第一课时 键的极性和分子的极性
第三节 分子的性质
第三章 分子结构与性质
核心素养发展目标
1.通过阅读思考、模型认知,知道极性共价键和非极性共价键的形成条件及特点,并能根据分子式正确判断化学键类型。
2.通过讨论交流、问题探究,能结合常见物质分子立体结构,正确判断极性分子和非极性分子,初步认识化学键的极性与分子的极性的关系。
【情景导入】在必修二的学习中,我们了解了共价键,共价键是两个或几个原子通过共用电子产生的作用力。通过上一节内容的学习,我们又知道根据杂化轨道理论,按成键方式又可以将共价键分为σ键和Π键。本节课我将进一步探究键的极性与分子极性有何关系。
活动一、键的极性
【思考交流】共价键可以按多种方式进行分类,谈谈你是如何理解极性共价键和非极性共价键的?
【温馨提示】(1)按照共用电子对是否发生偏移,可将共价键分为极性共价键和非极性共价键。(2)极性键是由不同原子形成的共价键,电子对会发生偏移,这样的共价键是极性共价键,简称极性键。极性键中的两个键合原子,一个呈正电性(δ+),另一个呈负电性(δ-)。(3)非极性键是电子对不发生偏移的共价键是非极性共价键,简称非极性键。相同的成键原子电负性相同,吸引电子对的能力相同,因而共用电子对不发生偏移。
【讨论交流】极性键与非极性键的比较有何异同?并完成下表内容:
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}分子
共价键的极性
分子中正负电荷中心
结论
举例
同核双原子分子
异核双原子分子
异核多原子分子
非极性键
重合
重合
不重合
不重合
分子中各键的向量和为零
分子中各键的向量和不为零
非极性分子
极性分子
非极性分子
极性分子
H2、N2、O2
CO、HF、HCl
CO2、BF3、CH4
H2O、NH3、CH3Cl
极性键
【问题探究1】(1)如何判断极性键和非极性键?
【温馨提示】(1)同种元素的原子间形成的共价键为非极性键,如A—A型;不同种元素的原子间形成的共价键为极性键,如A—B型。
(2)形成化学键时,一般两元素原子的电负性之差Δx=0时为非极性共价键;0<Δx<1.7时为极性共价键;Δx>1.7时为离子键。
【问题探究2】(2)化学键与物质的类别有何关系?
【温馨提示】除稀有气体内部无化学键外,其他物质内部都存在化学键。化学键与物质的类别之间的关系可概括如下:①只含有极性共价键的物质一般是不同种非金属元素形成的共价化合物,如SiO2、HCl、CH4等。
②只含有非极性共价键的物质是同种非金属元素形成的单质,如Cl2、P4、金刚石等。
③既有极性键又有非极性键的共价化合物一般由多个原子组成,如H2O2、C2H4等。
④只含离子键的物质主要是由活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物,如Na2S、CaCl2、NaCl等。
⑤既有离子键又有极性共价键的物质,如NaOH、K2SO4等;既有离子键又有非极性共价键的物质,如Na2O2等。
⑥仅由非金属元素形成的离子化合物,如NH4Cl、NH4NO3等。
⑦金属元素和非金属元素间可能存在共价键,如AlCl3等。
【对应训练】
1.下列叙述中正确的是( )
A.不同种元素的原子形成的分子中不可能含有非极性键
B.离子化合物中不可能含有非极性键
C.只由非金属元素形成的化合物中不可能含有离子键
D.共价化合物中不可能含有离子键
【答案】D【解析】A项,如H2O2中含非极性键,错误;B项,如Na2O2中含非极性键,错误,C项,只由非金属元素形成的化合物如NH4Cl是含有离子键的离子化合物,错误;D项,含有离子键的化合物一定是离子化合物,离子化合物中可能含有共价键,共价化合物中不能含离子键,正确。
2.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:NH3+CO2 +H2O下列有关三聚氰酸的说法正确的是( )
A.分子式为C3H6N3O3
B.分子中既含极性键,又含非极性键
C.属于共价化合物
D.生成该物质的上述反应为中和反应
【答案】C【解析】依据碳原子4价键结构和氮原子3价键结构补上H原子后分别数出C、H、O、N的个数可知:它的分子式为C3H3N3O3,是仅有极性键(不同种元素原子间形成的共价键)形成的共价化合物,故A项、B项错误,C项正确;该反应是非电解质之间的反应,不是酸与碱反应生成盐和水的反应,所以不是中和反应,D项错误。
活动二、分子的极性
【阅读思考】阅读教材P45页内容,思考什么是极性分子和非极性分子?请举例说明。
【温馨提示】(1)极性分子:如果分子中正电中心与负电中心不重合,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,如HCl、NH3等。(2)非极性分子:如果分子中正电中心与负电中心重合,这种分子是非极性分子,如CO2等。(3)思维程序如下:
【讨论交流1】(1)结合教材P45页图2-26,思考键的极性与分子的极性及分子立体构型有何关系?完成下表内容.
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}分子类型
键的极性
分子立体构型
分子极性
代表分子
双原子分子
A2
AB
三原子分子
AB2
四原子分子
AB3
五原子分子
AB4
ABnC4-n
非极性键
极性键
直线(不对称)
直线(对称)
直线(对称)
V形(不对称)
平面三角形(对称)
三角锥形
正四面体(对称)
四面体形(不对称)
非极性
非极性
非极性
极性
极性
极性
极性
非极性
N2等
CO、HF等
CO2、CS2、BeCl2等
H2O、H2S、SO2等
BF3、BCl3、SO3等
NH3、PCl3、NF3等
CH4、SiF4等
CH2Cl2等
【一般规律】:①以极性键结合成的双原子分子是极性分子。如:HCl、HF、HBr;②以非极性键结合成的双原子分子或多原子分子是非极性分子。如:O2、H2、P4、C60;③以极性键结合的多原子分子,有的是极性分子也有的是非极性分子;④在多原子分子中,中心原子上价电子都用于形成共价键,而周围的原子是相同的原子,一般是非极性分子,如CH4。
【讨论交流2】(2)结合教材P46页“科学视野”,思考分子的极性对物质的熔点、沸点、溶解性有何影响?
【温馨提示】①分子的极性对物质的熔点、沸点有一定的影响,分子极性越大,分子间的电性作用越强,克服分子间的引力使物质熔化或汽化所需外界能量就越多,故熔点、沸点越高。②分子的极性对物质的溶解性的影响:相似相溶原理。由于极性分子间的电性作用,使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂,难溶于非极性分子组成的溶剂;非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂,难溶于极性分子组成的溶剂,这个经验规律又叫相似相溶原理。例如:碘易溶于CCl4,难溶于水。
【问题探究1】(1)极性分子带电荷,非极性分子不带电荷。这种观点是否正确?
【温馨提示】不正确。极性分子、非极性分子都显电中性,都不带电荷。由于形成共价键的两个原子的电负性不相同,共用电子对会偏向电负性大的原子一方,导致电负性大的原子一方显部分负电性,电负性小的原子一方显部分正电性,但整个分子仍显电中性。
【问题探究2】(2)单质分子一定是非极性分子,单质分子中一定存在非极性键吗?
【温馨提示】不一定。必须根据组成单质的原子数目与单质的空间构型进行判断。单原子分子,如稀有气体分子Ar,分子内部不存在共价键,Ar是非极性分子。
双原子分子,如Cl2分子,分子内部存在非极性键,Cl2是非极性分子。多原子分子,如O3分子,分子的空间构型是V形,分子内部只存在非极性键,但O3是极性分子;白磷(P4)分子,分子的空间构型是内空的正四面体构型,分子内部只存在非极性键,白磷是非极性分子。
【问题探究3】(3)判定分子极性的一般思路和方法是什么?
【温馨提示】①判断分子极性的一般思路:
②ABm型分子极性的判断方法:
Ⅰ.化合价法:ABn型分子中,中心原子的化合价的绝对值等于该原子的价电子数时,该分子为非极性分子,此时分子的空间结构对称;若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数,则分子的空间结构不对称,该分子为极性分子。具体实例如下:
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}分子
BF3
CO2
SO3(g)
H2O
NH3
SO2
中心原子的化合价的绝对值
3
4
6
2
3
4
中心原子的价电子数
3
4
6
6
5
6
分子极性
非极性
非极性
非极性
极性
极性
极性
Ⅱ.根据键的极性、分子立体构型判断
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}类型
实例
键的极性
立体构型
分子极性
X2
H2、N2
非极性键
直线形
非极性分子
XY
HCl、NO
极性键
直线形
极性分子
XY2 (X2Y)
CO2、CS2
极性键
直线形
非极性分子
SO2
极性键
V形
极性分子
H2O、H2S
极性键
V形
极性分子
XY3
BF3
极性键
平面三角形
非极性分子
NH3
极性键
三角锥形
极性分子
XY4
CH4、CCl4
极性键
正四面体形
非极性分子
Ⅲ.根据中心原子最外层电子是否全部成键判断
中心原子即其他原子围绕它成键的原子。分子中的中心原子最外层电子若全部成键不存在孤电子对,此分子一般为非极性分子;分子中的中心原子最外层电子若未全部成键,存在孤电子对,此分子一般为极性分子。如CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键,它们都是非极性分子。H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键,它们都是极性分子。
注意:(1)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。例如CH4是非极性分子,只有极性键。(2)含有非极性键的分子不一定为非极性分子,如H2O2是含有非极性键的极性分子。
【对应训练】
1.下列叙述正确的是( )
A.NH3是极性分子,分子中氮原子处在3个氢原子所组成的三角形的中心
B.CCl4是非极性分子,分子中碳原子处在4个氯原子所组成的正方形的中心
C.H2O是极性分子,分子中氧原子不处在2个氢原子所连成的直线的中央
D.CO2是非极性分子,分子中碳原子不处在2个氧原子所连成的直线的中央
【答案】C【解析】NH3是三角锥形的分子,A错;CCl4是以碳原子为中心的正四面体形结构,B错;CO2是碳原子在2个氧原子中间的直线形分子,D错;H2O是氧原子在两个氢原子中间的V形分子,C正确。
2.下列叙述不正确的是( )
A.卤化氢分子中,卤族元素的非金属性越强,共价键的极性越强,稳定性也越强
B.以极性键结合的分子不一定是极性分子
C.可确定A2B或AB2型分子是极性分子的依据是含有极性键且分子构型不对称,分子结构为键角小于180°的非直线形结构
D.非极性分子中各原子之间都以非极性键结合
D
【答案】D【解析】本题的易错之处是误认为由极性键构成的分子一定是极性分子而错选B。对比HF、HCl、HBr、HI分子中H—X(X为卤素原子)极性键的强弱可知,卤族元素的非金属性越强,共价键的极性越强,分子稳定性也越强,A项正确;以极性键结合的双原子分子一定是极性分子,但以极性键结合的多原子分子不一定是极性分子,如CO2分子中,两个C=O键(极性键)是对称排列的,两个键的极性相互抵消,CO2是非极性分子,B项正确;A2B型分子如H2O、H2S等,AB2型分子如CO2、CS2等,判断分子是极性分子的依据是分子中有极性键且分子构型不对称,而CO2、CS2为直线形分子,键角为180°,分子构型对称,为非极性分子,C项正确;空间构型对称的非极性多原子分子中可能含有极性键,如CH4,D项错误。
课堂检测
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)不同种非金属双原子间形成的共价键一定是极性键( )
(7)多种非金属原子间既可以形成离子键,也可以形成极性键和非极性键( )
(8)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键,但多个原子间也可能形成离子键( )
(9)分子内共价键越强,分子越稳定,其熔、沸点也越高( )
(10)共价化合物溶于水,分子内共价键被破坏,单质溶于水,分子内共价键不被破坏( )
√
√
×
×
×
×
×
×
×
√
2.下列叙述正确的是( )
A.以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子
B.以极性键结合起来的分子一定是极性分子
C.非极性分子只能是双原子单质分子
D.非极性分子中一定含有非极性键
【答案】A【解析】由非极性键结合起来的双原子分子一定为非极性分子,如氧气、氮气、氯气等,A项正确;以极性键结合起来的分子可能为非极性分子,如甲烷、二氧化碳等,B项错误;非极性分子可能为多原子化合物分子,如甲烷、二氧化碳等,C项错误;非极性分子中可能不含非极性键,如甲烷等,D项错误。
3.下列叙述中正确的是( )
A.NH3、CO、CO2都是极性分子
B.CH4、CCl4都是含有极性键的非极性分子
C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
D.CS2、H2O、C2H2都是直线形分子
【答案】B【解析】CO2是非极性分子,A项错误。非金属性:F>Cl>Br>I,元素的非金属性越强,对应的氢化物越稳定,故HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,C项错误。由价层电子对互斥理论可知,H2O分子的立体构型为V形,D项错误。
4.下列关于粒子结构的描述不正确的是( )
A.H2S和NH3均是价电子总数为8的极性分子
B.HS-和HCl均是含一个极性键的18电子粒子
C.CH2Cl2和CCl4均是正四面体构型的非极性分子
D.1 mol O中含中子、质子、电子各10NA(NA代表阿伏加德罗常数)
【答案】C【解析】CCl4具有正四面体结构,是非极性分子,但CH2Cl2中C—H与C—Cl不同,导致分子不为正四面体结构,故CH2Cl2为极性分子。
5.常温下三氯化氮(NCl3)是一种淡黄色液体,其分子结构呈三角锥形。以下关于三氯化氮的说法中正确的是( )
A.分子中N—Cl键是非极性键
B.分子中不存在孤电子对
C.NCl3分子是极性分子
D.因N—Cl键的键能大,它的沸点高
【答案】C【解析】NCl3电子式 ,N原子上还有一对孤电子对;NCl3分子为极性分子,结构不对称,为三角锥形。N—Cl键为极性键,其键能大说明分子稳定,而物质熔、沸点的高低应受分子间作用力影响,与共价键强弱无关。
谢谢聆听!