p轨道中含有自旋相反且数目之比为3∶1的电子。下列说法正确的是( )
[A] 原子半径:Z[B] 简单氢化物的沸点:M[C] M形成的氧化物,一定是非极性分子
[D] Q的单质可以在M和R形成的某种化合物中燃烧
D
【解析】 M的一种同位素可以用于测定文物的年代,则M为C;基态R原子含3对成对电子,R的电子排布式为1s22s22p4,则R为O、Z为N;Q在同周期金属元素中第一电离能最大,则Q为Mg;基态E原子的3p轨道中含有自旋相反且数目之比为3∶1的电子,基态E原子的价层电子排布式为3s23p4,E为S。原子半径应为Mg>S>N>O,A错误;由于氢键的作用,题述五种元素的简单氢化物中,H2O的沸点最高,B错误;碳形成的氧化物CO为极性分子,C错误;Mg可以在CO2中燃烧,D正确。
15.(23分)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,氮原子位于锥顶,3个氢原子位于锥底,N—H 间的夹角是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。
非极性
【解析】 (1)N4分子是正四面体形结构,是一种非极性分子。
(2)PH3分子与NH3分子的结构关系为 (填“相似”或“不相似”),P—H
(填“有”或“无”,下同)极性,PH3分子 极性。
相似
有
有
【解析】 (2)NH3分子与PH3分子结构相似,P—H为不同元素原子之间形成的共价键,为极性键,PH3分子空间结构为三角锥形,正、负电中心不重合,
PH3为极性分子。
(3)(3分)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
(填字母)。
A.该分子呈平面三角形
B.该分子中的化学键为极性键
C.该分子为极性分子
D.因N—Cl的键能大,故NCl3稳定
A
【解析】 (3)NCl3中氮原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,该分子为三角锥形,A不正确;N、Cl之间形成的键为极性键,B正确;NCl3分子中正、负电中心不重合,该分子为极性分子,C正确;共价键的键能越大,含有该键的物质越稳定,D正确。
N≡C—C≡N
非极性
(5)溴化碘(IBr)的化学性质类似于卤素单质,溴化碘的电子式是 ,它是由 键形成的 分子。
极性
极性
16.(12分)在极性分子中,正电中心同负电中心间的距离称为偶极长,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。
请回答下列问题。
(1)HCl、CS2、H2S、SO2四种分子中μ=0的是 。
CS2
【解析】 这是一道典型的信息给予题,μ=0表示分子的空间结构对称,正、负电中心重合,是非极性分子,μ≠0表示分子的空间结构不对称,正、负电中心不重合,是极性分子。
(1)中只能选CS2,它是一个对称的直线形分子。
(2)实验测得:μ(PF3)=1.03、μ(BCl3)=0。由此可知,PF3分子是 结构,BCl3分子是 结构。
三角锥形
平面正三角形
【解析】 (2)中AB3型分子的空间结构只有两种可能,故前者为不对称的三角锥形(极性分子),后者为高度对称的平面正三角形(非极性分子)。
(3)GeCl4的空间结构为 形,中心原子采取 杂化,分子为 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
正四面体
sp3
【解析】 (3)GeCl4的空间结构和CCl4的相似。
非极性分子
