高中第三节 分子结构与物质的性质第一课时导学案

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第三节　分子结构与物质的性质第一课时　键的极性和分子的极性、范德华力及其对物质性质的影响[明确学习目标]　1.能利用电负性判断共价键的极性，能根据共价分子的结构特点说明简单分子的某些性质。2.能根据分子结构特点和键的极性，来判断分子的极性，并据此对分子的一些典型性质及其应用作出解释。3.能说明分子间作用力——范德华力对物质熔、沸点等性质的影响。  1．键的极性和分子的极性(1)键的极性分类极性共价键非极性共价键成键原子不同元素的原子同种元素的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 (2)分子的极性①极性分子和非极性分子②键的极性与分子极性之间的关系a．只含非极性键的分子一定是非极性分子(O3除外)。b．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(1)推电子基团的烃基越长，推电子效应越大，使得羧基上的羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱。如：CH3COOH的酸性大于C2H5COOH的酸性大于CH3CH2CH2COOH的酸性。(2)基团的极性越大，使得羧基上的羟基的极性越大，羧酸的酸性越强，如：基团极性的大小顺序为：—CF3>—CCl3>—CHCl2>—CH2Cl，则酸性的强弱顺序为：CF3COOH>CCl3COOH>CHCl2COOH>CH2ClCOOH。3．范德华力及其对物质性质的影响(1)范德华力①概念：分子间普遍存在的相互作用力，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。②特点：范德华力很弱，比化学键的键能小1～2个数量级。③影响因素：分子的极性越大，范德华力越大；结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。(2)范德华力对物质性质的影响范德华力主要影响物质的物理性质，如熔点、沸点，范德华力越大，物质的熔、沸点越高。  1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)PH3分子中的P—H键是非极性键。(　　)(2)SO2、SO3、BF3、NCl3都是极性分子。(　　)(3)极性分子中不可能含有非极性键。(　　)(4)含有极性键的分子一定是极性分子。(　　)(5)非极性分子中一定含有非极性键。(　　)(6)固体碘升华克服的是分子间作用力。(　　)(7)卤素单质、卤素碳化物(CX4)的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大。(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√(7)√解析　(1)不同非金属元素原子之间形成的是极性键，所以P—H键是极性键。(2)SO3、BF3属于非极性分子。(3)极性分子中也可能含有非极性键，如H2O2。(4)含有极性键的分子也可能是非极性分子，如CO2就是由极性键构成的非极性分子。(5)CH4是非极性分子，分子中只存在极性键。2．下列有关范德华力的叙述正确的是 (　　)A．范德华力的实质是一种电性作用，范德华力是一种较弱的化学键B．范德华力与化学键的强弱不同C．稀有气体呈固态时原子间不存在范德华力D．范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量答案　B解析　范德华力是分子间的一种相互作用力，是一种电性作用，但范德华力不属于化学键；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量；范德华力普遍存在于分子间，稀有气体呈固态时存在范德华力。3．下列各组分子中，都属于含极性键的非极性分子的是(　　)A．CO2　H2S  B．C2H4　CH4C．C60　C2H4  D．NH3　HCl答案　B解析　CO2是含有极性键的非极性分子，H2S是含有极性键的极性分子，故A错误；C2H4是含有极性键和非极性键的非极性分子，CH4是含有极性键的非极性分子，故B正确；C60是含有非极性键的非极性分子，C2H4是含有极性键和非极性键的非极性分子，故C错误；NH3是含有极性键的极性分子，HCl是含有极性键的极性分子，故D错误。4．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，N原子位于锥顶，3个H原子位于锥底，N—H键间的夹角是107°。(1)PH3分子与NH3分子的空间结构________(填“相似”或“不相似”)，P—H键________(填“有”或“无”)极性，PH3分子________(填“有”或“无”)极性。(2)NH3与PH3相比，热稳定性更强的是________。答案　(1)相似　有　有　(2)NH3解析　(1)N、P属于同族元素，NH3分子与PH3分子的空间结构相似，均为三角锥形，是极性分子。P—H键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键。(2)由N、P在元素周期表中的位置关系和元素周期律可知，N的非金属性比P的强。由元素的非金属性与简单氢化物的热稳定性的关系可知，NH3的热稳定性比PH3的强。
知识点一　键的极性和分子的极性的判断方法 1．键的极性判断2．分子的极性的判断(1)化合价法：ABm型分子中，中心原子化合价的绝对值等于该元素的价电子数时，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，其分子为极性分子，具体实例如下： 分子BF3CO2PCl5SO3H2ONH3SO2中心原子化合价的绝对值3456234中心原子的价电子数3456656分子极性非极性非极性非极性非极性极性极性极性 (2)根据分子所含键的类型及分子的空间结构判断 分子类型分子式键的极性键角空间结构分子极性双原子分子H2非极性键—直线形非极性分子HCl极性键—直线形极性分子三原子分子H2O极性键105°V形极性分子CO2极性键180°直线形非极性分子四原子分子BF3极性键120°平面三角形非极性分子NH3极性键107°三角锥形极性分子五原子分子CH4极性键109°28′正四面体形非极性分子CH3Cl极性键—四面体形极性分子 (3)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，则不存在孤电子对，此分子一般为非极性分子；若未全部成键，存在孤电子对，此分子一般为极性分子。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。[解析]　H2O2分子中存在2个O—H极性键和1个O—O非极性键，A正确；根据H2O2的空间结构知，H2O2分子中正电中心和负电中心不重合，H2O2为极性分子，B正确；H2O2中两个O原子都分别形成1个氢氧σ键和1个氧氧σ键，每个O原子上还有两对孤电子对，两个O原子均为sp3杂化，C正确；H2O2分子中只有单键，只有σ键，没有π键，D错误。[答案]　D[方法]　判断分子极性的一般思路[练1]　下列关于共价键的叙述中，不正确的是(　　)A．由不同元素的原子形成的共价键一定是极性键B．由同种元素的原子形成的双原子分子中的共价键一定是非极性键C．化合物中不可能含有非极性键D．当氧原子与氟原子形成共价键时，共用电子偏向氟原子答案　C解析　不同元素的原子吸引电子的能力不同，形成极性键。同种元素的原子形成的双原子分子中，两原子吸引电子的能力相同，形成非极性键。某些化合物如Na2O2、H2O2中均含有非极性键。氟原子吸引电子的能力强于氧原子，二者成键时共用电子偏向氟原子。[练2]　下列物质：①MgCl2　②SO2　③白磷　④BF3　⑤NH3　⑥四氯化碳其中含极性键的非极性分子是(　　)A．①②③④⑥  B．①④⑤⑥C．③④⑥  D．④⑥答案　D解析　①MgCl2是离子化合物，故不符合题意； 物质空间结构极性键或非极性键分子极性②SO2V形极性键极性分子③P4正四面体形非极性键非极性分子④BF3平面三角形极性键非极性分子⑤NH3三角锥形极性键极性分子⑥CCl4正四面体形极性键非极性分子 由表格可知④⑥符合题意。 知识点二　范德华力及其对物质性质的影响 　范德华力是分子间普遍存在的一种相互作用。正是因为存在范德华力，才使得许多物质以一定的凝聚态存在，使得自然界变得丰富多彩。1．影响范德华力的因素(1)相对分子质量：一般来说，结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。(2)分子的极性：分子的极性越大，范德华力越大。2．范德华力对物质熔、沸点的影响 物质特点影响规律熔、沸点(举例)组成和结构相似随着相对分子质量的增大→范德华力增大→熔、沸点升高F2<Cl2<Br2<I2相对分子质量相近分子的极性越小→范德华力越小→熔、沸点越低N2<CO [解析]　(1)N2、CO的相对分子质量相同，但是N2为非极性分子，CO为极性分子，极性分子间的范德华力较大，所以N2的沸点比CO的低。 (2)BCl3与BF3的结构相似，相对分子质量大的，其熔、沸点高，所以BCl3的熔、沸点高于BF3。[答案]　(1)低　N2为非极性分子，CO为极性分子，极性分子间的范德华力较强　(2)高　BCl3与BF3的结构相似，BCl3的相对分子质量大[注意]　范德华力很弱，约比化学键的键能小1～2个数量级，分子间作用力的主要特征有以下几个方面：(1)广泛存在于分子之间。(2)只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力(范德华力)，如固体和液体物质中。[练3]　下列关于范德华力的叙述中，不正确的是(　　)A．范德华力的实质是一种电性作用，范德华力是一种化学键B．范德华力普遍存在于分子间，它使许多物质能以一定的凝聚态存在C．范德华力与物质的熔、沸点有关，与物质的稳定性无关D．范德华力是一种较弱的分子间作用力答案　A解析　[练4]　硅烷(SinH2n＋2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示：呈现这种变化关系的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　硅烷分子结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高解析　题图表明相对分子质量越大，沸点越高。  本课归纳总结　　  1．下列共价键中，属于非极性键的是(　　)A．C—H  B．C—Cl  C．C===O  D．N≡N答案　D解析　NN键是由同种非金属元素原子间形成的非极性共价键，D正确。2．下列关于范德华力的叙述正确的是(　　)A．是一种较弱的化学键B．分子间存在的较强的电性作用C．直接影响物质的熔、沸点D．稀有气体的原子间存在范德华力答案　D解析　范德华力是分子间存在的较弱的相互作用，它不是化学键且比化学键弱得多，只能影响由分子构成的物质的熔、沸点；稀有气体为单原子分子，分子之间靠范德华力相结合。3．下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子的是(　　)A．CH4和H2O  B．CO2和HClC．NH3和H2S  D．HCN和BF3答案　C解析　极性键是存在于不同元素原子之间的共价键；极性分子是分子的正电中心和负电中心不重合的分子。NH3是呈三角锥形的极性分子；CO2是呈直线形的非极性分子；H2O、H2S都是呈V形的极性分子；HCl、HCN都是呈直线形的极性分子；CH4是呈正四面体形的非极性分子，BF3是呈平面三角形的非极性分子。4．三氯化硼(BCl3)的熔点为－107 ℃，沸点为12.5 ℃，能水解，其分子中键与键之间的夹角为120°。下列有关叙述正确的是(　　)A．三氯化硼在液态时能导电而在固态时不能导电B．三氯化硼中心原子采用sp杂化C．三氯化硼分子呈正三角形，属于非极性分子D．三氯化硼分子的空间结构类似三氯化磷答案　C解析　三氯化硼是共价化合物，液态时不能导电，A错误；三氯化硼中硼原子为sp2杂化，无孤电子对，分子中键与键之间的夹角为120°，是平面正三角形结构，属于非极性分子，B错误，C正确；PCl3中P为sp3杂化，有1对孤电子对，其空间结构是三角锥形，D错误。5．下列叙述与范德华力无关的是(　　)A．气体物质加压或降温时能凝结或凝固B．通常状况下氯化氢为气体C．氟、氯、溴、碘单质的熔、沸点依次升高D．氯化钠的熔点较高答案　D解析　范德华力主要影响物质的熔、沸点等物理性质。A项，气体物质加压时，范德华力增大，降温时，气体分子的平均动能减小，两种情况下，分子靠自身的动能不足以克服范德华力，从而聚集在一起形成液体甚至固体；B项，氯化氢分子之间的作用力是很弱的范德华力，因此通常状况下氯化氢为气体；C项，一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强，物质的熔、沸点逐渐升高；D项，NaCl中存在的作用力是很强的离子键，所以NaCl的熔点较高，与范德华力无关。6．在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2中：(1)以非极性键结合的非极性分子是________。(2)以极性键相结合，具有直线形结构的非极性分子是________。(3)以极性键相结合，具有三角锥形结构的极性分子是________。(4)以极性键相结合，具有四面体结构的非极性分子是________。(5)以极性键相结合，具有V形结构的极性分子是________。(6)以极性键相结合，而且分子极性最大的是________。答案　(1)N2　(2)CS2　(3)NH3　(4)CH4　(5)H2O(6)HF解析　该题要求判断键的极性、分子的空间结构与分子的极性之间的关系，实质是要掌握分析分子极性的正确思路或方法，就是要明确常见分子的空间结构及其对称性。另外，分子极性强弱与成键原子的电负性有关。 课时作业一、选择题(本题共8小题，每小题只有1个选项符合题意)1．下列分子中含有的电子数与HF分子相同，且只有两个极性共价键的是(　　)A．CO2  B．NH3  C．H2O  D．CH4答案　C解析　HF分子中含有的电子数为10，CO2分子中含有的电子数为22；CO2分子中成键原子不相同，有2个极性共价键，A错误。NH3分子中含有的电子数为10，与HF分子中含有的电子数相同；NH3分子中成键原子不相同，有3个极性共价键，B错误。H2O分子中含有的电子数为10，含有的电子数与HF相同；H2O分子中成键原子不相同，有2个极性共价键，C正确。CH4分子中含有的电子数为10，含有的电子数与HF相同；CH4分子中成键原子不相同，有4个极性共价键，D错误。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(　　) 答案　D解析　A项，如果是甲烷，则为正四面体结构，属于非极性分子；B项，如果是呈直线形的BeCl2，则为非极性分子；C项，如果是BF3，则呈平面三角形，属于非极性分子；D项，呈三角锥形，一定属于极性分子。3．下列叙述中正确的是(　　)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，一定含有非极性键答案　A解析　A正确，如O2、H2、N2等；B错误，以极性键结合起来的分子不一定是极性分子，若分子空间结构对称，正电中心、负电中心重合，就是非极性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等；C错误，CO2、CCl4等分子都是非极性分子，但都不是双原子单质分子；D错误，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2等。4．下列分子中共价键的极性强弱顺序正确的是(　　)A．CH4>NH3>H2O>HFB．HF>H2O>NH3>CH4C．H2O>HF>CH4>NH3D．HF>H2O>CH4>NH3答案　B解析　比较共价键的极性，可比较成键的两个原子吸引电子能力的大小。如果两原子吸引电子的能力相差越大，共用电子对偏移的程度越大，则键的极性越强。题中共价键的极性按H—F、H—O、H—N、H—C的顺序依次减弱，B正确。5．实验测得BeCl2为共价化合物，两个Be—Cl键的夹角为180°，由此可判断BeCl2属于(　　)A．由极性键形成的极性分子B．由极性键形成的非极性分子C．由非极性键形成的极性分子D．由非极性键形成的非极性分子答案　B解析　BeCl2中Be—Cl键是不同元素形成的共价键，为极性键，两个Be—Cl键的夹角为180°，说明分子是对称的，正电荷中心与负电荷中心重合，BeCl2属于非极性分子，故BeCl2是由极性键形成的非极性分子。6．通常状况下，NCl3是一种油状液体，其分子空间结构与氨分子相似，下列有关NCl3的叙述正确的是(　　)A．分子中N—Cl键键长比CCl4分子中C—Cl键键长长B．分子中的所有原子均达到8电子稳定结构C．NCl3分子是非极性分子D．NBr3比NCl3稳定答案　B解析　碳原子的原子半径大于氮原子，所以CCl4中C—Cl键键长比NCl3中N—Cl键键长长，A错误；氮原子与3个氯原子形成3个共价单键，所以NCl3中氮原子最外层电子数为5＋3＝8，氯原子最外层电子数为7＋1＝8，所以氮原子和氯原子均达到8电子稳定结构，B正确；NCl3分子的空间结构与氨分子相似，都是三角锥形结构，氨分子是极性分子，所以NCl3分子也是极性分子，C错误；由于氯原子半径小于溴原子半径，所以N—Cl键键能大于N—Br键，NCl3比NBr3稳定，D错误。7．下列物质熔点最高的是(　　)A．CH4  B．C2H6  C．C3H8  D．C4H10答案　D解析　结构相似的烷烃，相对分子质量越大，熔点越高。8．下列分子均属于极性分子且中心原子均为sp3杂化的是(　　)A．CH4、P4  B．SO2、CHCl3C．PCl3、SO3  D．NH3、H2O答案　D解析　CH4和P4均为非极性分子，A错误；SO2中S原子为sp2杂化，B错误；SO3中S原子为sp2杂化，分子空间结构为平面三角形，为非极性分子，C错误；NH3中N原子为sp3杂化，分子空间结构为三角锥形，为极性分子，H2O中O原子为sp3杂化，分子空间结构为V形，为极性分子，D正确。二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)9．下列物质中既有极性键，又有非极性键的非极性分子是(　　)A．二氧化碳  B．四氯化碳C．过氧化氢  D．乙炔答案　D解析　A项，二氧化碳分子中只有极性键；B项，四氯化碳分子中只有极性键；C项，过氧化氢分子中既有极性键，又有非极性键，但其为极性分子；D项，乙炔中既有极性键，又有非极性键，其分子结构对称且四原子共线，故其为非极性分子。10．下列物质性质的变化规律与分子间作用力无关的是(　　)A．CI4、CBr4、CCl4、CF4的熔、沸点逐渐降低B．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高D．CH3—CH3、CH3—CH2—CH3、CH3CH2CH2CH3的沸点逐渐升高答案　B解析　B项，HF、HCl、HBr、HI的热稳定性与其分子的极性键的强弱有关，而与分子间作用力无关。11．有下列两组命题，其中乙组命题正确且能用甲组命题正确解释的是(　　) 甲组乙组Ⅰ.H—I键的键能大于H—Cl键的键能Ⅱ.H—I键的键能小于H—Cl键的键能Ⅲ.HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力Ⅳ.HI分子间的范德华力小于HCl分子间的范德华力a.HI比HCl稳定b．HCl比HI稳定c．HI的沸点比HCl的高d．HI的沸点比HCl的低 A．Ⅰ　a  B．Ⅱ　bC．Ⅲ　c  D．Ⅳ　d答案　BC解析　键能的大小影响物质的热稳定性，键能越大，物质越稳定。H—Cl键的键能大于H—I键的键能，所以HCl比HI稳定。范德华力影响物质的熔、沸点的高低，范德华力越大，熔、沸点越高。由于HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力，所以HI的沸点比HCl的高。12．科学家发现铂的两种化合物和。实验测得a和b具有不同的特性：a具有抗癌作用，而b没有。则下列关于a、b的叙述正确的是(　　)A．a和b属于同一种物质B．a和b互为同分异构体C．a为极性分子，b为非极性分子D．a和b的空间结构是四面体形答案　BC解析　因为a和b具有不同的特性，所以a和b一定不是同一种物质。性质不同说明结构不同，而a与b的分子式是相同的，所以a和b互为同分异构体。a和b的空间结构若是四面体形，两个氯原子就不存在相邻和相间之分，因此a和b的空间结构只能是平面四边形。根据分子的空间结构，a中正、负电荷中心不重合，为极性分子，b中正、负电荷中心重合，为非极性分子。三、非选择题(本题共2小题)13．在下列物质中：①HCl　②N2　③NH3　④Na2O2　⑤H2O2⑥NH4Cl　⑦NaOH　⑧Ar　⑨CO2　⑩C2H4(1)只存在非极性键的分子是________(填序号，下同)；既存在非极性键又存在极性键的分子是________；只存在极性键的分子是________。(2)只存在单键的分子是________；存在三键的分子是________；只存在双键的分子是________；既存在单键又存在双键的分子是________。(3)只存在σ键的分子是________，既存在σ键又存在π键的分子是________。(4)不存在化学键的是________。(5)既存在离子键又存在极性键的是________；既存在离子键又存在非极性键的是________。答案　(1)②　⑤⑩　①③⑨　(2)①③⑤　②　⑨　⑩(3)①③⑤　②⑨⑩　(4)⑧　(5)⑥⑦　④解析　(1)氮气是由两个氮原子形成的分子，只存在非极性键；H2O2中O—H键是极性键，O—O键是非极性键，C2H4中CC键是非极性键，C—H键是极性键，则既存在非极性键又存在极性键的分子是⑤⑩；HCl、NH3和CO2中只存在极性键。(2)HCl、NH3、H2O2的结构式分别为H—Cl、，所以只存在单键的分子是①③⑤；氮气的结构式为NN，则存在三键的分子是②；CO2中氧原子的最外层有6个电子，能形成两对共用电子对，所以只存在双键的分子是⑨；乙烯的结构式为CHHCHH，既存在单键又存在双键。(3)只存在σ键，即只存在单键，根据上述分析，只存在σ键的分子是①③⑤，含有双键、三键的分子中既存在σ键又存在π键，所以根据上述分析，既存在σ键又存在π键的分子是②⑨⑩。(4)稀有气体是单原子分子，没有化学键，所以不存在化学键的分子是⑧。(5)ΝΗ4Cl、NaOH中既有离子键又有极性共价键，所以既存在离子键又存在极性键的是⑥⑦；Na2O2中既有O—O非极性键，又有Na＋和O之间的离子键，所以既存在离子键又存在非极性键的是④。14．已知和碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第一个长周期，短周期元素Y原子的最外层电子数比内层电子总数少3，它们形成的化合物的分子式是XY4。试回答：(1)X元素的基态原子的核外电子排布式为________________________，Y元素原子最外层电子排布图为______________。(2)若X、Y两元素电负性分别为1.8和3.0，则XY4中X与Y之间的化学键为________(填“共价键”或“离子键”)。(3)XY4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”)。(4)XY4的沸点与SiCl4比较：________(填化学式)的高，原因是____________________________________________________________________________________________。答案　(1)1s22s22p63s23p63d104s24p2(或[Ar]3d104s24p2)　(2)共价键(3)正四面体　sp3　非极性分子(4)GeCl4　组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高解析　第四周期ⅣA族元素为Ge，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，Y元素原子的最外层电子数比内层电子总数少3，Y是氯，Y元素原子最外层电子排布图为。XY4中X与Y形成的是共价键，空间结构为正四面体形，中心原子为sp3杂化，为非极性分子，分子间的作用力是范德华力。