人教版高中化学选修3教学讲义,复习补习资料(含知识讲解,巩固练习):05分子的性质(基础)

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名称 人教版高中化学选修3教学讲义,复习补习资料(含知识讲解,巩固练习):05分子的性质(基础)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 化学
更新时间 2019-12-29 22:27:30

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文档简介

分子的性质
【学习目标】
1、知道极性共价键和非极性共价键;结合常见物质分子立体结构会判断极性分子和非极性分子。
2、理解范德华力、氢键的概念及其对物质性质的影响。
3、从分子结构的角度,认识“相似相溶”规律。
4、了解“手性分子”的结构及其在生命科学等方面的应用。
5、能用分子结构的知识解释无机含氧酸分子的酸性。
【要点梳理】
要点一、共价键的极性--极性键和非极性键
1、分类依据:
 共用电子对是否偏移,发生偏移为极性键;不发生偏移为非极性键。
 说明:极性键中共用电子对偏向的一方带负电荷用δ-表示;共用电子对偏离的一方带正电荷用δ+表示。
2、判断技巧:
形成共价键的两原子是否为同种原子,如相同,为非极性键;如不同,为极性键。
原子电负性(元素非金属性)差值越大的,共用电子对偏移程度大,键的极性就越大。
要点诠释:化学键类型和物质类别的关系
1)、不含有化学键的物质:稀有气体分子。
2)、只含非极性共价键的物质:同种非金属元素构成的单质。如:H2、P4、金刚石等
3)、只含极性共价键的物质:一般是不同非金属元素构成的共价化合物。如:HCl、NH3等
4)、既有非极性共价键又有极性共价键的物质:如:H2O2、C2H2、CH3CH3、C6H6等
5)、只含有离子键的物质:活泼金属与活泼非金属元素形成的化合物。如:Na2S、CsCl、K2O、NaH等
6)、既有离子键又有非极性键的物质:如:Na2O2、CaC2等
7)、既有离子键又有极性键的物质:如:NaOH
8)、有离子键、共价键、配位键组成的物质:如:NH4Cl
要点二、分子的极性
1、非极性分子:
 正负电荷中心重合的分子称为非极性分子,它的分子中各个键的极性的向量和等于零。
 例如:X2型双原子分子(如H2、Cl2、Br2等)、XYn型多原子分子中键的极性互相抵消的分子(如CO2、CCl4等)都属非极性分子。
2、极性分子:
 正负电荷中心不重合的分子称为极性分子,它的分子中各个键的极性向量和不等于零。
 例如:XY型双原子分子(如HF、HCl、CO、NO等),XYn型多原子分子中键的极性不能互相抵消的分子(如SO2、H2O、NH3等)都属极性分子。
3、分子极性的判断方法:
  (1).全部由非极性键构成的分子一般是非极性分子。(O3例外)
  (2).由极性键构成的双原子分子一定是极性分子。
  (3).在含有极性键的多原子分子中,如果结构对称则键的极性得到抵消,其分子为非极性分子。
   如果分子结构不对称,则键的极性不能完全抵消,其分子为极性分子。
  (4).ABn型分子极性简便判别方法
  A.孤对电子法
  在ABn型分子中,若中心原子A无孤对电子(未成对电子),则是非极性分子,若中心原子A有孤对电子则是极性分子。
  例如:CO2、CH4、SO3中心原子(C、S)无孤对电子,是非极性分子。而像H2O、NH3、NP3中心原
子(O、N)有孤对电子,则为极性分子。
  B.空间形状法
  具有平面三角形、直线形、正四面体形等完全对称结构的分子为非极性分子;而折线形、三角锥形等非完全对称型分子为极性分子。
  例如:SO3、BF3(平面三角形),CO2、CS2(直线形)、CH4、CCl4(正四面体形)的分子为非极性分子;H2O、H2S(折线形),NH3、PH3(三角锥形)的分子是极性分子。
  
C.化合价法
  ABn型分子中中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价电子数(最高正价)时,该分子为非极性分子。
  例如:PCl5中P的化合价为+5价,所以PCl5
是非极性分子。PCl3中P的化合价为+3价,所以PCl3
是极性分子。
要点诠释:(1)极性键与极性分子,非极性键与非极性分子不存在对应关系。
 (2)由非极性键形成的双原子、多原子分子,其正电中心和负电中心重合,所以一般都是非极性分子。
 (3)含极性键的分子有没有极性,必须依据分子中极性键的极性向量和是否等于零而定。
要点三、范德华力
1、概念:
 分子之间存在着一种较弱的相互作用,其结合能大约只有几个千卡·摩尔-1,比化学键能约小一二个数量级。气体分子能凝聚成液体或固体,主要就靠这种分子间作用。因为范德华第一个提出这种相互作用,所以常叫做范德华力。
2、影响因素:
 相对分子质量越大,范德华力越强;(主要因素)
 分子的极性越大,范德华力越强。
3、对物质性质的影响。
对于结构相似的物质来说,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔点、沸点也越高
要点四、氢键
1、概念:
 氢原子与电负性很大、半径很小的原子X(F,O,N)以共价键形成强极性键H-X,这个氢原子还可以吸引另一个键上具有孤对电子、电负性大、半径小的原子Y,形成具有X-H…Y形式的物质。这时氢原子与Y
原子之间的相互作用叫做氢键(以H…Y表示)。
  分类:分子间氢键与分子内氢键
2、一般分子形成氢键必须具备两个基本条件:
  (1)分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的氢原子。
  (2)分子中必须有带孤对电子,电负性大,原子半径小的元素。
3、影响因素:
  (1)氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关,电负性越大,氢键越强。
  (2)氢键的强弱还和Y的半径大小有关,Y
的半径越小,越能接近H-X键,形成的氢键也越强。
4、氢键的键长和键能:
  氢键的键长是指X-H…Y中X与Y原子的核间距离。
  氢键的键能是指被破坏H…Y键所需要的能量。氢键的键能约为15-30kJmol-1,比一般化学键的键能小得多,和范德华力的数量级相同,比范德华力要大。
5、对物质性质的影响。
 (1)对沸点和熔点的影响
  
在同类化合物中,能形成分子间氢键的物质,其熔点、沸点要比不能形成分子间氢键的物质的熔点、沸点高些。因为要使固体熔化或液体汽化,不仅要破坏分子间的范德华力,还必须提供额外的能量破坏氢键。
 (2)对溶解度的影响
  在极性溶剂中,如果溶质分子和溶剂分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大。
 
说明:分子内氢键的形成,使分子具有环状闭合的结构。一般会使物质的熔沸点下降,在极性溶剂中的溶解度降低。
要点诠释:
I、范德华力与氢键的比较
 
范德华力
氢键
概念
分子之间存在着一种较弱的相互作用
氢原子与电负性很大、半径很小的原子X(F,O,N)以共价键形成强极性键H-X,这个氢原子还可以吸引另一个键上具有孤对电子、电负性大、半径小的原子Y,形成具有X-H…Y形式的物质
存在范围
分子间
某些含强极性键氢化物的分子间(HF、H2O、NH3)或分子内(某些有机物)
强度比较
结合能大约只有几个千卡·摩尔-1,比化学键能约小一二个数量级
氢键的键能约为15-30kJmol-1,比一般化学键的键能小得多,和范德华力的数量级相同,比范德华力要大。
影响强度的因素
相对分子质量越大,范德华力越强;(主要因素)
分子的极性越大,范德华力越强。
(1)氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关。电负性越大,氢键越强。
(2)氢键的强弱还和Y的半径大小有关,Y
的半径越小,越能接近H-X键,形成的氢键也越强。
对物质性质的影响
对于结构相似时的物质来说,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔点、沸点也越高。
(1)对沸点和熔点的影响
(2)对溶解度的影响
II、含范德华力或氢键的物质熔沸点大小比较规律
 (1)组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,熔沸点越高。
   
例如:熔沸点:O2>N2,HI>HBr>HCl,CS2>CO2,CCl4>CH4。
   
说明:有机物中,同系物之间遵循这个规律。
 (2)组成和结构不相似的物质,分子极性越大,熔沸点越高。
   
例如:CO与N2,前者为极性分子后者为非极性分子,所以熔沸点:CO>N2
 (3)在同分异构体中,一般的说,支链越多,熔沸点越低。
 
  例如:沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷
 (4)芳香族化合物中,其熔沸点高低顺序是邻>间>对位化合物。
  
 例如:沸点:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯
 (5)当分子中存在氢键时,其熔沸点会突然增大。
   
例如:沸点HF>HI,H2O>H2Te
要点五、溶解性
1、相似相溶原理
 (1)极性溶剂(如水)易溶解极性物质
 (2)非极性溶剂(如苯、汽油、四氯化碳、酒精等)能溶解非极性物质(Br2、I2等)
 (3)含有相同官能团的物质互溶,如水中含羟基(-OH)能溶解含有羟基的醇、酚、羧酸。
2、影响物质溶解的因素
 (1)内因:相似相溶原理
 (2)外因:影响固体溶解度的主要因素是温度;影响气体溶解度的主要因素是温度和压强。
 (3)其他因素:
   A.如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶解度增大,且氢键越强,溶解性越好。如:NH3。
   B.溶质与水发生反应时可增大其溶解度,如:SO2。
要点六、手性
1、概念
   原子组成和原子排列方式相同,但是不能重合,而互为镜像关系的两种物质,互称为手性异构体
2.手性碳原子的判断
   
同一个C原子连接4个不同的原子或原子团,为手性碳原子
3.手性分子的判断
   一般来说,分子中有手性碳原子即为手性分子。
要点七、无机含氧酸的酸性
1、经验规律:
 将酸改写成(HO)-mROn的形式,n值越大,酸性越强
2、规律:
 同主族,从上向下,非金属性减弱,最高价氧化物对应水化物酸性减弱;
 同周期,从左至右,非金属性增强,最高价氧化物对应水化物酸性增强;
 同一元素,不同价态的元素含氧酸酸性高价大于低价。
【典型例题】
类型一:关于键的极性、分子的极性
例1下列对极性分子和非极性分子的认识是否正确,请用“√”“×”表示
(1)只含非极性键的分子一定是非极性分子


(2)含有极性键的分子一定是极性分子


(3)非极性分子一定含有非极性键


(4)极性分子一定含有极性键


【思路点拨】本题考查共价键的极性以及共价键形成分子的极性,注意区分两者间的差别。
【解析】(1)(4)中O3是个特例。(2)(3)中如CH4这样的分子,正负电荷的中心重合,属于非极性分子,但其分子中的共价键全部都是极性键。
【答案】(1)×(2)×(3)×(4)×
【总结升华】若形成共价键的两个原子相同,则该键必为非极性键;若不同则为极性键。由共价键构成的分子,若高度对称、正负电荷中心重合,则该分子为非极性分子,反之为极性分子。
例2
实验测得
BeCl2为共价化合物,两个Be—Cl键间的夹角为180°。由此可见,BeCl2属于(

 A.由极性键构成的极性分子
    B.由极性键构成的非极性分子
 C.由非极性键构成的极性分子   
D.由非极性键构成的非极性分子
【解析】键角180°说明分子为直线形,正负电荷中心重合为非极性分子;Be、Cl为不同原子,所以两者之间形成的共价键是极性共价键。
【答案】B
举一反三:
【变式1】(2019
四川绵阳一诊)肼(H2N—NH2)和偏二甲肼[H2N—N(CH3)2]均可用作火箭燃料。查阅资料得知,肼是一种良好的极性溶剂,沿肼分子球棍模型的氮氮键方向观察,看到的平面图如下图所示。下列说法不正确的是


A.肼分子中的氮原子采取sp3杂化
B.肼分子中既有极性键又有非极性键
C.肼分子是非极性分子
D.肼与偏二甲肼互称同系物
【解析】A项,NH3中氮原子的杂化类型是sp3,而肼(N2H4)分子可视为NH3中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的,所以肼分子中氮原子的杂化类型也是sp3;B项,肼分子的结构式为,故分子中既有极性键又有非极性键;C项,肼是极性分子因为每个氮原子均有一对孤电子对;D项,肼与偏二甲肼在结构上相似,组成上相差两个CH2原子团,互称同系物。。
【答案】C
【变式2】CH4、NH3、H2O和HF分子中,共价键的极性由强到弱的顺序是

 )
 A.
CH4、NH3、H2O、HF     
B.
HF、H2O、NH3、CH4
 C.
H2O、HF、CH4、NH3     
D.
HF、H2O、CH4、NH3
【解析】非金属性越强,吸引电子的能力越强,电子对偏离的程度越大;所以,共价键的极性强弱与非金属性强弱成正比。因为:非金属性F>O>C>N;所以B正确。
【答案】B
类型二:
有关范德华力、氢键概念的判断和理解
例3(2019
贵阳检测)金属键、共价键、离子键和范德华力是构成物质时粒子间的不同作用力。下列物质中,只含有上述一种作用力的是(
)。
A.干冰
B.氯化钠
C.氢氧化钠
D.碘
【思路点拨】本题考查分子间作用力,明确范德华力和分子间氢键均属于分子间作用力,注意其相同点和不同点。
【解析】干冰和碘均由分子构成,分子内部存在共价键(C=O键和I—I键),分子之间则存在范德华力。氢氧化钠由Na+和OH-构成,阴、阳离子之间的作用为离子键,OH-则是由O和H原子通过共价键结合形成的。氯化钠由Na+和Cl-构成,只存在离子键。
【答案】B
【总结升华】分子间普遍存在范德华力;分子中的氢原子与电负性很大、半径很小的原子如F,O,N等以共价键形成强极性键为氢键。氢键的作用力比范德华力更强。
举一反三:
【变式1】你认为下列说法中正确的是


 A、氢键存在于分子之间,不存在于分子之内
 B、对于组成和结构相似的分子,其范德华力随着相对分子质量的增大而增大
 C、NH3极易溶于水而CH4难溶于水的原因只是因为NH3是极性分子,CH4是非极性分子
 D、冰熔化时只破坏范德华力
【解析】A中:某些有机物分子内也可能形成氢键;C中:除了相似相溶原理,NH3与水分子之间可以形成氢键,也是它极易溶于水的原因。D中水分子间还存在氢键。
【答案】B
类型三:有关物质的溶解性、手性、酸性等的判断和理解
例4
下列说法正确的是


 A.
HF、HCl、HBr、HI的熔点沸点依次升高。
 
B.
H2O的熔点、沸点大于H2S的是由于H2O分子之间存在氢键。
 C.
乙醇分子与水分子之间只存在范德华力。
 D.
氯的各种含氧酸的酸性由强到弱排列为HClO>HClO2>HClO3>HClO4
【思路点拨】本题考查分子物理性质及其影响因素,注意“结构决定性质”的理解。
【解析】A错,因为HF分子间存在氢键,所以沸点最高;C中,乙醇分子间也存在氢键;根据含氧酸的酸性强弱规律:(HO)-mROn中n越大,酸性越强,所以HClO4的酸性是最强的。
【答案】B
【总结升华】物质的溶沸点受分子间作用力影响且正相关;无机含氧酸酸性受经验规律及非金属性影响;分子的手性受连接原子团的影响。
例5下列化合物中含有手性碳原子的是(
)
 A.CF2
   
B.
    C.CH3CH2OH
    D.
【解析】根据手性分子的规律:如果碳原子相连的四个原子或原子团不同时,则该碳原子为手性碳原子;所以,只有D符合题意。
【答案】D
举一反三:
【变式1】下列物质中,难溶于CCl4的是


 A.碘单质   
B.
水   
C.
苯   
D.甲烷
【解析】根据相似相溶规律:A、C、D与CCl4分子都是非极性分子,只有B是极性分子。
【答案】B
4