2020高中化学 分子的性质（提高）知识讲解学案 新人教版选修3

2020高中化学 分子的性质（提高）知识讲解学案 新人教版选修3

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【高清课堂：分子结构与性质#键的极性与分子的极性】‎ ‎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 6‎ ‎　　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【高清课堂：分子结构与性质#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15-30kJ．mol-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 ‎ 6‎ ‎　　 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15-30kJ．mol-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。‎ 6‎ ‎　　　B．溶质与水发生反应时可增大其溶解度，如：SO2。‎ 要点六、手性【高清课堂：分子结构与性质#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【高清课堂：分子结构与性质#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下列有关叙述中，正确的是 （ ）‎ ‎　A.按共用电子对是否偏移可以把共价键划分为极性键和非极性键 ‎　B.同种元素的原子间形成的共价键一定是极性共价键 ‎　C.极性键肯定没有非极性键牢固 ‎　D.两个原子之间共用两个电子对，形成的化学键一定有极性 ‎【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】B中应该是非极性键;C中键能决定了共价键的稳定性,键的极性反映的是分子中电性分布情况,两者没有必然的联系；D中键的极性表示的是，共用电子对的偏离情况，只要是同种原子，吸引电子的能力是一样的，所以无论共有几对电子，都是非极性共价键。‎ ‎【答案】A ‎【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 NH3分子的空间构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，其理由是（ ）‎ ‎　A　NH3分子是极性分子 ‎　B　NH3分子内三个N—H键的键长相等，键角相等 ‎　C　NH3分子内三个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°18′‎ ‎　D　NH3分子内三个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°‎ ‎【解析】本题可以通过反证法来分析。假设NH3分子是正三角形的平面结构，则其键角应为120°，分子无极性；若NH3分子是极性分子，说明NH3分子不是正三角形的平面结构，故A正确。若键角为107°18′则接近于正四面体的109°28′，说明NH3分子应为三角锥形。‎ ‎【答案】A、C 举一反三：‎ ‎【变式1】下列固体：（1）干冰，（2）石英，（3）白磷，（4）固态四氯化碳，（5）过氧化钠，由具有极性键的非极性分子构成的一组是 （ ）‎ A、（2）（3）（5）　　 B、（2）（3）　　 C、（1）（4）　　 D、（1）（3）（4）（5）‎ ‎【解析】（2）石英:属于直接由原子构成的物质，不存在SiO2分子。（3）白磷：P4‎ 6‎ 中只存在非极性键，属于非极性分子。（5）过氧化钠：属于离子化合物。‎ ‎【答案】C ‎【变式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 ‎【变式3】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　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 ‎【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】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 ‎【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】下列关于范德华力影响物质性质的叙述中，正确的是 （ ）‎ ‎　A.范德华力是决定由分子构成物质熔、沸点高低的唯一因素 ‎　B.范德华力与物质的性质没有必然的联系 ‎　C.范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质 ‎　D.范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素 ‎【解析】氢键会影响物质的熔沸点，所以A不对；范德华力与物质的化学性质无关，主要影响物质的物理性质，但不是决定物理性质的唯一因素，所以B、C不对。‎ ‎【答案】D 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。‎ 6‎ ‎【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 ‎【变式2】有机物CH3COOCH2CH(CH2OH)CHO具有光学特性，也能发生下列反应，请问发生哪种反应后，该有机物仍具有光学活性 （ 　 ）‎ ‎　A. 消去反应　　　　 B. 水解反应 　　　C. 银镜反应　　　 D.加成反应 ‎【解析】在CH3COOCH‎2C＃H(CH2OH)CHO分子中，C＃为手性碳原子；只有发生银镜反应时它的手性才不变。‎ 6‎