2.3 分子结构与物质的性质(教用Word)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版，单选）

第三节　分子结构与物质的性质 新课程标准 核心素养 1.了解共价键的极性和分子的极性及产生极性的原因,能应用分子结构的知识判断分子的极性。 2.知道范德华力、氢键对物质性质的影响。 3.了解物质的溶解性与分子结构的关系,了解“相似相溶”规律。 4.能够辨认简单的手性分子。 1.宏观辨识与微观探析:能从微观角度理解共价键的极性对分子极性的影响,能说出分子间作用力对分子某些性质的影响,能从微观角度理解溶解性和分子的手性。 2.证据推理与模型认知:通过键的极性及分子间作用力对物质性质的影响的探析,形成“结构决定性质”的认知模型。 课前预习新知 　 知|识|梳|理 知识点一 共价键的极性 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。 (3)键的极性和分子极性的关系。 ①只含非极性键的分子一般是非极性分子。 ②含有极性键的分子有没有极性,必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于零而定,等于零时是非极性分子。 2.键的极性对化学性质的影响。 (1)三氯乙酸的pKa=0.65,三氟乙酸的pKa=0.23,说明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F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大,更易电离出氢离子。 (2)烃基(R—)是推电子基团,烃基越长推电子效应越大,使羧基中的羟基的极性越小,羧酸的酸性越弱。 微思考 臭氧是极性分子还是非极性分子?从结构上如何理解? 提示:臭氧是极性分子;臭氧分子的空间结构与水分子的相似,由于中心氧原子有1个孤电子对,孤电子对对成键电子对排斥力大,故臭氧分子中的共价键是极性键,中心氧原子呈正电性,端位的两个氧原子呈负电性,故其分子具有微弱的极性。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.以非极性键结合的双原子分子一定是非极性分子。 (√) 2.以极性键结合的分子一定是极性分子。 (×) 3.非极性分子只能是双原子单质分子。 (×) 4.非极性分子中,一定含有非极性共价键。 (×) 5.极性分子中不可能含有极性键。 (×) 6.氯乙酸的酸性和三氯乙酸的酸性相同。 (×) 7.甲酸的酸性大于乙酸的。 (√) 知识点二 分子间的作用力 1.范德华力及其对物质性质的影响。 (1)概念。 分子之间普遍存在的相互作用力。 (2)特征。 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。 相对分子质量越大,范德华力越大;分子的极性越大,范德华力越大。 (4)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、沸点。范德华力越大,物质的熔、沸点越高。 2.氢键及其对物质性质的影响。 (1)概念。 已经与电负性很大的原子(如N、F、O)形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力。 (2)表示方法。 氢键通常用X—H…Y表示,其中X、Y为N、O、F,“—”表示共价键,“…”表示形成的氢键。 (3)分类。 氢键可分为分子内氢键和分子间氢键两类。 存在分子内氢键,存在分子间氢键。前者的沸点低于后者。 (4)特征。 氢键不属于化学键,属于一种较弱的作用力,比化学键弱,但比范德华力强。 (5)氢键对物质性质的影响。 氢键主要影响物质的熔、沸点,分子间氢键使物质熔、沸点升高。 3.溶解性。 (1)“相似相溶”规律。 非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂。如蔗糖和氨易溶于水,难溶于四氯化碳。萘和碘易溶于四氯化碳,难溶于水。 (2)影响物质溶解性的因素。 ①外界因素:主要有温度、压强等。 ②氢键:溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。 ③分子结构的相似性:溶质和溶剂的分子结构相似程度越大,其溶解性越好。如乙醇与水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显较小。 ④溶质是否与水反应:溶质与水发生反应,溶质的溶解度会增大。如SO2与水反应生成的H2SO3可溶于水,故SO2的溶解度增大。 微思考 根据下面表格,怎样解释卤素单质从F2~I2的熔点和沸点越来越高? 单质 熔点/℃ 沸点/℃ F2 -219.6 -188.1 Cl2 -101 -34.6 Br2 -7.2 58.78 I2 113.5 184.4 提示:卤素单质分子(都是非极性分子)的结构相似,F2~I2相对分子质量依次增大,范德华力依次增大,其熔、沸点依次升高。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力,故HI的沸点比HCl的高。 (√) 2.CO的沸点大于N2。 (√) 3.氢键是一种特殊的化学键,其键长是指“X—H…Y”中“H…Y”的长度。 (×) 4.H2O的热稳定性大于H2S,是因为H2O分子间存在氢键。 (×) 5.氢键均能使物质的熔、沸点升高。 (×) 6.I2在酒精中易溶,故可用酒精萃取碘水中的碘。 (×) 知识点三 分子的手性 1.手性异构体。 具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如同左手与右手一样互为镜像,却在三维空间里不能重合,互称手性异构体。 2.手性分子。 有手性异构体的分子叫做手性分子。如乳酸()分子。 微思考 手性碳原子的杂化类型是什么? 提示:手性碳原子连接4个不同的原子或原子团,每个碳原子形成4个σ键,所以碳原子采取sp3杂化。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.互为手性异构的分子组成相同,原子排列不同。 (×) 2.手性异构体的性质完全相同。 (×) 3.利用手性催化剂合成可得到或主要得到一种手性分子。 (√) 4.是一种手性分子。 (√) 课堂互动探究 　 探究一 键的极性和分子的极性 1.键的极性。 (1)键的极性具有方向性,由正电荷的中心指向负电荷的中心。 (2)形成极性键的两个键合原子的电负性相差越大,键的极性就越强。如键的极性由强到弱顺序为H—F>H—O> N—H>C—H,H—F>H—Cl>H—Br>H—I。 2.分子的极性与键的极性和分子空间结构的关系。 分子类型 键的 极性 分子空间结构 分子 极性 代表分子 双原子 分子 A2 非极 性键 直线形(对称) 非极性 N2等 AB 极性键 直线形(不对称) 极性 CO、HF等 三原子 分子 AB2 直线形(对称) 非极性 CO2、CS2、BeCl2等 V形(不对称) 极性 H2O、H2S、SO2等 四原子 分子 AB3 平面三角形(对称) 非极性 BF3、BCl3、SO3等 三角锥形(不对称) 极性 NH3、PCl3、NF3等 五原子 分子 AB4 正四面体形(对称) 非极性 CH4、SiF4等 ABnC4-n 四面体形(不对称) 极性 CH2Cl2等 3.分子极性的判断方法。 分子的极性是由分子中所含共价键的极性与分子的空间结构两方面共同决定的。判断分子极性时,可根据以下原则进行: (1)只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子,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。 【例1】　已知N、P均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间的夹角是107°。 (1)N4分子的空间结构为,它是一种　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。  (2)PH3分子中P—H　　　　(填“有”或“无”,下同)极性,PH3分子　　　　极性。  (3)NCl3是一种淡黄色油状液体,下列对NCl3的有关描述不正确的是　　　　(填选项字母)。  A.该分子呈平面三角形 B.该分子中的化学键为极性键 C.该分子为极性分子 D.因N—Cl的键能大,故NCl3较稳定 解析　(1)N4分子是正四面体形结构,是一种非极性分子。(2)P—H为不同元素原子之间形成的共价键,为极性键,PH3分子的空间结构为三角锥形,正、负电中心不重合,PH3为极性分子。(3)NCl3中N原子的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,孤电子对数为1,该分子为三角锥形,A项错误;N、Cl之间形成的键为极性键,B项正确;NCl3分子中正、负电中心不重合,故该分子为极性分子,C项正确;共价键的键能越大,含有该键的物质越稳定,D项正确。 答案　(1)非极性　(2)有　有　(3)A 【变式训练】 1.将下列粒子的符号填入相应的空格内:O2、CO2、H2O、N2、(NH4)2SO4、SiCl4、H2S、C2H4、CH4、Cl2、C2H2、NH3、HCl、H2O2、CH3CH2OH、NaOH、SiO2、CH3Cl。 (1)只含非极性键的非极性分子: 　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)含极性键的非极性分子　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)既含极性键,又含非极性键的非极性分子:　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)含非极性键的极性分子: 　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)含极性键的极性分子: 　　　　　　　　　　　　　　　。  (6)既含极性键,又含非极性键的极性分子: 　　　　　　　　　　　　　　　。  (7)全部由非金属元素组成的离子化合物: 　　　　　　　　　　　　　　　。  答案　(1)O2、N2、Cl2 (2)CO2、SiCl4、C2H4、CH4、C2H2 (3)C2H4、C2H2　(4)H2O2、CH3CH2OH (5)H2O、H2S、NH3、HCl、H2O2、CH3CH2OH、CH3Cl (6)H2O2、CH3CH2OH　(7)(NH4)2SO4 探究二 范德华力、氢键、共价键的比较 范德华力 氢键 共价键 概念 物质分子之间普遍存在的一种作用力 已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很强的原子之间的作用力 原子间通过共用电子对所形成的相互作用 作用 微粒 分子 H与N、O、F 原子 特征 无方向性和饱和性 有方向性和饱和性 有方向性和饱和性 强度 共价键>氢键>范德华力 影响强度 的因素 ①随分子极性的增大而增大 ②组成和结构相似的分子构成的物质,相对分子质量越大,范德华力越大 对于X—H…Y,X、Y的电负性越大,Y原子的半径越小,作用越强 成键原子半径和共用电子对数目。键长越短,键能越大,共价键越稳定 对物质性 质的影响 ①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质 ②组成和结构相似的物质,随相对分子质量的增大,物质的熔、沸点逐渐升高。如CF4<CCl4<CBr4 ①分子间氢键的存在,使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解度增大。如熔、沸点:H2O>H2S ②分子内存在氢键时,降低了物质的熔、沸点 共价键键能越大,分子稳定性越强 【例2】　如图中A、B、C、D四条曲线分别表示第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的气态氢化物的沸点,其中表示第ⅥA族元素气态氢化物沸点的曲线是　　　　;表示第ⅣA族元素气态氢化物沸点的曲线是　　　　;同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物的沸点依次升高,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  A、B、C曲线中第二周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,如果把这些氢化物分子间存在的主要影响沸点的相互作用表示为A—H…B,则A元素一般具有的特点是　　　　　　　　。  解析　第二周期第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的气态氢化物中沸点最高的是水,最低的是甲烷;由题图可知,A、B、C、D曲线中表示第ⅥA族元素气态氢化物沸点的是曲线A;表示第ⅣA族元素气态氢化物沸点的是曲线D。同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物中分子间的范德华力依次增大,所以沸点依次升高。A、B、C曲线中第二周期元素的气态氢化物中分子间都存在氢键,所以它们的沸点显著高于第三周期元素气态氢化物的沸点。 答案　A　D　组成和结构相似,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高　H2O、HF、NH3都存在分子间氢键　电负性大,原子半径小 【变式训练】 2.下列关于范德华力与氢键的叙述中正确的是 (　　) A.任何物质中都存在范德华力,而氢键只存在于含有 N、O、F 的物质中 B.范德华力比氢键的作用还要弱 C.范德华力与氢键共同决定物质的物理性质 D.范德华力与氢键的强弱都只与相对分子质量有关 解析　不是任何物质中都存在范德华力,如氯化钠为离子晶体,其中没有范德华力,只存在离子键,A项错误;范德华力比氢键的作用力要弱,B项正确;只有由分子构成的物质,物质的物理性质才由范德华力与氢键共同决定,C项错误;范德华力的强弱与相对分子质量和分子极性有关,氢键主要与原子电负性的大小和半径大小有关,D项错误。 答案　B 探究三 手性分子 如果1个碳原子所连接的4个原子或原子团各不相同,那么该碳原子称为手性碳原子,用*C来表示,如,R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或原子团。 判断一种有机物是否具有手性异构体,就是看其是否含有连接4个不同原子或原子团的(手性)碳原子。 【例3】　手性分子往往具有一定光学活性。乳酸分子是手性分子,例如。乳酸中的手性碳原子是 (　　) A.① B.② C.③ D.②③ 解析　②号碳原子连接—CH3、—H、—COOH、—OH四种不同的基团。 答案　B 【变式训练】 3.在有机物分子中含有　　　　个手性碳原子。该有机物与乙酸发生酯化反应,生成的有机物的结构简式是　　　　　　　　　　　　　　,它　　　　(填“有”或“没有”)光学活性。  解析　分子中连接CH3COOCH2—、—H、—CH2CHO、—CH2OH 4个不同原子团的碳原子是手性碳原子;发生酯化反应后,—CH2OH变为,原来的手性碳原子上连接了2个相同的基团,不再是手性碳原子,因而没有光学活性。 答案　1　　没有 随堂达标自测 　 1.下列物质中,既含有极性键又含有非极性键的是　 (　　) A.CO2 B.CH4 C.C2H4 D.NH4Cl 解析　CO2、CH4中只含有极性键;C2H4中含有极性键和非极性键;NH4Cl中含有极性键和离子键。 答案　C 2.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 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,正电中心与负电中心重合,BeCl2属于非极性分子,故BeCl2是由极性键形成的非极性分子。 答案　B 3.下列有关范德华力的叙述正确的是 (　　) A.范德华力的实质也是一种相互作用,所以范德华力是一种特殊的化学键 B.范德华力与化学键的区别是作用力的强弱不同 C.任何分子间在任意情况下都会产生范德华力 D.范德华力非常微弱,故破坏范德华力不需要消耗能量 解析　范德华力的实质是一种相互作用,但范德华力是分子间较弱的作用力,不是化学键,A项错误;化学键是微粒间强烈的相互作用,范德华力是分子间较弱的作用力,B项正确;若分子间的距离足够远,则分子间没有范德华力,C项错误;虽然范德华力非常微弱,但破坏它时也要消耗能量,D项错误。 答案　B 4.下列与氢键有关的说法错误的是 (　　) A.卤化氢中HF沸点较高,是由于HF分子间存在氢键 B.邻羟基苯甲醛()的熔、沸点比对羟基苯甲醛()的熔、沸点低 C.氨水中存在分子间氢键 D.形成氢键A—H…B的三个原子总在一条直线上 解析　HF分子间存在氢键F—H…F,使氟化氢分子间的作用力增大,所以卤化氢中氟化氢的沸点较高,A项正确;邻羟基苯甲醛可形成分子内氢键,而对羟基苯甲醛可形成分子间氢键,所以邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点低,B项正确;氨水中氨分子之间、水分子之间以及氨分子与水分子之间都存在氢键,即N—H…N、O—H…O, N—H…O、O—H…N四种氢键,C项正确;氢键具有一定的方向性,但形成氢键的原子不一定在一条直线上,如,D项错误。 答案　D 5.溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中的大,这是因为 (　　) A.溴单质和四氯化碳中都含有卤素原子 B.Br2是单质,CCl4是化合物 C.Br2是非极性分子,CCl4也是非极性分子,而水是极性分子 D.Br2、CCl4都是有机物,而H2O是无机物 解析　CCl4和Br2都是非极性分子,而H2O是极性分子,根据“相似相溶”规律可知溴单质在水中溶解度很小,但在CCl4中溶解度很大。 答案　C 6.下列分子中,不含手性碳原子的是 (　　) A. B. C. D.CH3CHClCH2CHO 解析　在有机物分子中,连接着四个不同的原子或基团的碳原子就是手性碳原子。A、C、D三项中均有碳原子连有四个不同的原子或基团,B项中不含有手性碳原子。 答案　B 7.过氧化氢(H2O2)是一种医用消毒杀菌剂,已知H2O2分子的结构如图所示:H2O2分子不是直线形的,两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上,书面夹角为93°52',而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52'。回答下列问题: (1)下列关于H2O2的说法中正确的是　　　　(填选项字母)。  A.分子中有极性键 B.分子中有非极性键 C.氧原子的轨道发生sp2杂化 D.分子是非极性分子 (2)H2O2分子间易形成氢键,该氢键的表示式是　　　　。  (3)H2O2难溶于CS2,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)H2O2易溶于水,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)H2O2分子中氧元素的化合价为　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  解析　(1)在H2O2中H—O键为极性键,O—O键为非极性键;根据H2O2的空间结构可知,H2O2为极性分子;O原子价层电子对数为×(6-2)+2=4,O原子为sp3杂化。(2)H2O2中含有H—O键,故分子间能形成氢键,表示为H—O…H。(3)H2O2为极性分子,CS2为非极性分子,根据“相似相溶”规律知H2O2难溶于CS2。(4)H2O2和H2O分子均为极性分子,且H2O2与H2O分子之间易形成氢键,因此H2O2易溶于水。(5)只有共用电子对发生偏移才能决定元素在化合物中的化合价。 答案　(1)AB　(2)H—O…H (3)H2O2为极性分子,CS2为非极性分子,根据“相似相溶”规律可知H2O2难溶于CS2 (4)H2O2易与H2O分子间形成氢键,且H2O和H2O2均为极性分子 (5)-1　O—O键为非极性键,O—H键为极性键,共用电子对偏向于氧,故氧元素显-1价 学科网（北京）股份有限公司 $$