高中化学人教版选修3教案第3节 第1课时 键的极性和分子的极性 范德华力和氢键附答案Word文档格式.docx

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[认知升华]

1．分子的极性与键的极性和分子立体构型的关系

分子类型

键的极性

分子立体构型

分子极性

代表分子

双原子分子

A2

非极性键

直线（不对称）

非极性

N2等

AB

极性键

直线（对称）

极性

CO、HF等

三原子分子

AB2

CO2、CS2、BeCl2等

V形（不对称）

H2O、H2S、SO2等

四原子分子

AB3

平面三角形（对称）

BF3、BCl3、SO3等

三角锥形

NH3、PCl3、NF3等

五原子

分子

AB4

正四面体（对称）

CH4、SiF4等

ABnC4－n

四面体形（不对称）

CH2Cl2等

2.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；

立体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、PCl5为非极性分子；

H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分子。

[题组·

冲关]

题组1　键的极性与分子极性的关系

1．下列原子跟氢原子形成的化学键中，极性最强的是（　　）

A．F　　　　　　　　B．Cl

C．ND．O

【解析】　与H元素相比，得电子能力越强的元素跟氢原子形成的化学键极性越强。

由于F的得电子能力最强，故F原子跟氢原子形成的化学键极性最强。

【答案】　A

2．下列分子属于含有极性键的非极性分子的是（　　）

A．O2B．NH3

C．H2O2D．C2H2

【解析】　O2分子中只有非极性键，A项错误，NH3、H2O2含有极性键，但都是极性分子，B、C两项都错；

C2H2含有极性键C—H键，但是C2H2分子是非极性分子，D项正确。

【答案】　D

3．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SO2B．CH4和PH3

C．BF3和NH3D．HCl和HI

【解析】　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、PH3、NH3、HCl、HI为极性分子。

题组2　分子极性的判断方法

4．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，这是因为（　　）

A．水分子具有极性共价键

B．水分子中有共用电子对

C．水由氢、氧两元素组成

D．水分子是极性分子

【解析】　只有极性分子才能在电场中定向移动，非极性分子几乎不发生定向移动。

水分子是由极性键构成的极性分子，故选D。

5．X、Y为两种不同元素，由它们组成的下列物质的分子中，肯定有极性的是（　　）

A．XY4B．XY3

C．XY2D．XY

【解析】　XY为直线形分子，不同种元素对电子对吸引能力不同，分子必有极性。

　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，约比化学键的键能小1～2个数量级。

3．影响因素

（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。

（2）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。

（1）CCl4、SiCl4、SnCl4的稳定性为什么逐渐减弱？

而它们的沸点逐渐升高？

【提示】　分子稳定性取决于键长和键能，CCl4、SiCl4、SnCl4中的键长逐渐变长，键能逐渐减小，分子稳定性减弱；

由分子构成的物质的沸点取决于分子间作用力的大小，CCl4、SiCl4、SnCl4的组成和结构相似，随相对分子质量的增大，它们分子间的作用力逐渐增大，沸点逐渐升高。

（2）为什么HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱而熔沸点依次升高？

【提示】　HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键键能依次减小，熔沸点依次升高是由于范德华力依次增大。

分子间作用力对物质性质的影响

1．对物质熔、沸点的影响：

一般来说，组成和结构相似的分子构成的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高。

2．对物质溶解性的影响：

物质与水分子间的作用力越大，物质在水中的溶解度越大。

3．极性分子易溶于极性溶剂中，非极性分子易溶于非极性溶剂中。

1．人们熟悉的影片《蜘蛛侠》为我们塑造了一个能飞檐走壁、过高楼如履平地的蜘蛛侠，现实中的蜘蛛能在天花板等比较滑的板面上爬行，蜘蛛之所以不能从天花板上掉下的主要原因是（　　）

A．蜘蛛脚的尖端锋利，能抓住天花板

B．蜘蛛的脚上有“胶水”，从而能使蜘蛛粘在天花板上

C．蜘蛛脚上的大量细毛与天花板之间的范德华力这一“黏力”使蜘蛛不致坠落

D．蜘蛛有特异功能，能抓住任何物体

【解析】　蜘蛛不能掉下的根本原因是蜘蛛脚上的大量细毛与天花板之间存在范德华力。

【答案】　C

2．下列关于范德华力的叙述中，正确的是（　　）

A．范德华力的实质也是一种电性作用，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强弱不同

C．任何分子间都会产生范德华力

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】　范德华力普遍存在于分子之间，但也必须满足一定的距离要求，若分子间距足够大，分子之间也难以产生相互作用。

【答案】　B

3．下列说法中正确的是（　　）

A．分子间作用力越大，分子越稳定

B．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高

C．相对分子质量越大，其分子间作用力越大

D．分子间只存在范德华力

【解析】　分子间作用力主要影响物质的物理性质，化学键主要影响物质的化学性质，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高，B正确，A不正确；

分子的组成和结构相似时，相对分子质量越大，其分子间作用力越大，C不正确；

分子间不只有范德华力，D不正确。

4．PH3一种无色剧毒气体，其分子结构和NH3相似，但P—H键键能比N—H键键能低。

下列判断错误的是（　　）

A．PH3分子呈三角锥形

B．PH3分子是极性分子

C．PH3沸点低于NH3沸点，因为P—H键键能低

D．PH3分子稳定性低于NH3分子，因为N—H键键能高

【解析】　PH3同NH3构型相同，因中心原子上有一对孤电子对，均为三角锥形，属于极性分子，故A、B项正确；

PH3的沸点低于NH3，是因为NH3分子间存在氢键，C项错误；

PH3的稳定性低于NH3，是因为N—H键键能高，D项正确。

氢键及其对物质性质的影响

氢键是除范德华力外的另一种分子间作用力，它是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A—H…B—表示，其中A、B为N、O、F中的一种，“—”表示共价键，“…”表示形成的氢键。

3．特征

（1）氢键不属于化学键，键能较小，比化学键的键能小1～2个数量级，但比范德华力强。

（2）氢键具有一定的方向性和饱和性。

4．类型

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。

5．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。

（2）当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将下降。

（3）氢键也影响物质的电离、溶解等过程。

有机物A（

）的结构可以表示为

（虚线表示氢键），而有机物B（

）只能形成分子间氢键。

（1）工业上用水蒸气蒸馏法将A和B进行分离，首先被蒸出的成分是哪一种？

为什么？

【提示】　首先被蒸出的物质为A。

因为A易形成分子内氢键，B易形成分子间氢键，所以B的沸点比A的高。

（2）在第ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的氢化物中，为什么NH3、H2O、HF三者的相对分子质量分别小于同主族其他元素的氢化物，但熔、沸点却比其他元素的氢化物高？

【提示】　因为NH3、H2O、HF三者的分子间能形成氢键，同主族其他元素的氢化物不能形成氢键，所以它们的熔点和沸点高于同主族其他元素的氢化物。

范德华力、氢键、化学键的比较

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静电作用

原子间通过共用电子对所形成的相互作用

作用微粒

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

强度

共价键>

氢键>

影响

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

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，降低物质的熔、沸点

共价键键能越大，分子稳定性越强

1．关于氢键，下列说法正确的是（　　）

A．氢键比分子间作用力强，所以它属于化学键

B．冰中存在氢键，水中不存在氢键

C．分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高

D．H2O是一种非常稳定的化合物，这是由于氢键所致

【解析】　氢键属于分子间作用力，其大小介于范德华力和化学键之间，不属于化学键，分子间氢键的存在，加强了分子间作用力，使物质的熔、沸点升高，A项错误，C项正确；

在冰和水中都存在氢键，而H2O的稳定性主要是由分子内的O—H的键能决定，B、D项错误。

2．电影《泰坦尼克号》讲述了一个凄婉的爱情故事，导致这一爱情悲剧的罪魁祸首就是冰山。

以下对冰的描述中不正确的是（　　）

A．冰形成后，密度小于水，故冰山浮在水面上，导致游轮被撞沉

B．在冰中存在分子间氢键，导致冰山硬度大，能撞沉游轮

C．在冰中每个水分子能形成四个氢键

D．在冰中含有的作用力只有共价键和氢键

【解析】　水在形成冰时，由于氢键的存在，使得密度减小，故冰浮在水面上；

在冰中每个水分子形成四个氢键，它们分别为水分子中每个O原子能与两个氢原子形成两个氢键，而分子中的两个氢原子分别与另外的水分子中的氧原子形成氢键；

在水分子内含有O—H共价键，水分子间存在氢键，同时也存在范德华力等分子间作用力。

3．下列现象与氢键有关的是（　　）

①NH3的熔、沸点比第ⅤA族其他元素氢化物的高

②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶

③冰的密度比液态水的密度小

④尿素的熔、沸点比醋酸的高

⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低

⑥水分子高温下也很稳定

A．①②③④⑤⑥　　　　　B．①②③④⑤

C．①②③④D．①②③

【解析】　氢键不是化学键，一般影响物质的物理性质，分子的稳定性与化学键强弱有关系，因此⑥与氢键无关系，答案选B。

4．水分子间存在一种叫“氢键”的作用（介于范德华力与化学键之间）彼此结合而形成（H2O）n。

在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体。

（1）1mol冰中有________mol“氢键”。

（2）水分子可电离生成两种含有相同电子数的微粒，其电离方程式为：

_________________________________________________________________。

已知在相同条件下双氧水的沸点明显高于水的沸点，其可能的原因是

_____________________________________________________________。

（3）氨气极易溶于水的原因之一也与氢键有关。

请判断NH3溶于水后，形成的NH3·

H2O的合理结构是下图的（a）还是（b）？

________。

【解析】　

（1）每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，故每个水分子形成的氢键数为4/2＝2。

（3）从一水合氨的电离特点确定。

【答案】　

（1）2　

（2）H2O＋H2O

H3O＋＋OH－　双氧水分子之间存在更强烈的氢键　（3）b

【规律总结】　

（1）对物质熔、沸点的影响：

分子间存在氢键的物质，物质的熔、沸点明显高，如NH3>

PH3；

同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高，如邻羟基苯甲酸<

对羟基苯甲酸。

（2）对物质溶解度的影响：

溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大，如NH3、甲醇、甲酸等易溶于水。

（3）对物质密度的影响：

氢键的存在会使某些物质的密度反常，如水的密度比冰的密度大。

（4）氢键对物质电离性质的影响：

如邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1与对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1相差较大。