2.3 分子结构与物质的性质【基础必牢】化学人教版选择性必修2

该高中化学知识清单系统梳理了分子结构与物质性质的知识体系。从共价键极性的分类与影响因素出发，到分子极性的判断方法，再到键极性对化学性质的影响，分子间作用力（范德华力、氢键）对物理性质的作用，最后涵盖溶解性规律及分子手性，形成“结构决定性质”的学习支架。 知识链路以“微观结构-宏观性质”为主线，通过表格对比易混概念（如极性键与非极性键），易错提醒明确认知误区，结合羧酸酸性、物质熔沸点等实例分析，体现科学思维中的证据推理与模型建构，强化化学观念中“结构决定性质”的核心，帮助学生构建系统知识框架。

2.3 分子结构与物质的性质 一、共价键的极性 （1）极性键和非极性键的比较 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）极性键和非极性键的存在 项目 极性键 非极性键 物质类别 共价化合物；部分离子化合物 非金属单质；部分共价化合物；部分离子化合物 实例 HCl、NaOH、NH4Cl等 O2、H2O2、Na2O2等 共价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。 ①同种非金属元素原子间形成的共价键是非极性键；不同种非金属元素原子间形成的共价键是极性键 ②电负性差值越大的两原子形成的共价键的极性越强； ③共用电子对偏移程度越大，键的极性越强。 易错提醒 二、分子的极性 1．极性分子和非极性分子 极性分子 正电中心和负电中心不重合。如H2O、NH3 非极性分子 正电中心和负电中心重合。如BF3、CH4 2．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。 3．分子极性的判断方法 （1）利用化合价法（比较实用） 对于ABn型分子中，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，此时分子的空间结构对称；否则为极性分子，此时分子的空间结构不对称。具体实例如下表所示： 分子式 中心原子 分子极性 化合价绝对值 价电子数 CO2 4 4 非极性分子 BF3 3 3 非极性分子 CH4 4 4 非极性分子 H2O 2 6 极性分子 NH3 3 5 极性分子 SO2 4 6 极性分子 SO3 6 6 非极性分子 PCl3 3 5 极性分子 PCl5 5 5 非极性分子 （2）根据分子所含键的类型及分子的空间结构判断 （3）根据中心原子最外层电子是否全部成键判断 ABm型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，此分子为非极性分子；若未全部成键，存在孤电子对，此分子为极性分子。 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。 对键的极性和分子极性的认识误区 （1）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。 （2）极性分子中一定含有极性键，非极性分子中不一定含有非极性键。如CH4是非极性分子，分子中只含有极性键。 （3）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。 易错提醒 三、键的极性对化学性质的影响 1．键的极性对物质的化学性质有重要影响 由于不同的成键原子间电负性的差异，共用电子对会发生偏移，偏移的程度越大，即共价键的极性越强，在反应中越容易断裂。 2．羧酸的酸性大小与分子组成和结构的关系 （1）含卤素原子的一元羧酸的酸性 ①含相同个数的不同卤素原子的羧酸，卤素原子的电负性数值越大，酸性越强。 ②含不同数目的同种卤素原子的羧酸，卤素原子的数目越多，羧酸的酸性越强。 （2）只含烃基的一元羧酸的酸性：烃基越长，酸性越弱。 （3）只含烃基的多元羧酸的酸性 烃基所含碳原子数越少，羧基个数越多，酸性越强。 酸性强弱 理论解释 三氟乙酸＞三氯乙酸 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的极性更大，更易电离出氢离子 三氯乙酸＞二氯乙酸＞氯乙酸 Cl3C—的极性>Cl2HC—的极性>ClH2C—的极性，极性越强，羧基中的羟基的极性就越大，就越易电离出氢离子 甲酸＞乙酸＞丙酸 烃基是推电子基团，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 3．无机含氧酸酸性强弱与其分子组成和结构的关系 无机含氧酸酸性强弱也可以从键的极性角度加以解释。以P、S、Cl最高价含氧酸为例，它们的分子式为H3PO4、H2SO4、HClO4，结构式写作：，非羟基氧原子(指不与H结合的氧原子)是电负性大的原子，吸引电子能力强，三种酸分子中，P、S、Cl原子结合的非羟基氧原子个数依次增多(分别为1、2、3)，导致羟基的极性依次增大，更易电离出氢离子，所以酸性：H3PO4<H2SO4<HClO4，这也正好与元素周期律的结论相吻合。再如H2SO3与H2SO4，结构式为，硫原子结合的非羟基氧原子个数分别为1、2，同理可分析出酸性：H2SO3<H2SO4。 四、范德华力及其对物质性质的影响 （1）范德华力 概念 物质的分子之间存在着相互作用力，把这类分子间作用力称为范德华力。 特征 ①范德华力广泛存在于分子之间，但只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力。 ②范德华力很弱，比化学键的键能小1~2个数量级。 ③范德华力没有方向性和饱和性。 影响因素 ①一般地，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大。 ②相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大。如CO为极性分子，N2为非极性分子，范德华力：CO>N2。 ③分子组成相同，结构不同的物质(即互为同分异构体),分子的对称性越强，范德华力越小。 （2）范德华力对物质熔、沸点的影响 范德华力主要影响分子构成的物质的熔、沸点等物理性质。一般规律：范德华力越大，物质的熔、沸点越高。而化学键主要影响分子构成的物质的化学性质。 ①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点通常越高。如熔、沸点：F2<Cl2<Br2<I2；CF4<CCl4<CBr4<CI4。 ②分子组成相同的物质(即互为同分异构体)，分子对称性越强，范德华力越小，物质的沸点通常越低。如沸点：对二甲苯<间二甲苯<邻二甲苯。 ③相对分子质量相近的物质，分子的极性越小，范德华力越小，物质的熔、沸点通常越低。如熔、沸点：N2<CO。 五、氢键及其对物质性质的影响 1．概念：由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中的一种，“—”表示共价键，“…”表示形成的氢键。 3．类型：氢键可分为分子内氢键和分子间氢键两类。 （1）邻羟基苯甲醛存在分子内氢键，如图甲。 （2）间羟基苯甲醛存在分子间氢键，如图乙。 4．氢键对物质性质的影响 （1）当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。如第ⅤA～ⅦA族元素的氢化物中，NH3、H2O和HF的熔、沸点比同主族相邻元素的氢化物的熔、沸点高，这种反常现象就是由于它们各自的分子间形成了氢键。 （2）当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将降低。如邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔化时，需要吸收较多的能量，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高于邻羟基苯甲醛的。 （3）氢键对水分子性质的影响 ①水结冰时，体积膨胀，密度。 ②接近沸点时形成“缔合分子”，水蒸气的相对分子质量的测定值比按化学式H2O计算出来的相对分子质量大一些。 （1）分子间作用力不等同于范德华力，对某些分子来说，分子间作用力包括范德华力和氢键。 （2）分子间作用力比化学键弱得多，它主要影响物质的熔点、沸点、溶解性等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。 （3）强度比较：共价键>氢键>范德华力 易错提醒 六、溶解性 1．“相似相溶”规律 （1）“相似相溶”：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CCl4，因为蔗糖、氨、水分子都是极性分子；而萘和碘易溶于CCl4，难溶于水，因为萘、碘、CCl4分子都是非极性分子。 （2）“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。如乙醇分子中的—OH与水分子中的—OH相近，因而乙醇能与水互溶。而戊醇CH3(CH2)4OH中的烃基较大，其中的—OH跟水分子的—OH的相似因素小得多了，因此戊醇在水中的溶解度相比于乙醇的明显减小。 2．溶质(如HF、NH3、乙醇等)与溶剂分子(如水)间若能形成氢键，则溶解度会增加。 七、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，如同左手和右手一样互为镜像，却在三维空间里不能叠合，互称手性异构体。 2．手性分子：有手性异构体的分子。 3．手性碳原子：连接四个互不相同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。用*C来标记。如，R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团。 4．手性分子在生命科学和药物生产方面的应用 （1）合成手性药物。 （2）利用手性催化剂进行手性合成。 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.3 分子结构与物质的性质 一、共价键的极性 （1）极性键和非极性键的比较 分类 极性共价键 非极性共价键 成键原子 元素的原子 元素的原子 电子对 偏移 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）极性键和非极性键的存在 项目 极性键 非极性键 物质类别 共价化合物；部分离子化合物 非金属单质；部分共价化合物；部分离子化合物 实例 HCl、NaOH、NH4Cl等 O2、H2O2、Na2O2等 共价键的极性只取决于成键原子的元素 或电负性的 ，与其他因素无关。 ①同种非金属元素原子间形成的共价键是非极性键；不同种非金属元素原子间形成的共价键是极性键 ②电负性差值越大的两原子形成的共价键的极性越强； ③共用电子对偏移程度越大，键的极性越强。 易错提醒 二、分子的极性 1．极性分子和非极性分子 极性分子 正电中心和负电中心 。如H2O、NH3 非极性分子 正电中心和负电中心 。如BF3、CH4 2．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 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 分子，否则为 分子。 3．分子极性的判断方法 （1）利用化合价法（比较实用） 对于ABn型分子中，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 分子，此时分子的空间结构对称；否则为 分子，此时分子的空间结构不对称。具体实例如下表所示： 分子式 中心原子 分子极性 化合价绝对值 价电子数 CO2 4 4 非极性分子 BF3 3 3 非极性分子 CH4 4 4 非极性分子 H2O 2 6 极性分子 NH3 3 5 极性分子 SO2 4 6 极性分子 SO3 6 6 非极性分子 PCl3 3 5 极性分子 PCl5 5 5 非极性分子 （2）根据分子所含键的类型及分子的空间结构判断 （3）根据中心原子最外层电子是否全部成键判断 ABm型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，此分子为非极性分子；若未全部成键，存在孤电子对，此分子为极性分子。 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。 (1)非极性分子中一定含有非极性键(　　) (2)只含极性键的分子不一定是极性分子(　　) (3)SO2是含有极性键的非极性分子(　　) 【答案】(1)× (2)√ (3)× 易错辨析 对键的极性和分子极性的认识误区 （1）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。 （2）极性分子中一定含有极性键，非极性分子中不一定含有非极性键。如CH4是非极性分子，分子中只含有极性键。 （3）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。 易错提醒 三、键的极性对化学性质的影响 1．键的极性对物质的化学性质有重要影响 由于不同的成键原子间电负性的差异，共用电子对会发生偏移，偏移的程度越大，即共价键的极性 ，在反应中越容易 。 2．羧酸的酸性大小与分子组成和结构的关系 （1）含卤素原子的一元羧酸的酸性 ①含相同个数的不同卤素原子的羧酸，卤素原子的电负性数值越大，酸性 。 ②含不同数目的同种卤素原子的羧酸，卤素原子的数目越多，羧酸的酸性 。 （2）只含烃基的一元羧酸的酸性：烃基越长，酸性 。 （3）只含烃基的多元羧酸的酸性 烃基所含碳原子数越少，羧基个数越多，酸性 。 酸性强弱 理论解释 三氟乙酸＞三氯乙酸 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的极性更大，更易电离出氢离子 三氯乙酸＞二氯乙酸＞氯乙酸 Cl3C—的极性>Cl2HC—的极性>ClH2C—的极性，极性越强，羧基中的羟基的极性就越大，就越易电离出氢离子 甲酸＞乙酸＞丙酸 烃基是推电子基团，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 3．无机含氧酸酸性强弱与其分子组成和结构的关系 无机含氧酸酸性强弱也可以从键的极性角度加以解释。以P、S、Cl最高价含氧酸为例，它们的分子式为H3PO4、H2SO4、HClO4，结构式写作：，非羟基氧原子(指不与H结合的氧原子)是电负性大的原子，吸引电子能力强，三种酸分子中，P、S、Cl原子结合的 (分别为1、2、3)，导致羟基的 ，更易电离出氢离子，所以酸性：H3PO4<H2SO4<HClO4，这也正好与元素周期律的结论相吻合。再如H2SO3与H2SO4，结构式为，硫原子结合的非羟基氧原子个数分别为1、2，同理可分析出酸性：H2SO3<H2SO4。 四、范德华力及其对物质性质的影响 （1）范德华力 概念 物质的分子之间存在着相互作用力，把这类分子间作用力称为范德华力。 特征 ①范德华力广泛存在于分子之间，但只有分子间 时才有分子间的相互作用力。 ②范德华力很弱，比化学键的键能 1~2个数量级。 ③范德华力 方向性和饱和性。 影响因素 ①一般地， 和 相似的分子，相对分子质量越 ，范德华力越 。 ②相对分子质量相同或相近时，分子的极性越 ，范德华力越 。如CO为极性分子，N2为非极性分子，范德华力：CO N2。 ③分子组成相同，结构不同的物质(即互为同分异构体),分子的对称性越 ，范德华力越 。 （2）范德华力对物质熔、沸点的影响 范德华力主要影响分子构成的物质的熔、沸点等 性质。一般规律：范德华力越 ，物质的熔、沸点越 。而化学键主要影响分子构成的物质的 性质。 ①组成和结构相似的物质，相对分子质量越 ，范德华力越 ，物质的熔、沸点通常越 。如熔、沸点：F2<Cl2<Br2<I2；CF4<CCl4<CBr4<CI4。 ②分子组成相同的物质(即互为同分异构体)，分子对称性越 ，范德华力越 ，物质的沸点通常越 。如沸点：对二甲苯<间二甲苯<邻二甲苯。 ③相对分子质量相近的物质，分子的极性越 ，范德华力越 ，物质的熔、沸点通常越 。如熔、沸点：N2<CO。 五、氢键及其对物质性质的影响 1．概念：由已经与电负性很大的原子(如N、F、O)形成共价键的 与另一个 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 中的一种，“—”表示 ，“…”表示形成的 。 3．类型：氢键可分为 氢键和 氢键两类。 （1）邻羟基苯甲醛存在 氢键，如图甲。 （2）间羟基苯甲醛存在 氢键，如图乙。 4．氢键对物质性质的影响 （1）当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将 。如第ⅤA～ⅦA族元素的氢化物中，NH3、H2O和HF的熔、沸点比同主族相邻元素的氢化物的熔、沸点高，这种反常现象就是由于它们各自的分子间形成了氢键。 （2）当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将 。如邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔化时，需要吸收较多的能量，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高于邻羟基苯甲醛的。 （3）氢键对水分子性质的影响 ①水结冰时，体积膨胀，密度。 ②接近沸点时形成“ 分子”，水蒸气的相对分子质量的测定值比按化学式H2O计算出来的相对分子质量 。 （1）分子间作用力不等同于范德华力，对某些分子来说，分子间作用力包括范德华力和氢键。 （2）分子间作用力比化学键弱得多，它主要影响物质的熔点、沸点、溶解性等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。 （3）强度比较：共价键>氢键>范德华力 易错提醒 六、溶解性 1．“相似相溶”规律 （1）“相似相溶”：非极性溶质一般能溶于 溶剂，极性溶质一般能溶于 溶剂。如蔗糖和氨 溶于水， 溶于CCl4，因为蔗糖、氨、水分子都是极性分子；而萘和碘 溶于CCl4， 溶于水，因为萘、碘、CCl4分子都是非极性分子。 （2）“相似相溶”还适用于分子结构的 。如乙醇分子中的—OH与水分子中的—OH相近，因而乙醇能与水互溶。而戊醇CH3(CH2)4OH中的烃基较大，其中的—OH跟水分子的—OH的相似因素小得多了，因此戊醇在水中的溶解度相比于乙醇的 。 2．溶质(如HF、NH3、乙醇等)与溶剂分子(如水)间若能形成 ，则溶解度会增加。 七、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，如同左手和右手一样互为 ，却在三维空间里不能叠合，互称手性异构体。 2．手性分子：有 的分子。 3．手性碳原子：连接四个互不相同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。用*C来标记。如，R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团。 4．手性分子在生命科学和药物生产方面的应用 （1）合成手性药物。 （2）利用手性催化剂进行手性合成。 (1)丁烷易溶于煤油，难溶于水(　 　) (2)手性分子之间，组成相同，官能团不同(　 　) (3)手性分子之间，因分子式相同，其性质也相同(　 　) 【答案】(1) √ (2) × (3) × 易错辨析 学科网（北京）股份有限公司 $