高中化学新教材同步讲义基础课时8　共价键的极性

第三节分子结构与物质的性质基础课时8共价键的极性课标要求1.通过键的极性对化学性质影响的探析，形成“结构决定性质”的认知模型。2.能根据分子结构特点和键的极性来判断分子的极性，并据此对分子的一些典型性质及其应用做出解释。一、键的极性和分子的极性键的极性和分子的极性1.键的极性分类极性共价键非极性共价键成键原子不同原子相同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.分子的极性(1)极性分子和非极性分子(2)分子极性的判断依据判断依据分子特点分子极性化学键极性的向量和只含非极性键一般为非极性分子含有极性键向量和等于零非极性分子向量和不等于零极性分子正电中心和负电中心重合非极性分子不重合极性分子1.下列分子既有σ键又有π键，且属于非极性分子的是()A.C2H4 B.Cl2C.H2O D.HCl答案A解析C2H4存在共价双键，含有σ键和π键，分子结构对称，正负电荷中心重叠的分子是非极性分子，A正确；Cl2只含有单键，只有σ键，B错误；H2O中存在H－O，只有σ键，C错误；HCl只含有单键，只有σ键，D错误。2.下列有关漂白剂说法正确的是()A.SO2是含有极性键的非极性分子B.O3是含有非极性键的非极性分子C.H2O2是含有极性键和非极性键的极性分子D.NaClO是含极性共价键和离子键的共价化合物答案C解析SO2中S、O原子之间只存在极性键，SO2中S原子价层电子对个数＝2＋eq\f(6－2×2,2)＝3且含有1个孤电子对，则SO2为V形结构，正负电荷中心不重合，为极性分子，A错误；O3中原子之间只存在非极性键，O3和SO2结构相似，SO2为极性分子，则O3为极性分子，B错误；H2O2中存在O—H极性键、O—O非极性键，H2O2是书页形结构，正负电荷中心不重合，为极性分子，C正确；NaClO中钠离子和次氯酸根离子之间存在离子键，氯和氧之间为极性共价键，但是该化合物为离子化合物，D错误。3.下列有关分子的叙述正确的是()A.双原子分子AB一定是极性分子B.三原子分子AB2一定是非极性分子C.四原子分子AB3一定是极性分子D.ABn型分子的中心原子最外层满足8电子结构，则ABn一定是非极性分子答案A解析双原子分子AB型，原子不同，则共价键一定为极性共价键，构成的分子一定为极性分子，A正确；三原子分子AB2中若正、负电荷的中心不重合，就属于极性分子，如H2O为极性分子，B错误；四原子分子AB3若正、负电荷的中心重合，就属于非极性分子，如BF3，C错误；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，D错误。【题后归纳】1.键的极性与分子的极性关系总结2.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。3.极性分子判断的特殊情况(1)单质分子一般为非极性分子，但O3是V形分子，其空间结构不对称，故O3为极性分子。(2)H2O2的结构式为H—O—O—H，空间结构如图所示，是不对称的，为极性分子。(3)只含有极性键的分子不一定是极性分子(如CH4)；极性分子不一定只含有极性键(如C2H5OH)；含有非极性键的分子不一定是非极性分子(如H2O2)。二、键的极性对化学性质的影响1.羧酸的酸性的衡量标准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。2.键的极性对羧酸酸性的影响(1)三氟乙酸与三氯乙酸的酸性强弱酸性强弱三氟乙酸＞三氯乙酸原因电负性：F＞Cl↓极性：F—C＞Cl—C↓使得极性：F3C—＞Cl3C—↓导致羟基极性：三氟乙酸＞三氯乙酸，使得三氟乙酸更易电离出氢离子。(2)甲酸、乙酸和丙酸的酸性强弱酸性强弱甲酸＞乙酸＞丙酸原因烃基(—R)是推电子基团，烃基越长推电子效应越大，使羧基中的羟基极性越小，羧酸的酸性越弱。随着烃基加长，酸性差异越来越小4.下列属于推电子基团的是()A.—CHO B.—BrC.—CH3 D.—OH答案C解析烃基[如甲基(—CH3)]是推电子基团。5.数据是科学推理中的重要证据，从下表中的数据，所得推论正确的是()羧酸pKa＝－lgKa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)0.23A.相同浓度下，乙酸的酸性一定强于氯乙酸B.烃基是吸电子基团，烃基越长，吸电子效应越大，使羧基中的羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱C.卤素原子是推电子基团，卤素原子使得羧基中羟基的极性变小，导致二氯乙酸的酸性强于一氯乙酸D.氟原子的电负性大于氯原子，使F3C—的极性大于Cl3C—的极性，使三氟乙酸羧基中羟基的极性增大，导致三氟乙酸容易电离出氢离子答案D解析由表可知电离平衡常数Ka(CH3COOH)＝10－4.76，Ka(CH2ClCOOH)＝10－2.86，电离平衡常数越大电离程度越大，则相同浓度下，氯乙酸的酸性强于乙酸，A错误；烃基为推电子基团，碳原子数越多，推电子能力越强，则酸性越弱，故酸性有：甲酸＞乙酸＞丙酸，B错误；卤素原子为吸电子基团，卤素元素电负性越大，吸电子能力越强，故酸性：二氯乙酸＞一氯乙酸，C错误；电负性越大吸引电子能力越强，F的电负性大于Cl，则F—C极性大于Cl－C的极性，F元素吸引电子能力较大导致F3C—极性大于Cl3C—的极性，则三氟乙酸的羧基中的羟基的极性更大，更易电离出氢离子，所以三氟乙酸的酸性较强，D正确。6.下列各物质的酸性强弱关系正确的是()A.CH2Cl—COOH>CHCl2—COOHB.CCl3—COOH<CFCl2—COOHC.CH3—CF2—COOH>CHF2—COOHD.C17H35—COOH>C4H9—COOH答案B解析氯原子的电负性大，C—Cl的极性大，C—Cl越多，使O—H的极性越强，酸性越强，A错误；电负性F大于Cl，极性F—C大于C—Cl，使O—H的极性越强，酸性越强，F—C越多，酸性越强，B正确，C错误；烃基属于推电子基团，含碳原子越多，推电子能力越强，O—H的极性越弱，羧酸的酸性越弱，D错误。【题后归纳】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随着烃基的加长，酸性的差异越来越小。(3)只含烃基的多元羧酸的酸性烃基所含碳数越少，羧基个数越多，酸性越强。1.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SO2 B.CH4和NO2C.BF3和NH3 D.HCl和HI答案D解析A项，CO2是含极性共价键的非极性分子，SO2是含极性共价键的极性分子，分子的极性不相同；B项，CH4是含极性共价键的非极性分子，NO2是含极性共价键的极性分子，分子的极性不相同；C项，BF3是含极性共价键的非极性分子，NH3是含极性共价键的极性分子，分子的极性不相同；D项，HCl和HI都是含极性共价键的极性分子。2.下列说法中正确的是()A.羧酸的pKa(pKa＝－lgKa)越大，其酸性越强B.CF3COOH的酸性大于CCl3COOH，这与F、Cl元素的电负性大小有关C.CHCl2COOH的酸性大于CCl3COOH，这与Cl原子的数目有关D.烃基(R—)是推电子基团，随着烃基加长，羧酸的酸性差异越来越大答案B解析由pKa＝－lgKa，Ka＝10－pKa，pKa越大，Ka越小，羧酸的酸性越弱，A错误；羧酸R－COOH中，R－结构极性越强，羧基在水溶液中电离能力越强，吸引电子能力：F＞Cl，则F－C的极性大于C－Cl的极性，则CF3－的极性大于CCl3—，导致羧基电离出氢离子程度：前者大于后者，则酸性：CF3COOH的酸性大于CCl3COOH，B正确；因为Cl的非金属性较强，吸引电子对的能力强，Cl原子为吸电子基，使得羟基O—H键极性增强，易电离出H＋，则酸性：CCl3COOH＞CHCl2COOH，C错误；烃基越长推电子效应越大，使羧基中羟基极性变小，羧酸酸性越弱，D错误。3.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.非极性分子中一定有非极性键，极性分子中一定有极性键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是在催化剂作用下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；分子的极性与分子内共价键的极性和分子的空间结构密切相关，分子中的正负电中心是否重合是分子极性的依据，中心重合是非极性分子，不重合是极性分子，如甲烷是极性键形成的非极性分子，C错误；H2O是极性分子，D错误。4.CO2的资源化利用是解决温室效应的重要途径。(1)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：NH3＋CO2→＋H2O①三聚氰酸的分子式为________。该分子中C原子的杂化方式为________。②三聚氰酸分子中碳原子与氮原子形成的是________(填“极性”或“非极性”，下同)键。三聚氰酸属于________分子。(2)近年来，利用电化学催化方法进行CO2转化的研究引起了世界范围内的高度关注。如图是以Cu作为催化剂时CO2转化为甲酸的反应过程。①过程②和③分别形成了________和________(填结构简式)极性键。②CO2和HCOOH中均含有________(填“极性”或“非极性”，下同)键。HCOOH属于______________分子。③每1molCO2完全转化为甲酸需得到________mol电子。答案(1)①C3H3N3O3sp2②极性非极性(2)①O—HC—H②极性极性③2解析(1)①该分子中C与N形成双键，则采取sp2杂化。②碳原子与氮原子间形成极性键。三聚氰酸分子各键排列对称，为非极性分子。(2)③CO2转化为甲酸时，碳元素由＋4价变为＋2价，故1molCO2完全转化为甲酸需得2mol电子。A级合格过关练1.利用电负性数值可以预测()A.分子的极性 B.分子的对称性C.化学键的极性 D.分子的空间结构答案C解析电负性是元素的原子吸引电子能力的一种相对标度，元素的电负性愈大，吸引电子的倾向愈大。若两种原子的电负性不同，吸引电子的能力不同，形成的化学键为极性键，所以利用电负性数值可以预测化学键的极性，故选C。2.下列各组物质中，属于由极性键构成的极性分子的是()A.NH3和H2S B.CH4和Br2C.BF3和CO2 D.BeCl2和HCl答案A解析NH3含有极性键，空间结构为三角锥形，分子中正、负电荷的中心不重合，属于极性键形成的极性分子；H2S为V形，分子中正、负电荷的中心不重合，且含有极性键，属于极性键形成的极性分子，满足条件，A正确；CH4含极性键，空间结构为正四面体形，分子中正、负电荷的中心重合，属于极性键形成的非极性分子；Br2含有非极性键，为非极性键形成的非极性分子，不满足条件，B错误；BF3分子中含有极性键，空间结构为平面三角形，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子；CO2中含有极性键，但结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，C错误；BeCl2中正、负电荷的中心是重合的，为非极性分子；HCl为极性键形成的极性分子，D错误。3.下列共价键①H—H、②H—F、③H—O、④H—N中，键的极性由小到大的顺序正确的是()A.①②③④ B.④③②①C.①④③② D.②③④①答案C解析非金属元素的电负性越大，其原子与氢原子形成的共价键的极性越强。第二周期元素的电负性：N<O<F，则共价键的极性H—N<H—O<H—F；共价键H—H是非极性键，因此键的极性由小到大的顺序是①④③②。4.关于有机物基团之间相互影响的说法不正确的是()A.乙基使羟基中氢氧键极性减弱，所以乙醇和钠反应不如钠和水反应剧烈B.乙酸的酸性小于甲酸，因为乙酸中甲基是推电子基团，使羧基中羟基极性变小C.三氟乙酸的结构为CF3COOH，由于—CF3基团的推电子作用，使得三氟乙酸的酸性很强D.烃基越长推电子效应越大，使羧基中羟基极性变小，羧酸酸性越弱，所以乙酸酸性大于丙酸答案C解析由于乙基等烃基是推电子基团，则乙基使羟基中氢氧键极性减弱，使得O—H更难断裂，所以乙醇和钠反应不如钠和水反应剧烈，A正确；烃基越长推电子效应越大，使羧基中羟基极性变小，羧酸酸性越弱，所以乙酸的酸性小于甲酸，B正确；氟原子电负性较大，使—CF3基团中碳的正电性增强，具有吸电子作用，C错误；烃基越长推电子效应越大，使羧基中羟基极性变小，则羧基越难电离，羧酸酸性越弱，所以乙酸酸性大于丙酸，D正确。5.下列说法中，正确的是()A.由极性键构成的分子都是极性分子B.含非极性键的分子一定是非极性分子C.非极性分子一定含有非极性键D.以极性键结合的双原子分子一定是极性分子答案D解析由极性键构成的分子不一定是极性分子，如甲烷是非极性分子，A错误；含非极性键的分子不一定是非极性分子，如H2O2是极性分子，B错误；非极性分子不一定含有非极性键，如甲烷是非极性分子，只含极性键，C错误；以极性键结合的双原子分子一定是极性分子，如氯化氢是极性分子，D正确。6.《梦溪笔谈》中记载：“馆阁新书净本有误书处，以雌黄涂之。”在我国古代，雌黄(As2S3)经常用来修改错字，其结构如图所示。下列说法不正确的是()A.As2S3中只含有极性键B.As2S3是非极性分子C.As2S3中As、S原子的杂化方式不同D.As2S3中各原子最外层均达到8电子稳定结构答案C解析由As2S3的结构可知，其中所含共价键均为极性键，A项正确；由As2S3的结构可知，As2S3分子的正、负电荷重心重合，是非极性分子，B项正确；As2S3中每个As原子的价电子对数＝成键电子对数＋孤电子对数＝3＋1＝4，则As原子的杂化方式为sp3，每个S原子的价电子对数＝2＋2＝4，则S原子的杂化方式也是sp3，C项错误；由As2S3的结构可知，As2S3中各原子最外层均满足8电子稳定结构，D项正确。7.下列叙述不正确的是()A.卤化氢分子中，卤族元素的非金属性越强，共价键的极性越强，稳定性也越强B.以极性键结合的分子不一定是极性分子C.可确定A2B或AB2型分子是极性分子的依据是含有极性键且分子构型不对称，分子结构为键角小于180°的非直线形结构D.非极性分子中各原子之间都以非极性键结合答案D解析对比HF、HCl、HBr、HI分子，卤族元素的非金属性越强，极性键越强，A正确；CO2分子是极性键构成的非极性分子，B正确；A2B型分子如H2O、H2S分子是极性分子的依据是分子结构不对称，而CO2、CS2为直线形分子，键角为180°，分子结构对称，为非极性分子，C正确；空间结构对称的非极性多原子分子中可能含有极性键，如CH4，D错误。8.使用普通氧分子和带正电荷的氧离子制造出了由4个氧原子构成的氧分子，理论计算表明O4分子可能有两种不同的空间对称结构(如图所示)。下列关于该氧分子的说法正确的是()A.与O2互为同位素B.不可能含有极性键C.该分子为极性分子D.该物质为一种新型的氧化物答案B解析同位素是针对元素而言的，该物质为一种分子，与O2互为同素异形体，A错误。根据题目信息知，该物质为O4，是氧元素的一种新的单质，在O4中，同种元素之间只能形成非极性键，且空间结构对称，因此该分子为非极性分子，C、D错误，B正确。9.二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色气体，易溶于水，在水中的溶解度约为Cl2的5倍，其水溶液在较高温度与光照下会生成ClOeq\o\al(－,2)与ClOeq\o\al(－,3)。下列关于ClO2、ClOeq\o\al(－,2)和ClOeq\o\al(－,3)的说法正确的是()A.ClO2为非极性分子B.ClOeq\o\al(－,2)中含有非极性键C.ClOeq\o\al(－,3)的空间结构为三角锥形D.ClOeq\o\al(－,2)与ClOeq\o\al(－,3)的键角相等答案C解析ClO2中心Cl原子有2个σ键，孤电子对数为eq\f(1,2)(7－2×2)≈2，ClO2为V形分子，结构不对称，故ClO2为极性分子，A错误；ClOeq\o\al(－,2)中Cl和O以极性共价键结合，B错误；ClOeq\o\al(－,3)中心Cl原子有3个σ键，孤电子对数为eq\f(1,2)(7＋1－3×2)＝1，空间结构为三角锥形，C正确；ClOeq\o\al(－,2)中心Cl原子的孤电子对数为eq\f(1,2)(7＋1－2×2)＝2，ClOeq\o\al(－,3)中心Cl原子的孤电子对数为1，孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间斥力>成键电子对之间斥力，因此ClOeq\o\al(－,3)键角>ClOeq\o\al(－,2)键角，D错误。10.二氯化二硫(S2Cl2)，非平面结构，常温下是一种黄红色液体，有刺激性恶臭，熔点80℃，沸点135.6℃，对于二氯化二硫叙述正确的是()A.二氯化二硫的电子式为∶B.分子中既有极性键又有非极性键C.二氯化二硫属于非极性分子D.分子中S—Cl键能小于S—S键能答案B解析S2Cl2分子中S原子之间形成1对共用电子对，Cl原子与S原子之间形成1对共用电子对，结合分子结构可知S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl，电子式为，故A错误；S2Cl2中Cl—S属于极性键，S—S属于非极性键，不对称的结构，为极性分子，故B正确；C错误；同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，所以氯原子半径小于硫原子半径，键长越短，键能越大，所以分子中S—Cl键能大于S—S键能，故D错误。11.已知N、P同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分子与NH3分子的空间结构关系为________(填“相同”“相似”或“不相似”)，P—H________(填“有”或“无”)极性，PH3分子____________(填“有”或“无”)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)相似有有(3)a解析(1)N4分子是正四面体形结构，是一种非极性分子。(2)NH3分子与PH3分子空间结构均为三角锥形，但N—H与P—H键长不同，故结构相似，P—H为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键，PH3分子空间结构为三角锥形，正、负电荷中心不重合，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、负电荷中心不重合，故该分子为极性分子，c正确。B级素养培优练12.下列有关共价键对物质化学性质的影响，说法错误的是()A.醇分子中的氢氧键不如水分子中的氢氧键容易断裂，这是因为醇分子中的烃基具有推电子作用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)原因是N≡N的键能大于P—P的键能答案B解析与水相比，醇羟基上多了一个烃基，而烃基是推电子基，会使羟基的氧原子上电子密度更大，这样羟基氧与羟基氢之间的共用电子对就会部分向氢原子偏移，使键的极性减小，更不容易断裂，A正确；Cl为吸电子微粒，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；氮气中的氮氮三键键能较大，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。13.SF6可作为超高压绝缘介质气体，分子如图呈正八面体结构，有关SF6的说法正确的是()A.含有非极性共价键和极性共价键B.是极性分子C.S和F之间共用电子对偏向FD.所有原子均满足8电子稳定结构答案C解析由结构式可知该化合物中只含S—F，为极性键，A错误；结构对称、正负电荷中心重合的分子为非极性分子，SF6分子呈正八面体结构，S原子位于正八面体的中心，该分子结构对称、正负电荷中心重合，为非极性分子，B错误；由于F的电负性比S的大，S与F之间共用电子对偏向F，C正确；中心元素价电子数＋化合价的绝对值＝8时，该分子中所有原子都达到8电子稳定结构，该化合物中S元素化合价＋价电子数＝6＋6＝12，则S原子不是8电子稳定结构，D错误。14.有X、Z、Q、T四种元素，X元素原子的M能层的p轨道上有两个未成对电子且无空轨道；Z元素原子的L能层的p轨道有一个空轨道；Q元素原子的L能层的p轨道上只有一对成对电子；T元素原子M能层上p轨道有3个