学年人教版选修3 第二章 第三节 分子的性质 第1课时 学案.docx

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学年人教版选修3第二章第三节分子的性质第1课时学案

第三节　分子的性质

第1课时　键的极性和分子的极性　范德华力和氢键

课程目标

核心素养建构

1.了解共价键的极性和分子的极性及产生极性的原因。

2.知道范德华力、氢键对物质性质的影响。

3.能应用分子结构的知识判断分子的极性。

分子的性质

[知识梳理]

一、键的极性和分子的极性

1.键的极性

共价键—

2.分子的极性

分子—

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。

二、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。

三、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分子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，“—”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。

[自我检测]

1.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。

（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）氢键一种特殊的化学键，只是键能小一些。

（　　）

（6）范德华力与氢键可同时存在于分子之间。

（　　）

（7）由于非金属性F＞Cl＞Br，所以熔沸点HF＞HCl＞HBr。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√　（7）×

2.在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中：

（1）以非极性键结合的非极性分子是________。

（2）以极性键相结合，具有直线形构型的非极性分子是________。

（3）以极性键相结合，具有三角锥形构型的极性分子是________。

（4）以极性键相结合，具有正四面体构型的非极性分子是________。

（5）以极性键相结合，具有V形构型的极性分子是________________。

（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

3.下列关于范德华力的叙述正确的是（　　）

A.其是一种较弱的化学键

B.其是分子间存在的较强的电性作用

C.直接影响所有物质的溶、沸点

D.稀有气体的分子间存在范德华力

解析　范德华力是分子间存在的较弱的电性作用，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溶、沸点；稀有气体的分子间存在范德华力。

答案　D

4.下列物质分子间不能形成氢键的是（　　）

A.H2OB.HF

C.CH3CH2OHD.CH4

解析　氢键形成的条件是氢原子两边的原子所属元素的电负性很强，原子半径很小，如O、F、N等。

答案　D

提升一　键的极性和分子的极性

【例1】　下列分子中，属于极性分子的是（　　）

A.CO2B.BeCl2

C.BBr3D.COCl2

解析　根据价电子对互斥理论可得四种分子的结构如下：

。

CO2分子中含有极性键，各键空间排列对称，为非极性分子。

B、C选项中，虽然分子中都含有极性键，但各键的空间排列对称，都为非极性分子；D项，分子中正负电荷的重心不重合，为极性分子。

答案　D

【名师点拨】

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（对称）

非极性

N2等

AB

直线（对称）

极性

CO、HF等

三原子

分子

AB2

直线（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

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立体构型两方面共同决定的。

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；立体构型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。

【深度思考】

1.非金属单质分子一定是非极性分子吗？

提示　不一定。

非金属单质中，O3是V形分子，为空间不对称结构，故O3为极性分子。

2.以下双原子分子中，哪些是极性分子，哪些是非极性分子？

H2　Cl2　O2　HCl

提示　双原子分子中，单质分子H2、O2、Cl2是以非极性键结合的，其正电中心和负电中心重合，是非极性分子；化合物分子HCl是以极性键结合的极性分子。

3.P4、C60是极性分子，还是非极性分子？

提示　多原子单质分子P4、C60只含有非极性共价键，且正电中心和负电中心重合，这样的分子都是非极性分子。

4.以下化合物分子中，哪些是极性分子，哪些是非极性分子？

CO2　HCN　H2O　NH3　BF3　CH4　CH3Cl

提示　化合物分子中，CO2呈直线形，BF3呈平面三角形，CH4呈正四面体形，尽管构成CO2、BF3、CH4分子的共价键都是极性共价键，但由于这些分子的立体构型为对称结构，正电中心和负电中心重合，都是非极性分子；而HCN、H2O、NH3、CH3Cl分子分别是直线形、V形、三角锥形、四面体形，分子的立体构型为不对称结构，正电中心和负电中心不重合，都是极性分子。

【变式训练】

1.下列叙述正确的是（　　）

A.离子化合物中不可能存在非极性键

B.非极性分子中不可能既含有极性键又含有非极性键

C.非极性分子中一定含有非极性键

D.不同非金属元素的原子之间形成的化学键都是极性键

解析　过氧根离子的电子式为

，其中含有非极性键，A错误；CH2===CH2、CH≡CH均为非极性分子，分子中C—H键为极性键、C===C键和C≡C键均为非极性键，B项错误；CO2、BF3、CCl4等是由极性键形成的非极性分子，C项错误；不同非金属元素原子形成的共用电子对发生偏移，形成极性键，D项正确。

答案　D

2.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

提升二　范德华力和氢键对物质性质的影响

【例2】　卤素互化物是指不同卤素原子之间以共价键结合形成的化合物，XX′型卤素互化物与卤素单质的结构相似、性质相近。

下图是部分卤素单质和XX′型卤素互化物的沸点与其相对分子质量的关系图。

试推测ICl的沸点所处的范围是在（　　）

A.Cl2和BrCl之间B.Br2和IBr之间

C.IBr和I2之间D.BrCl和Br2之间

解析　组成和结构相似的分子，沸点随着相对分子质量的增大而升高，ICl的相对分子质量介于Br2和IBr之间，故ICl的沸点应介于Br2和IBr之间。

答案　B

【名师点拨】

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

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，降低物质的熔、沸点

共价键键能越大，分子稳定性越强

【深度思考】

1.HNO3和CH3COOH的相对分子质量相近，为什么两者熔、沸点差异较大（HNO3＜CH3COOH）。

提示　HNO3和CH3COOH的相对分子质量相近，前者分子内形成氢键，后者分子间形成氢键（醋酸可以通过分子间氢键双聚），如下图所示。

所以两者的熔、沸点差异较大（HNO3＜CH3COOH）。

2.以下几种物质的酸性强弱顺序为

>

，为什么？

提示　

是因为苯环邻位上多一个—OH，而—OH与—COOH形成了分子内氢键，从而使

的负电荷更好的分散，稳定性提升，所以水杨酸的酸性比苯甲酸强，也使得邻位上的—OH更难电离出H＋。

【变式训练】

3.下列物质性质的变化规律与分子间作用力无关的是（　　）

A.在相同条件下，N2在水中的溶解度小于O2

B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱

C.F2、Cl2、Br2、I的熔、沸点逐渐升高

D.CH3—CH3、CH3—CH2—CH3、（CH3）2CHCH3、CH3CH2CH2CH3的沸点逐渐升高

解析　A项，N2和O2都是非极性分子，在水中的溶解度都不大，但在相同条件下，O2分子与水分子之间的作用力比N2分子与水分子之间的作用力大，故O2在水中的溶解度大于N2，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。

C项，F2、Cl2、Br2、I2的组成和结构相似，分子间作用力随相对分子质量的增大而增大，故其熔、沸点逐渐升高。

D项，烷烃分子之间的作用力随相对分子质量的增大而增大，故乙烷、丙烷、丁烷的沸点逐渐升高，在烷烃的同分异构体中，支链越多，分子间作用力越小，熔、沸点越低，故异丁烷的沸点低于正丁烷。

答案　B

4.下列物质的性质或数据与氢键无关的是（　　）

A.氨气极易溶于水

B.邻羟基苯甲酸（

）的熔点为159°C，对羟基苯甲酸（

）的熔点为213°C

C.乙醚微溶于水，而乙醇可与水以任意比混溶

D.HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多

解析　NH3分子与H2O分子之间可以形成氢键，增大了NH3在水中的溶解度；邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，而对羟基苯甲酸形成分子间氢键，分子间氢键增大了分子间作用力，使对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高；乙醇分子结构中含有羟基，可以与水分子形成分子间氢键，从而增大了乙醇在水中的溶解度，使其能与水以任意比混溶，而乙醚分子结构中无羟基，不能与水分子形成氢键，在水中的溶解度比乙醇小得多；HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F键的键能比H—Cl键的大，与氢键无关。

答案　D

5.关于氢键及范德华力，下列说法正确的是（　　）

A.氢键比范德华力强，所以它属于化学键

B.分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高

C.沸点：

HI＞HBr＞HCl＞HF

D.H2O是一种稳定的化合物，这是由于H2O分子之间形成氢键所致

解析　氢键比范德华力强，但它不属于化学键，化学键是原子间的作用力，氢键是分子间作用力，故A项错误；分子间氢键的存在，大大加强了分子间的作用力，使物质的熔、沸点升高，故B项正确；结构和组成相似的共价化合物，相对分子质量越大，物质的沸点越高，但HF中存在氢键，导致HF的沸点比卤族其他元素的氢化物的沸点高，沸点大小为HF＞HI＞HBr＞HCl，故C项错误；氢键只影响物质的物理性质，不影响化学性质，故D项错误。

答案　B

6.下列各对分子：

①H2—H2、②H2O—H2O、③CH3OH—H2O、④CCl4—H2O，分子之间只存在范德华力的有________，存在氢键的有________。

（填序号）

解析　H2O分子间、CH3OH分子与H2O分子间存在氢键。

答案　①④　②③

7.

（1）氨气溶于水时，大部分NH3与H2O以氢键（用“…”表示）结合形成NH3·H2O分子。

根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为________。

（2）在元素周期表中氟的电负性最大，用氢键表示式写出氟的氢化物溶液中存在的所有氢键：

_________________________________________________________。

解析　

（1）从氢键的成键原理上讲，A、B两项成立，C、D两项错误；但是H—O键的极性比H—N键的大，H—O键上氢原子的正电性更大，更容易与氮原子形成氢键，所以氢键主要存在于H2O分子中的H与NH3分子中的N之间。

另外，可从熟知的性质加以分析。

NH3·H2O能电离出NH和OH－，按A项结构

不能写出其电离方程式，按B项结构

可合理解释NH3·H2O

NH＋OH－，所以B项正确。

（2）HF在水溶液中形成的氢键可从HF和HF、H2O和H2O、HF和H2O（HF提供氢）、H2O和HF（H2O提供氢）四个方面来考虑。

由此可以得出HF水溶液中存在氢键。

答案　

（1）B

（2）F—H…F、O—H…O、F—H…O、O—H…F

课时作业

基础题组

1.关于丙醇（CH3CH2CH2OH）分子的说法正确的是（　　）

A.分子中共含有11个极性键

B.分子中含有配位键

C.分子中只含σ键

D.分子中含有1个π键

解析　丙醇（CH3CH2CH2OH）分子中共含有9个极性键，A项错误；分子中不含有配位键，B项错误；分子中只有单键，所以只有σ键，C项正确，D项错误。

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。

答案　B

3.下列说法正确的是（　　）

A.冰融化时，分子中H—O键发生断裂

B.随着卤素原子电子层数的增加，卤化物CX4（X为卤素原子）分子间作用力逐渐增大，所以它们的熔沸点也逐渐升高

C.由于H—O键比H—S键牢固，所以水的熔沸点比H2S的高

D.在由分子构成的物质中，分子间作用力越大，该物质越稳定

解析　冰融化时发生物理变化，只破坏H2O分子间的分子间作用力而不破坏化学键，A项错误；结构相似的分子中，物质的熔沸点与其相对分子质量成正比，所以随着卤素原子电子层数的增加，卤化物CX4的分子间作用力逐渐增大，所以它们相应的熔沸点也逐渐升高，B项正确；物质的熔沸点与化学键无关，水的熔沸点比H2S的高是因为水分子间存在氢键，C项错误；物质的稳定性与化学键有关，与范德华力无关，D项错误。

答案　B

4.下列物质发生状态变化时，克服了范德华力的是（　　）

A.食盐熔化B.晶体硅熔化

C.碘升华D.氢氧化钠熔化

解析　氯化钠、氢氧化钠均是离子化合物，熔化时离子键断裂，A、D项错误；晶体硅熔化时克服的是共价键，B项错误；碘升华时克服的是范德华力，C项正确。

答案　C

5.下列物质分子内和分子间均可形成氢键的是（　　）

解析　通常能形成氢键的分子中含有：

N—H键、H—O键或H—F键。

NH3、CH3CH2OH有氢键但只存在于分子间。

B项中

的O—H键与另一分子中

中的O可在分子间形成氢键，同一分子中的O—H键与邻位

中的O可在分子内形成氢键。

答案　B

6.关于氢键，下列说法正确的是（　　）

A.由于冰中的水分子间存在氢键，所以其密度大于液态水

B.可以用氢键解释接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式（H2O）计算出来的相对分子质量大

C.分子间氢键和分子内氢键都会使熔沸点升高

D.每个水分子内平均含有两个氢键

解析　由于冰中的水分子间的氢键多于液态水中的氢键，分子间的距离较大，所以其密度小于液态水，A项错误；由于水分子之间存在氢键，水分子通常以几个分子聚合的形式存在，所以接近沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式（H2O）计算出来的相对分子质量大，B项正确；分子间氢键可使熔沸点升高，分子内氢键通常不会影响物质的熔沸点，C项错误；水分子内不含氢键，水中的氢键只存在于水分子之间，D项错误。

答案　B

7.下列几种氢键：

①O—H…O；②N—H…N；③F—H…F；④O—H…N。

氢键从强到弱的顺序排列正确的是（　　）

A.③＞①＞④＞②B.①＞②＞③＞④

C.③＞②＞①＞④D.①＞④＞③＞②

解析　F、O、N的电负性依次降低，F—H、O—H、N—H键的极性依次降低，故F—H…F中的氢键最强，其次是O—H…O，再次是O—H…N，最弱的是N—H…N。

答案　A

8.徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。

下列说法正确的是（　　）

A.H2O2分子为直线形的非极性分子

B.CO2分子为由极性共价键构成的非极性分子

C.BF3分子中的B原子最外层满足8电子稳定结构

D.CH3COOH分子中C原子均采取sp2杂化

解析　H2O2分子的空间构型不是直线形，A项错误；CO2分子中3个原子在同一直线上，两个O原子在C原子的两侧，故该分子为由极性共价键构成的非极性分子，B项正确；BF3分子中B原子最外层只有6个电子，所以最外层不满足8电子稳定结构，C项错误；CH3COOH分子中甲基C原子采取sp3杂化，羧基C原子采取sp2杂化，D项错误。

答案　B

9.若不断地升高温度，会实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的转化。

在转化的各阶段被破坏的主要作用依次是（　　）

A.氢键、分子间作用力、非极性键

B.氢键、氢键、极性键

C.氢键、极性键、分子间作用力

D.分子间作用力、氢键、非极性键

解析　固态水中和液态水中都含有氢键，“雪花→水→水蒸气”主要是氢键被破坏，属于物理变化，共价键没有被破坏，“水蒸气→氧气和氢气”为化学变化，破坏的是极性共价键，B项正确。

答案　B

10.下列说法正确的是（　　）

A.非极性分子中的原子上一定不含孤电子对

B.平面三角形分子一定是非极性分子

C.二氯甲烷（CH2Cl2）分子的中心原子采取sp3杂化，键角均为109°28′

D.ABn型分子的中心原子最外层满足8电子结构，则ABn不一定是非极性分子

解析　A项，CCl4是非极性分子，氯原子上含有孤电子对，错误；B项，HCHO分子的中心原子C上无孤电子对，价层电子对数为3，空间构型为平面三角形，C原子位于三角形内部，HCHO分子的结构不对称，为极性分子，错误；C项，甲烷分子的空间构型是正四面体形，键角均为109°28′，二氯甲烷分子的空间构型是四面体形，键角发生了变化，不等于109°28′，错误；D项，CH4的中心原子C最外层满足8电子结构，CH4是非极性分子，NH3的中心原子N最外层满足8电子结构，但NH3为极性分子，正确。

答案　D

11.X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子核外的M层中只有两对成对电子，Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，Z是地壳中含量（质量分数）最多的元素，Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和。

请回答下列问题。

（1）X、Y的元素符号依次为________、________。

（2）XZ2与YZ2分别属于________（填“极性分子”或“非极性分子”，下同）和________。

（3）Q的元素符号是________，它位于第________周期，它的基态原子的核外电子排布式为________________，在形成化合物时它的最高化合价为________。

解析　X原子核外的M层中只有两对成对电子，则X的价电子排布图为

，因此X为S元素；Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，则Y为C元素；地壳中含量最多的元素为氧元素，因此Z为O元素，Q的核电荷数为S和O的核电荷数之和，因此Q为24号元素Cr；在元素周期表中电负性最大的元素是