高二化学分子的性质知识精讲 苏教版

高二化学分子的性质知识精讲 苏教版一、本周教学内容 分子的性质二、教学目标1、了解极性共价键和非极性共价键；根据常见物质分子的立体结构，判断极性分子和非极性分子；2、了解化学键和分子间作用力的区别，范德华力、氢键及其对物质性质的影响；3、从分子结构的角度，认识“相似相溶”规律；了解“手性分子”在生命科学等方面的应用。三、教学重点、难点 极性分子与非极性分子的判断；范德华力、氢键及其对物质性质的影响。四、教学过程：（一）极性键、非极性键，极性分子与非极性分子共价键有两种：极性键和非极性键。其中极性共价键指不同种元素原子间所形成的共价键，简称极性键，此时，共用电子对发生偏移，两个键合原子一个呈正电性，则电子对偏离它，一个呈负电性，则电子对偏向它；非极性共价键指同种元素原子间形成的共价键，又简称非极性键，共用电子对没有发生偏移。若分子内正、负电荷重心重叠，则整个分子的电荷分布均匀，分子不显极性，称为非极性分子；若分子内正、负电荷重心不重叠，分子内部分带正电，部分带负电，称为极性分子。极性键和非极性键的判断，可归纳为：同种元素原子间形成的共价键为非极性键，如AA型；不同种元素原子间形成的共价键为极性键，如AB型。说明： 1、分子极性的判断：非极性分子、极性分子的判断，首先看键是否有极性，然后再看各键的空间排列状况。键无极性，分子必无极性；键有极性，各键空间排列均匀，使键的极性相互抵消，分子无极性，各键空间排列不均匀，不能使键的极性相互抵消，分子有极性。 只含非极性键的分子，都是非极性分子； 以极性键结合而成的异核双原子分子，都是极性分子； 以极性键构成的多原子分子，空间构型为中心对称的分子，为非极性分子。如：直线形分子：CO2、CS2等；平面正三角形分子：BF3、SO3等；正四面体形分子：CH4、CCl4等。 以极性键构成的多原子分子，空间构型不属于中心对称的分子，为极性分子。如：V形分子：H2O、H2S、SO2等；三角锥形分子：NH3、PCl3等；非正四面体形分子：CH3Cl、CH2Cl2等。 判断ABn型分子极性的经验规律：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、极性分子中一定含有极性键，而非极性分子中不一定只有非极性键。 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。（二）范德华力、氢键及其对物质性质的影响： 分子与分子之间存在着一种把分子聚集在一起的作用力，称为分子间作用力，又称范德华力。分子间作用力很小，它不属于化学键。影响分子间作用力的因素包括：分子的大小、分子的空间构型以及分子的极性等。对组成和结构相似的分子，其分子间作用力一般随相对分子质量的增大而增大。分子间作用力只影响物质的物理性质。它对物质的熔沸点、溶解度的影响为：分子间作用力越大，分子晶体的的熔沸点越高，若与溶剂间的分子间作用力越大，则在该溶剂中的溶解度越大。对于组成和结构相似的物质，由于其分子间作用力一般随相对分子质量的增大而增大，因此，相对分子质量越大，物质的熔沸点越高。氢键是一种既可以存在于分子间，又可以存在于分子内的作用力。它比化学键小，比分子间作用力大，当氢原子与电负性大的原子X以共价键结合时，H能够跟另一个电负性大的原子Y之间形成氢键。有两种基本类型：分子间氢键和分子内氢键。氢键基本上还属于分子间作用力，它既有方向性，又有饱和性。常用XHY表示氢键，其中XH表示氢原子与X原子以共价键相结合。氢键的键长是指X和Y的距离，氢键的键能是指XHY分解为XH和Y时所需要的能量。氢键的存在使物质的熔沸点升高，溶解度增大。说明：1、分子间作用力的作用范围很小，作用力也很小，约比化学键键能小12个数量级，一向无方向性和饱和性。2、氢键的形成条件：化合物中必须有氢原子，即氢原子处在XHY其间；氢只能与电负性大的，并且具有孤对电子的元素化合后，才有较强的氢键，像这样的元素有：N、O、F三种。3、氢键不属于化学键，键能比化学键小得多，化学键主要影响物质的化学性质，而氢键主要影响物质的物理性质。4、氢键和分子间作用力都属于分子之间的相互作用，能量都很小。都只影响物质的物理性质，如熔沸点、硬度和溶解度等。有氢键的物质的熔沸点、硬度和溶解度比没有氢键的物质的熔沸点、硬度和溶解度要高。5、有氢键的分子中必然存在分子间作用力，但有分子间作用力的物质中不一定有氢键。6、互为同分异构体的物质能形成分子内氢键的，其熔沸点较能形成分子间氢键的物质的熔沸点要低。（三）相似相溶原理与手性分子影响固体物质的溶解度的主要因素是：温度；影响气体物质溶解度的主要因素是：温度和压强。由于极性分子间的电性作用，使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂，这种规律称为“相似相溶原理”。如果溶质与溶剂间能形成氢键，则溶解度增大，且氢键的作用力越大，溶解性越好。如果溶质与水发生反应时，可增大其溶解度。如：SO2、NH3等。具有完全相同的组成和结构的一对分子，如同左手和右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称为手性异构体；具有手性异构体的分子叫做手性分子。如乳酸分子。说明：1、影响物质溶解度的因素很多，对于固体来说，一般只考虑温度对物质的溶解度的影响，绝大多数物质的溶解度随温度升高而增大；而气体物质的溶解度不仅受温度影响，还与压强有关，气体物质的溶解度随温度升高而减小，随压强增大而增大。2、“相似相溶原理”是指极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。它只是一种普通规律，并不是指所有的极性分子都易溶于极性溶剂，如CO就不溶于水。3、“相似相溶原理”还适用于分子结构具有相似性的物质，如CH3OH中的OH与H2O中的OH相似，甲醇能与水以任意比互溶，而CH3CH2CH2CH2CH2OH中烃基性较大，其中的OH跟水分子中的OH相似的因素小得多，因而戊醇在水中的溶解度明显减小。4、手性碳原子是指碳原子上连接有4个不同的原子或原子团，即碳原子上所连的四个取代基各不相同。5、手性碳原子所形成的化学键必须为单键，形成双键或叁键的碳原子肯定不是手性碳原子。6、手性分子互为镜像对称，其组成和结构相同、分子式相同，但在三维空间中不能重叠。（四）无机含氧酸分子酸性的比较无机含氧酸可写成(HO)mROn，n值越大，R的正电性越高，从而使ROH中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越容易电离出H，酸性越强。如酸性比较HClOHClO2HClO3HClO4，HNO2HNO3，H2SO3H2SO4等。说明：1、比较酸性大小时如利用(HO)mROn，则必须相比较的酸具有相同的“R”。 从表面上来看，对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强，2、酸性大小与OH的数目即m的数值大小无关。如H3PO4为中强酸，并非强酸，H2SO3与H2SO4中的m值均为2，但H2SO3的酸性弱于H2SO4。3、同周期、同主族元素的最高价含氧酸的酸性可根据非金属性强弱比较：一般情况下：同周期元素最高价氧化物对于水溶液的酸性从左到右逐渐增强，同主族元素从上到下最高价氧化物对于水溶液的酸性逐渐减弱。【典型例题】例1. 下列分子中属于含有极性键的非极性分子的是A、H2OB、Cl2C、NH3D、CCl4解析：H2O中的OH键为极性键，两个OH键之间的夹角为104.5，整个分子电荷分布不对称，是极性分子；Cl2是双原子单质分子，ClCl键属于非极性键，属于含非极性键的非极性分子。NH3中的NH键属于极性键，分子构型为三角锥形，N原子位于顶点，电荷分布不对称，是极性分子。CCl4中ClC键属于极性键，分子构型为正四面体形，C原子位于正四面体的中心，四个Cl原子位于正四面体的四个顶点，电荷分布对称，属于非极性分子。也可以从ABn型分子极性的经验规律来判断：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。则A中的O，C中的N的化合价的绝对值均不等于其主族序数，都不是非极性分子；而D中C的化合价的绝对值等于其主族序数，是非极性分子。答案：D 例2. PtCl2(NH3)2可以形成两种固体，一种为淡黄色，在水中的溶解度很小，另一种为黄绿色，在水中的溶解度较大，请回答下列问题：（1）PtCl2(NH3)2是平面正方形结构，还是正四面体结构？（2）请写出这两种固体分子的几何构型图（3）淡黄色的固体物质是由 组成，黄绿色的固体物质是由 组成(填“极性分子”或“非极性分子”)（4）黄绿色固体在水中的溶解度比淡黄色固体大，原因是 。解析：解本题的突破口是根据“相似相溶原理”，因为淡黄色固体在水中的溶解度小，而黄绿色固体在水中的溶解度大，而水是极性分子，所以淡黄色固体属于非极性分子，而黄绿色固体为极性分子组成，PtCl2(NH3)2存在两种分子，则PtCl2(NH3)2为平面正方形结构，其几何构型分别为：淡黄色固体为： 黄绿色固体为：答案：（1）平面正方形结构 （2）淡黄色固体： 黄绿色固体： （3）非极性分子 极性分子 （4）极性分子易溶于极性溶剂(相似相溶原理) 例3. 2001年诺贝尔化学奖被美国的诺尔斯、沙普雷斯和日本的野依良治获得，以表彰他们发现某些被称为手性的分子可以用来加速并控制化学反应的创造性工作。在有机物分子中，若某碳原子连接四个各不相同的原子或原子团，则这种碳原子称为手性碳原子，例如：中的*C就是手性碳原子，含手性碳原子的物质通常具有不同的光学特性（称为光学活性）。（1）根据报道最新合成的有机物A为CH3COOCH2CH（CH2OH）CHO具有光学活性，若要使A通过反应失去光学活性，则发生的反应类型不可能是（填代号）：A、酯化反应B、水解反应C、氧化反应D、还原反应E、消去反应F、加成反应G、银镜反应（2）某链烃B的分子式为C7H10，在B的各种结构（不考虑CCC结构）中，都含有手性碳原子，且与足量的H2发生加成反应后仍具有光学活性的有机物有五种，已知其中的两种的结构简式为：则另三种的结构简式为：、。解析：手性碳原子是指四个取代基各不相同的C原子，它所形成的化学键必须是单键，形成双键或叁键的碳原子一定不是手性碳原子。（1）只有银镜反应才符合，A中与乙酸酯化出现2个CH2OOCCH3，B中出现两个CH2OH，C中出现两个COOH，D中出现两个CH2OH，E中出现双键，F中出现两个CH2OH，都不符合题意。（2）此三种结构与H2加成后的产物中某一碳原子上必须连有四个不同的原子或原子团。则为：三种结构为： 答案：（1）G（2） 例4. 判断含氧酸强弱的一条经验规律是：含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。如下所示：含氧酸的酸性强弱与非羟基氧原子数的关系次氯酸磷酸硫酸高氯酸含氧酸ClOH(HO)3PO(HO)2SO2HO-ClO3非羟基氧原子数0123酸性弱酸中强酸强酸最强酸（1）亚磷酸（H3PO3）和亚砷酸（H3AsO3）分子式相似，但它们的酸性差别很大。是中强酸，既有弱酸性又有弱碱性，由此可推出它们的结构简式分别为：；。（2）H3PO3和H3AsO3分别与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是：；。（3）H3PO3和H3AsO3在中分别加入浓盐酸，分析反应情况，写出化学方程式：；。解析：此题属于无机含氧酸的结构、性质推断题。考查学生运用题给信息推断物质结构与性质的能力。本题只要将题给信息与回答的问题联系起来，依据问题，分析信息，为我所用，则可顺利解题。（1）已知H3PO3是中强酸，H3AsO3为弱酸，依据题给信息可知：H3PO3中含一个非羟基氧原子，H3AsO3中不含非羟基氧原子。（2）过量的NaOH溶液反应的化学方程式的书写，需得知H3PO3和H3AsO3分别为几元酸，从题给信息可知：含氧酸分子结构中含几个羟基氢，则该酸就为几元酸。故H3PO3为二元酸，H3AsO3为三元酸。（3）H3PO3为中强酸，不与盐酸反应，而H3AsO3为两性物质，可与盐酸反应。答案：（1） （2）H3PO32NaOHNa2HPO32H2O；H3AsO33NaOHNa3AsO33H2O（3）H3PO3为中强酸，不与盐酸反应，而H3AsO3为两性物质，可与盐酸反应。H3AsO33HClAsCl33H2O【模拟试题】1、下列说法中不正确的是 A、共价化合物中不可能含有离子键B、有共价键的化合物，不一定是共价化合物C、离子化合物中可能存在共价键D、原子以极性键结合的分子，肯定是极性分子2、以极性键结合的多原子分子，分子是否有极性取决于分子的空间构型。下列分子属极性分子的是 A、H2O B、CO2 C、BCl3 D、NH33、DNA分子的两条链之间通过氢键结合。DNA分子复制前首先将双链解开，则DNA分子复制将双链解开的过程可视为 A、化学变化 B、物理变化C、既有物理变化又有化学变化 D、是一种特殊的生物变化4、下列每组物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用属于同种类型的是A、食盐和蔗糖熔化 B、钠和硫熔化 C、碘和干冰升华 D、干冰和氧化钠熔化5、你认为下列说法不正确的是 A、氢键存在于分子之间，不存在于分子之内 B、对于组成和结构相似的分子，其范德华力随着相对分子质量的增大而增大 C、NH3极易溶于水而CH4难溶于水的原因是NH3是极性分子，CH4是非极性分子 D、冰溶化时只破坏分子间作用力6、在有机物分子中，当一个碳原子连有4个不同的原子或原子团时，这种碳原子被称为“手性碳原子”，凡具有一个手性碳原子的化合物一定具有光学活性，常在某些物理性质、化学变化或生化反应中表现出奇特的现象。例如右下图：其中带*号的碳原子即是手性碳原子，现欲使该物质因不含手性碳原子而失去光学活性，下列反应中不可能实现的是A、加成反应 B、消去反应C、水解反应 D、氧化反应 7、无机含氧酸酸性的化学式可以用XOn(OH)m来表示无机含氧酸（X代表成酸元素，n代表XO基中的氧原子数，m代表OH数），则n值越大，m值越小，该酸的酸性就越强，硫酸、磷酸的结构为、，则它们的酸性A、硫酸和磷酸都是强酸 B、硫酸是强酸，但是酸性比磷酸弱C、硫酸是强酸，且酸性比磷酸强 D、磷酸和硫酸都是弱酸 8、解释下列物质的性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键的强弱无关的变化规律是A、HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱B、金刚石的硬度大于硅，其熔、沸点也高于硅C、NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减小D、F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高9、对XOH型化合物，X是除H、O外的其他元素时，下列说法正确的是A、当X是活泼的金属时，它一定是强碱B、当X是非金属性很强的元素时，XOH一定是酸C、XOH的水溶液不能导电D、XOH的构型一定是直线形10、据报道，科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。已知，N60分子中的每个N原子，均以NN键结合三个N原子而形成电子稳定结构。对于N60与N2的说法，正确的是：A、由于N60分子的相对分子质量大，分子间作用力大，所以N60比N2更稳定B、由于N2分子中含有氮氮三键，键能大，所以N2比N60的熔沸点高C、N2和N60互为同素异形体D、1mol N60中共价键的键能总和是1mol N2中共价键的键能总和的30倍11、元素X和Y属于同一主族。2价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。（1）确定X、Y两种元素在周期表中的位置（2）在元素X和元素Y形成的两种化合物中，写出X的质量分数为50%的化合物的化学式：；该分子中中心原子以杂化，是分子，分子构型为；（3）写出X的质量分数为60%