2024年高中化学新教材同步选择性必修第二册 第2章　第3节　第1课时　共价键的极性

第三节分子结构与物质的性质第1课时共价键的极性[核心素养发展目标]1.能从微观角度理解共价键的极性和分子极性的关系。2.通过键的极性对物质性质的影响的探析，形成“结构决定性质”的认知模型。一、键的极性和分子的极性1．共价键的极性(1)极性键和非极性键的比较项目极性键非极性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＋)、另一个原子呈负电性(δ－)呈电中性表示形式A—B、A=B、A≡B等A—A、A=A、A≡A等实例C—H、C=O、C≡NH—H、C=C、C≡C(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2.分子的极性3．键的极性与分子的极性之间的关系臭氧是极性分子还是非极性分子？从结构上如何理解？提示O3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。1．正误判断(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非极性键()答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×2．下列跟氢原子形成的极性键最强的原子是()A．FB．ClC．BrD．P答案A解析成键的两原子的电负性差值越大，极性越强，F的电负性最大，则跟氢原子形成的极性键最强。3．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．该分子为极性分子答案(1)非极性(2)有有(3)a解析(1)N4分子是正四面体形结构，是非极性分子。(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＋eq\f(5－3×1,2)＝4，孤电子对数为1，该分子的空间结构为三角锥形，a错误；N、Cl之间形成的键为极性键，b正确；NCl3分子中正、负电中心不重合，故该分子为极性分子，c正确。4．(1)判断ABn型分子的极性①完成下表：分子BeCl2SO2PH3SO3CCl4空间结构直线形V形三角锥形平面正三角形正四面体形正、负电中心是否重合重合不重合不重合重合重合分子的极性非极性分子极性分子极性分子非极性分子非极性分子②认真研究①中各分子中心原子的化合价，寻找中心原子的化合价与分子极性的关系。答案中心原子的化合价呈最高价的ABn型分子为非极性分子，否则为极性分子。(2)探究判断下列分子是极性分子还是非极性分子。①P4(白磷)②CH2=CH2③CH≡CH④C2H5OH⑤极性分子：________(填序号，下同)；非极性分子：____________。答案④①②③⑤二、键的极性对化学性质的影响羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关，羧酸的酸性可用pKa(pKa＝－lgKa)的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。根据下表，回答有关问题：羧酸pKa丙酸(C2H5COOH)4.88乙酸(CH3COOH)4.76甲酸(HCOOH)3.75氯乙酸(CH2ClCOOH)2.86二氯乙酸(CHCl2COOH)1.29三氯乙酸(CCl3COOH)0.65三氟乙酸(CF3COOH)0.231.三氟乙酸和三氯乙酸哪个酸性强？原因是什么？提示酸性：三氟乙酸＞三氯乙酸，原因是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。2．甲酸和乙酸哪个酸性强？原因是什么？提示酸性：甲酸＞乙酸，原因是烷基(R—)是推电子基团，烷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。1．CH3CH2OH、H2O分别与钠反应，哪个反应更剧烈？解释原因。提示水与钠反应更剧烈，由于C的电负性略大于H的电负性，烷基是推电子基团，使醇分子中的氢氧键的极性小于水分子中的氢氧键的极性。2．三氟乙酸(CF3COOH)的酸性远强于乙酸(CH3COOH)的原因是什么？提示由于F的电负性较大，—CF3是吸电子基团，使羧基中羟基的极性更大，更易电离出H＋。1．下列物质中，酸性最强的是()A．HCOOH B．HOCOOHC．CH3COOH D．C6H13COOH答案A解析推电子效应：—C6H13＞—CH3＞—H，HOCOOH是碳酸，故酸性最强的是HCOOH。2．下列几种有机羧酸中，按酸性由强到弱的顺序排列正确的是()①乙酸(CH3COOH)②氯乙酸(CH2ClCOOH)③三氯乙酸(CCl3COOH)④三氟乙酸(CF3COOH)A．②①④③ B．①②③④C．④③②① D．③②④①答案C解析由于电负性：F＞Cl＞H，则键的极性：C—F＞C—Cl＞C—H，故三氟乙酸中羧基中的羟基的极性最大，最易电离出氢离子，酸性最强；乙酸中羧基中的羟基的极性最小，酸性最弱。酸性强弱顺序：CF3COOH＞CCl3COOH＞CH2ClCOOH＞CH3COOH，C正确。3．CH3COOH是一种弱酸，而氯乙酸(ClCH2COOH)的酸性强于CH3COOH，这是因为—Cl是一种强吸电子基团，能使—OH上的H原子具有更大的活泼性；有的基团属于推电子基团，能减弱—OH上H原子的活泼性；这些作用统称为“诱导效应”。试依据上述规律填空：(1)HCOOH显酸性，而H2O显中性，这是由于HCOOH分子中存在________(填“吸”或“推”)电子基团，这种基团是________。(2)CH3COOH的酸性弱于HCOOH，这是由于CH3COOH分子中存在________(填“吸”或“推”)电子基团，这种基团是________。(3)—C6H5属于吸电子基团，故C6H5COOH的酸性比CH3COOH的酸性________(填“强”或“弱”)。(4)下列酸中：CF3COOH、CCl3COOH、CHCl2COOH、CH2ClCOOH，酸性最强的是______。答案(1)吸—CHO(2)推—CH3(3)强(4)CF3COOH解析(1)HCOOH显酸性，H2O显中性，说明HCOOH分子中存在强吸电子基团，能使—OH上的H原子活泼性增强而使该物质的酸性大于水，HCOOH中含有—CHO，属于强吸电子基团。(2)CH3COOH的酸性弱于HCOOH，说明CH3COOH分子中存在推电子基团，能减弱—OH上H原子的活泼性而使该物质的酸性减弱，CH3COOH中含有—CH3，—CH3属于推电子基团。(3)—C6H5属于吸电子基团，—CH3属于推电子基团，故C6H5COOH的酸性比CH3COOH的酸性强。题组一键的极性与分子的极性1．下列各组分子中，按共价键极性由强到弱排序正确的是()A．HFH2ONH3CH4B．CH4NH3H2OHFC．H2OHFCH4NH3D．HFH2OCH4NH3答案A解析共价键极性的强弱取决于形成共价键的两原子的电负性，其电负性相差越大，形成的共价键极性越强。2．下列叙述正确的是()A．卤化氢分子中，卤素的非金属性越强，共价键的极性越强，热稳定性也越强B．只含非极性键的分子不一定是非极性分子C．判断A2B或AB2型分子是否是极性分子的依据是看分子中是否含有极性键D．非极性分子中，各原子间都应以非极性键结合答案A解析CO2、CS2为直线形，分子的空间结构对称，含有极性键，为非极性分子，C、D项错误。3.已知H2O2的分子空间结构可在二面角中表示，如图所示，下列有关H2O2结构的说法不正确的是()A．分子的正、负电中心不重合B．H2O2分子内既含极性键又含非极性键C．H2O2是极性分子D．H2O2是非极性分子答案D解析由题图知，H2O2分子的空间结构是二面角形，正、负电中心不重合，为极性分子，A、C正确，D错误；H2O2是共价化合物，氢原子与氧原子之间形成极性共价键，氧原子和氧原子之间形成非极性共价键，B正确。4．科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法正确的是()A．分子中N、O间形成的共价键是非极性键B．分子中四个氮原子共平面C．该物质的分子是非极性分子D．该物质分子中氮原子之间的共价键均为σ键答案D解析N和O两种原子属于不同非金属元素的原子，它们之间形成的共价键是极性键，A项错误；因为该分子中N—N—N键角都是108.1°，所以该分子中四个氮原子不可能共平面，B项错误；由该分子的空间结构可知，分子空间结构不对称，是极性分子，C项错误；该物质分子中氮原子之间的共价键都是单键，故均为σ键，D项正确。5．NH3、H2S等分子是极性分子，CO2、BF3、CCl4等分子是极性键形成的非极性分子。根据上述事实可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是()A．分子中不能含有H原子B．在ABn分子中A原子的所有价电子都参与成键C．在ABn分子中所有的共价键都相同D．在ABn分子中A的相对原子质量应小于B的相对原子质量答案B解析由给定的信息可知，由极性键构成的非极性分子中的中心原子无孤电子对，即中心原子的所有价电子都参与成键。题组二键的极性对化学性质的影响6．下列物质中，酸性最强的是()A．CH2ClCOOH B．CH2FCOOHC．CHF2COOH D．CHBr2COOH答案C解析电负性：F＞Cl＞Br，则酸性最强的是CHF2COOH。7．分析表中数据，下列结论正确的是()pKa4.884.763.752.861.290.650.23羧酸丙酸乙酸甲酸氯乙酸二氯乙酸三氯乙酸三氟乙酸A.相对分子质量越大，羧酸的酸性越强B．羧酸的酸性大小与分子中氢原子数目有关C．连接羧基的烷基越大，羧酸的酸性越强D．羧酸的酸性强弱与其分子的组成和结构有关答案D解析羧酸的酸性强弱与其分子的组成和结构有关，与相对分子质量和分子中氢原子数目无关，故A、B错误，D正确；羧基所连基团的极性越大，如—CF3，羧酸的酸性越强，而烷基越大，酸性越弱，故C错误。8．从深海鱼油中提取的被称作“脑黄金”的DHA(C21H31COOH)就是一种不饱和度很高的脂肪酸。下列说法正确的是()DHA的结构简式A．酸性：C21H31COOH＜CH3COOHB．DHA中含有的元素中电负性最大的是碳元素C．DHA中碳原子存在三种杂化方式D．DHA中所有原子共面答案A解析推电子效应：—C21H31＞—CH3，故酸性：C21H31COOH＜CH3COOH，A项正确；C、H、O三种元素中，O元素的电负性最大，B项错误；DHA中，碳原子存在sp2和sp3两种杂化方式，C项错误；DHA中存在—CH3结构，故所有原子不可能共面，D项错误。9．(2022·昆明高二检测)下列有关分子的结构与性质的说法正确的是()A．BBr3、NCl3分子的空间结构均为平面三角形B．SO2与CO2分子的空间结构均为直线形C．CH4和NH3中的分子的极性和共价键的极性均相同D．乙酸酸性大于丙酸，是因为乙基的推电子效应大于甲基答案D解析BBr3中心原子的价层电子对数为3＋eq\f(3－3×1,2)＝3，故空间结构为平面正三角形，NCl3中心原子的价层电子对数为3＋eq\f(5－3×1,2)＝4，空间结构为三角锥形，A错误；CO2中心原子的价层电子对数为2＋eq\f(4－2×2,2)＝2，空间结构为直线形，SO2中心原子的价层电子对数为2＋eq\f(6－2×2,2)＝3，含有1个孤电子对，则SO2的空间结构为V形，B错误；甲烷为正四面体结构，分子结构对称，属于非极性分子，氨气为三角锥形结构，分子结构不对称，属于极性分子，两者分子的极性不同，C错误；烷基属于推电子基团，烷基越长，推电子效应越大，使羧基中羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱，D正确。10．下列有关共价键对物质化学性质的影响，说法错误的是()A．乙二酸的酸性强于己二酸B．一元酸的酸性：一氯乙酸>二氯乙酸C．由酸性ClCH2COOH>CH3COOH，可知酸性FCH2COOH>CH3COOHD．氮气稳定性强于白磷(P4)的原因是N≡N的键能大于P—P的键能答案B解析—Cl为吸电子基团，C—Cl个数越多，使得羧基中的羟基极性越大，酸性越强，一元酸的酸性：一氯乙酸<二氯乙酸，B错误；—F和—Cl均为吸电子基团，甲基为推电子基团，F—C的极性大于Cl—C的极性，使得FCH2COOH中的羟基的极性>ClCH2COOH中的羟基的极性>CH3COOH中的羟基的极性，从而使得酸性：FCH2COOH>ClCH2COOH>CH3COOH，C正确；氮气中的N≡N键能较大，导致氮气化学性质稳定，一般不易与其他物质反应，而白磷中的P—P的键能较小，使白磷性质活泼，易发生自燃等化学变化，D正确。11．膦(PH3)又称磷化氢，在常温下是一种无色有大蒜臭味的有毒气体，电石气的杂质中常含有磷化氢。它的分子空间结构是三角锥形。下列关于PH3的叙述正确的是()A．PH3分子中有未成键的孤电子对 B．PH3是非极性分子C．PH3是一种强氧化剂 D．PH3分子的P—H是非极性键答案A解析A项正确，P原子最外层有5个电子，只有3个电子参与成键，另有2个电子形成一个孤电子对；B项错误，与NH3类似，PH3是极性分子；C项错误，PH3中P处于最低价态，＋1价氢的氧化性极弱，不可能具有强氧化性；D项错误，由于P和H的电负性明显不同，故P—H是极性键。12．中国化学家研究出一种新型复合光催化剂(C3N4/CQDs)，能利用太阳光高效分解水，原理如图所示。下列说法正确的是()A．H2O2中存在非极性共价键，是非极性分子B．反应Ⅰ中涉及极性键的断裂和非极性键的形成C．H2O分子的VSEPR模型为V形D．H2O是非极性分子答案B解析H2O2是极性分子，A错误；反应Ⅰ是H2O生成H2和H2O2，涉及极性键H—O的断裂和非极性键H—H、O—O的形成，B正确；H2O是极性分子，故D错误。13.硫-氮化合物是现代无机化学研究的热点之一。如图是已经合成的某硫-氮化合物(S4N4)的分子结构。下列有关该物质的说法正确的是()A．其分子中各原子最外层都达到了8电子稳定结构B．其分子中只含极性键C．其分子是非极性分子D．其与化合物S2N2互为同素异形体答案A解析硫原子最外层有6个电子，若形成两个共价单键，则达到8电子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，若形成3个共价单键，则达到8电子稳定结构，据图可知，A项正确；该物质的分子中既含S—N极性键，也含N—N非极性键，B项错误；该分子正、负电中心不重合，属于极性分子，C项错误；同素异形体描述的对象是单质，而不是化合物，D项错误。14．(1)CO2的资源化利用是解决温室效应的重要途径。以下是在一定条件下用NH3捕获CO2生成重要化工产品三聚氰酸的反应：三聚氰酸的分子式为__________，三聚氰酸分子中C原子采取__________杂化，分子中碳原子形成的是_________(填“极性”或“非极性”，下同)键，三聚氰酸属于__________分子。(2)氰[(CN)2]为无色可燃气体、剧毒、有苦杏仁味，和卤素单质的结构相似，已知氰分子键之间夹角为180°并有对称性，(CN)2的结构式为______________，(CN)2分子为________(填“极性”或“非极性”)分子。答案(1)C3H3N3O3sp2极性非极性(2)N≡C—C≡N非极性解析(1)三聚氰酸的分子式为C3H3N3O3，该分子中C原子采取sp2杂化，C原子与氧、氮原子间均形成极性键。三聚氰酸分子各键排列对称，为非极性分子。(2)(CN)2的结构式为N≡C—C≡N，是非极性分子。15．北斗卫星导航系统是中国自行研制并开发的，其中第八颗和第九颗北斗卫星是被长征三号甲运载火箭送入太空预定转移轨道的。已知运送卫星的火箭所需反应物除液态过氧化氢外，还有另一种液态氮