高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第三节 分子结构与物质的性质第1课时导学案及答案

第1课时　共价键的极性

必备知识·自主学习

共价键的极性

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。

2.键的极性对化学性质的影响

键的极性对物质的化学性质有重要的影响。羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关。

(1)三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的，这是由于氟的电负性大于氯的电负性，F—C的极性大于Cl—C的极性，使F3—C的极性大于Cl3—C的极性，导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大，更易电离，酸性更强。

(2)烃基是推电子基团，烃基越长推电子效应越大，使羧基中的烃基的极性越小，羧酸的酸性越弱。甲酸的酸性大于乙酸的，乙酸的酸性大于丙酸的……随着烃基加长，酸性的差异越来越小。

(1)含有极性键的分子一定是极性分子吗？含有非极性键的分子一定是非极性分子吗？

提示：不一定。键的极性是由形成化学键的两种元素的电负性决定，而分子的极性既与键的极性有关，也与分子结构有关。含有极性键的分子如果空间结构对称，则化学键的极性向量和为0，属于非极性分子，如甲烷、二氧化碳等；含有非极性键的分子如果含极性键且空间结构不对称，属于极性分子，如N2H4等。

(2)(情境思考)用一带静电的有机玻璃棒靠近甲、乙两种纯液体流，现象如图所示。判断甲、乙两种液体分子的极性如何？

提示：甲是非极性分子，乙是极性分子。有机玻璃棒带电，靠近纯液体流后，乙液体流发生偏离而甲没有，故甲是非极性分子，乙是极性分子。

(3)乙酸()的官能团是，乙酸的酸性说明在乙酸分子结构中哪些共价键的极性较强？

提示：O—H。乙酸的酸性说明O—H键极性较强而容易发生断裂。

关键能力·合作学习

　知识点　共价键的极性 

1.极性键与非极性键

2.化学键极性和分子极性的关系

3.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大多数是非极性分子。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，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。

4.键的极性对化学性质的影响

(1)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。

(2)成键元素的原子吸引电子能力越强，电负性越大，共价键的极性就越强，在化学反应中该分子的反应活性越强，在化学反应中越容易断裂。

已知H2O2的分子空间结构可在二面角中表示，如图所示：

(1)(思维升华)分析H2O2分子中共价键的种类有哪些？

提示：H2O2分子中H—O为极性键，O—O为非极性键。

(2)(情境应用)H2O2分子中正电、负电中心是否重合？H2O2属于极性分子还是非极性分子？

提示：不重合。H2O2属于极性分子。

【典例】(2020·德州高二检测)下列物质中既有极性键又有非极性键的极性分子是(　　)

A.CS2　　　　B.CH4　　　C.H2O2　　　D.CH2＝CH2

【思维建模】解析有关ABx分子极性问题的经验规律如下：

①|中心原子化合价|=中心原子价电子数⇒非极性分子，

②|中心原子化合价|≠中心原子价电子数⇒极性分子。

【解析】选C。CS2分子结构式为S＝C＝S，分子中共价键为碳硫极性键，不存在非极性键，故A错误；CH4分子中共价键为碳氢极性键，不存在非极性键，故B错误；H2O2分子结构式为H—O—O—H，分子中含有氢氧极性共价键和氧氧非极性共价键，但是分子结构不对称，属于极性分子，故C正确；CH2＝CH2中含有碳氢极性键和碳碳非极性键，由于CH2＝CH2分子结构对称，CH2＝CH2分子为非极性分子，故D错误。

(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，只含有极性键。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。

(2)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。

(3)分子的极性判断的方法

【母题追问】丙烯、乙炔中化学键极性如何？分子极性如何？

提示：丙烯是含有极性键和非极性键的极性分子，乙炔是含有极性键和非极性键的非极性分子。

北斗卫星导航系统是中国自行研制并开发的，其中第八颗和第九颗北斗卫星是被长征三号甲运载火箭送入太空预定转移轨道的。已知运送卫星的火箭所需燃料除液态过氧化氢外，还有另一种液态氮氢化合物。已知该化合物中氢元素的质量分数为12.5%，相对分子质量为32，结构分析发现该分子结构中只有单键。

(1)该氮氢化合物的结构式为____________，其中N原子采取____________杂化方式，该分子是__________(填“极性”或“非极性”)分子。 

(2)若该物质与液态过氧化氢恰好完全反应，产生两种无毒又不污染环境的气态物质，在该反应的反应物和生成物中既含有极性键又含有非极性键的是________，只含有非极性键的是________，只含有极性键的是________。 

【解析】(1)由该物质的相对分子质量和氢元素的质量分数可知其分子式为N2H4，它的结构可看作是NH3分子中的一个H原子被—NH2取代后所得，分子的结构式为，分子中的键全部是单键，故N原子的杂化方式与NH3分子中的N原子杂化方式相同，也是sp3杂化，该分子为极性分子。(2)两者反应后生成的物质无毒又不污染环境，故得到的是N2和H2O，反应的化学方程式为N2H4+2H2O2===N2+4H2O，两种反应物中都含有极性键和非极性键，在生成物H2O中只含有极性键，N2中只含有非极性键。

答案：(1)　sp3　极性　(2)N2H4和H2O2　N2　H2O

三言两语话重点

1.共价键的极性判断：成键元素A—A形成非极性键、A—B形成极性键。

2.必记的两种分子极性的判断方法：

(1)非极性分子：空间结构对称的极性键构成的分子和非极性键构成的分子。

(2)极性分子：空间结构不对称的极性键构成的分子。

课堂检测·素养达标

1.下列化合物中，化学键的类型和分子的极性(极性或非极性)皆相同的是(　　)

A.CO2和SO2　　　　　　 B.CH4和PCl3

C.BF3和NH3     D.HCl和HI

【解析】选D。题目所给各物质分子中均为极性键。CO2、CH4、BF3为非极性分子，SO2、PCl3、NH3、HCl、HI为极性分子。

2.两种非金属元素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.

【解析】选D。正四面体形结构，结构对称是非极性分子，A错误；直线形结构，结构对称是非极性分子，B错误；平面正三角形结构，结构对称是非极性分子，C错误；三角锥形结构，结构不对称，正负电荷的重心不能重合，是极性分子，D正确。

3.下列有关分子的叙述中正确的是(　　)

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共价键

【解析】选A。非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子，A正确；CH4、CO2是以极性键结合的非极性分子，B、C、D错误。

4.NH3、H2S等是极性分子，CO2、BF3、CH4等是极性键形成的非极性分子。根据上述事实可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是(　　)

A.分子中不能含有氢原子

B.在ABn分子中A原子的所有价电子都参与成键

C.在ABn分子中每个共价键的键长都相等

D.在ABn分子中A的相对原子质量应小于B的相对原子质量

【解析】选B。CH4为非极性分子却含有氢原子，A错误；NH3、H2S中中心原子分别有1对、2对孤电子对，而CO2、BF3、CH4分子中中心原子均无孤电子对，B正确；NH3、H2S分子中共价键的键长都相等，但NH3、H2S均是极性分子，C错误；CH4中C的相对原子质量大于H的相对原子质量却为非极性分子，D错误。

5.(教材二次开发·教材习题改编)苯酚()具有弱酸性，乙醇是非电解质，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

【解析】选D。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，乙醇是非电解质，说明乙醇分子结构中的—OH的极性比水、苯酚弱，在有机反应中，氧氢键容易断裂的是苯酚，氢氧键的极性由强到弱的顺序是苯酚>水>乙醇。

6.下列物质：①BeCl2，②C2H4，③P4，④BF3，⑤NF3，⑥H2O2，其中含有极性键的非极性分子是(　　)

A.①③④    B.②③⑥

C.①②④    D.③④⑤

【解析】选C。BeCl2、C2H4、BF3是含有极性键的结构对称的非极性分子，P4分子中只含有非极性键，NF3、H2O2含有极性键，其结构不对称，为极性分子。

7.下列物质的分子中，都属于含极性键的非极性分子的是(　　)

A.CO2、H2S  B.C2H4、CH4

C.Cl2、C2H2  D.NH3、HCl

【解析】选B。H2S是极性分子，Cl2分子中无极性键，NH3、HCl属于极性分子。

8.X、Y为两种短周期元素，其原子的最外层电子数分别是1和6，则X、Y两种元素形成的常见化合物或者离子不可能是(　　)

A.只含极性键的共价化合物

B.含非极性键的共价化合物

C.阴、阳离子个数之比为1∶1的离子化合物

D.可形成双核离子或者四核离子

【解析】选C。短周期元素X原子的最外层电子数为1，则X可能为H、Li、Na；短周期元素Y的最外层电子数为6，则Y可能为O、S。X、Y可形成只含极性键的共价化合物H2O，A正确；X、Y形成的含非极性键的共价化合物为H2O2，B正确；X、Y形成的离子化合物可能为Na2O、Na2O2、Na2S等，阴、阳离子个数比都为1∶2，C错误；X、Y形成的双核离子为OH-，形成的四核离子为H3O+，D正确。

素养新思维

9.科学家发现在特殊条件下，水能表现出许多种有趣的结构和性质。

(1)使用微波炉加热，具有使受热物质均匀，表里一致、速度快、热效率高等优点，其工作原理是通电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。

一定条件下给水施加一个弱电场，常温常压下水结成冰，俗称“热冰”，其计算机模拟图如下：

使水结成“热冰”采用“弱电场”的条件，说明水分子是____________分子(填“极性”或“非极性”)。 

(2)用高能射线照射液态水时，一个水分子能释放出一个电子，同时产生一种阳离子。产生的阳离子具有较强的氧化性，试写出该阳离子与SO2的水溶液反应的离子方程式_______________；该阳离子还能与水作用生成羟基，经测定此时的水具有酸性，写出该过程的离子方程式___________________。 

【解析】(1)只有极性分子才能在电场中定向移动，在电场作用下的凝结，说明水分子是极性分子。(2)由水分子释放出电子时产生的一种阳离子，可以表示成H2O+，因为氧化性很强，氧化SO2生成硫酸，2H2O++SO2===4H++ SO，根据信息和电荷守恒，H2O++H2O===H3O++—OH

答案：(1)极性　(2)2H2O++SO2===4H++ SO　H2O++H2O===H3O++—OH