化学选择性必修2第三节 分子结构与物质的性质第1课时学案设计

第三节　分子结构与物质的性质

基础课时8　共价键的极性　范德华力

一、共价键的极性

1．键的极性和分子的极性

(1)键的极性

(2)极性分子和非极性分子

(3)键的极性与分子极性之间的关系

①只含非极性键的分子一定是非极性分子。

②含有极性键的分子，如果分子中各个键的极性的向量和等于零，则为非极性分子，否则为极性分子。

③极性分子中一定有极性键，非极性分子中不一定含有非极性键。例如CH4是非极性分子，只含有极性键。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。

微点拨：键的极性只取决于成键原子的元素种类或电负性的差异，与其他因素无关。

2．键的极性对化学性质的影响

键的极性对物质的化学性质有重要的影响。例如，羧酸是一大类含羧基(—COOH)的有机酸，羧基可电离出H＋而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关，如下表所示。

不同羧酸的pKa

　为什么甲酸、乙酸、丙酸的酸性逐渐减弱？

提示：烃基是推电子基团，烃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。所以，甲酸的酸性大于乙酸的，乙酸的酸性大于丙酸的……随着烃基加长，酸性的差异越来越小。

　(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)极性分子中不可能含有非极性键。 (×)

(2)一般极性分子中含有极性键。 (√)

(3)H2O、CO2、CH4都是非极性分子。 (×)

(4)HF的沸点较高，是因为H—F的键能很大。 (×)

二、范德华力

1．分子间的作用力——范德华力

(1)概念：物质的分子之间存在着相互作用力，把这类分子间作用力称为范德华力。

(2)影响因素：一般来说，相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力也越大。

2．范德华力对物质性质的影响

(1)范德华力广泛存在于分子之间，只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力，如固体和液体物质中。

(2)范德华力主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质。

(3)范德华力无方向性和饱和性。只要分子周围空间允许，分子总是尽可能多地吸引其他分子。

　液态苯、汽油等发生汽化时，为何需要加热？降低氯气的温度，为什么能使氯气转化为液态或固态？

提示：液态苯、汽油等发生汽化是物理变化，需要吸收能量克服其分子间的相互作用力。降低氯气的温度时，氯气分子的平均动能逐渐减小。随着温度降低，当分子靠自身的动能不足以克服分子间相互作用力时，分子就会凝聚在一起，形成液体或固体。

　下列关于范德华力的叙述正确的是(　　)

A．范德华力的实质是一种电性作用，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区别是作用力的强弱

C．任何分子间在任意情况下都会产生范德华力

D．范德华力非常微弱，故破坏分子间的范德华力不需要消耗能量

B　[范德华力的实质是一种电性作用，但范德华力是分子间较弱的作用力，不是化学键，A项错误；化学键是粒子间强烈的相互作用，范德华力是分子间较弱的作用力，B项正确；若分子间的距离足够远，则分子间没有范德华力，C项错误；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量，D项错误。]

材料1　已知Cl2、ICl、BrCl都能与水发生反应：

①Cl2＋H2O===HClO＋HCl

②ICl＋H2O===HIO＋HCl

③BrCl＋H2O===HBrO＋HCl

材料2　在酸式滴定管中加入蒸馏水，打开活塞，让液体缓慢流下。用气球在头发上摩擦后接近液流，观察现象。

[问题1]　材料1中反应①、②、③是否为氧化还原反应？

提示：①是，②③否。Cl2＋H2O===HClO＋HCl中氯元素的化合价由0价变为＋1价和－1价，故①是氧化还原反应；ICl＋H2O===HIO＋HCl中I元素都显＋1价，Cl元素都显－1价，该反应不是氧化还原反应，同理，BrCl＋H2O===HBrO＋HCl中Br元素都显＋1价，Cl元素都显－1价，该反应不是氧化还原反应。

[问题2]　ICl和BrCl中各元素的化合价有正负吗？为什么？

提示：有正负，I和Br显正价，Cl显负价；因为电负性：Cl>Br>I，Cl对共用电子对的吸引力比Br、I的强，共用电子对偏向Cl，故Cl显负价。

[问题3]　材料2中能观察到的现象是什么？如果将水换成CCl4，现象是否相同？

提示：水流的方向明显偏转。将水换成CCl4，CCl4液流的方向没有偏转。气球在头发上摩擦后带电荷，水是极性分子，气球接近后受电荷的影响水流的方向发生偏转，CCl4是非极性分子，不受电荷的影响，不发生偏转。

1．分子的极性与键的极性和分子空间结构的关系

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；空间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为非极性分子；H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分子。

1．下列有关分子的叙述中正确的是(　　)

A．以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子

B．以极性键结合起来的分子一定是极性分子

C．非极性分子只能是双原子单质分子

D．非极性分子中一定含有非极性共价键

A　[对于抽象的选择题可用举反例法以具体的物质判断正误。A项正确，如O2、H2、N2等；B项错误，以极性键结合起来的分子不一定是极性分子，若分子的空间结构对称，正电中心和负电中心重合，就是非极性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等；C项错误，非极性分子不一定是双原子单质分子，如CH4等；D项错误，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2等。]

2．实验测得BeCl2为共价化合物，两个Be—Cl间的夹角为180°，由此可判断BeCl2是(　　)

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

B　[BeCl2中Be—Cl是不同元素原子形成的共价键，为极性键，两个Be—Cl间的夹角为180°，即3个原子在一条直线上，说明分子是对称的，其正电中心与负电中心重合，故BeCl2是由极性键形成的非极性分子，故B项正确。]

分子的极性判断的方法

已知卤素单质的熔、沸点数据如下表所示

[问题1]　分析上表，总结卤素单质熔、沸点有什么变化规律？

提示：卤素单质的熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高。

[问题2]　怎样解释卤素单质熔、沸点的变化规律？

提示：由分子构成的物质的熔、沸点取决于分子间作用力的大小，随着相对分子质量的增大，它们分子间的作用力逐渐增大，熔、沸点逐渐升高。

1．组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越高，如熔、沸点：CF4<CCl4<CBr4<CI4。

2．组成相似且相对分子质量相近的物质，分子极性越大(电荷分布越不均匀)，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。

3．在同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。

3．下列关于范德华力影响物质性质的叙述中，正确的是(　　)

A．范德华力是决定由分子构成的物质的熔、沸点高低的唯一因素

B．范德华力与物质的性质没有必然的联系

C．范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质

D．范德华力仅影响物质的部分物理性质

D　[范德华力是一种分子间作用力，因此范德华力不会影响物质的化学性质，只影响物质的部分物理性质。]

4．卤素单质从F2到I2在常温常压下的聚集状态由气态、液态到固态的原因是(　　)

A．原子间化学键的键能逐渐减小

B．范德华力逐渐增大

C．原子半径逐渐增大

D．氧化性逐渐减弱

B　[卤素单质从F2到I2相对分子质量依次增大，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点越高，B正确。]

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

C　[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。]

2．共价键①H—H、②H—F、③H—O、④N—H的极性按由小到大的顺序排列正确的是(　　)

A．①②③④ B．④③②①

C．①④③② D．②③④①

C　[元素的非金属性越强(或电负性越大)，其原子与氢原子形成的共价键的极性越强。同周期主族元素从左到右，非金属性逐渐增强，与氢原子形成共价键时，键的极性由小到大的顺序是N—H<H—O<H—F；H—H是同种元素原子形成的非极性键，故键的极性由小到大的顺序为①④③②，C项正确。]

3．下列羧酸的酸性最弱的是(　　)

A．CH3COOH  B．CH2FCOOH

C．HCOOH D．CHF2COOH

A　[根据与羧基(—COOH)相连的基团中共价键或基团的特点进行判断。—CH3是推电子基团，导致羧基中O—H的极性减小，酸性减小，故酸性HCOOH>CH3COOH；F的电负性最大，C—F的共用电子对偏向F，通过传导作用，导致羧基中O—H的极性增大，酸性增大，F原子越多，酸性越大，故酸性CHF2COOH>CH2FCOOH>CH3COOH，故选A。]

4．下列叙述正确的是(　　)

A．F2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高，与分子间的作用力大小有关

B．NH3是非极性分子

C．稀有气体的化学性质比较稳定，是因为其键能很大

D．干冰汽化时破坏了共价键

A　[A项，从F2→I2，相对分子质量增大，分子间的作用力增大，熔、沸点升高；B项，NH3是极性分子；C项，稀有气体分子为单原子分子，分子内无化学键，其化学性质稳定是因为原子的最外层为8电子稳定结构(He为2个)；D项，干冰汽化破坏的是范德华力，并未破坏共价键。]

5．在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2、BF3分子中：

(1)以非极性键结合的非极性分子是________；

(2)以极性键结合的具有直线形结构的非极性分子是________；

(3)以极性键结合的具有正四面体形结构的非极性分子是________；

(4)以极性键结合的具有三角锥形结构的极性分子是________；

(5)以极性键结合的具有sp3杂化轨道结构的分子是________；

(6)以极性键结合的具有sp2杂化轨道结构的分子是________。

[解析]　HF是含有极性键的双原子分子，为极性分子；H2O中氧原子采取sp3杂化，与H原子形成极性键，为极性分子；NH3中有极性键，N原子采取sp3杂化，为三角锥形结构；CS2与CO2相似，为由极性键形成的直线形非极性分子；CH4中C原子采取sp3杂化与H原子形成极性键，为正四面体构型的非极性分子；N2是由非极性键结合的非极性分子；BF3中B原子采取sp2杂化，与F形成极性键，为非极性分子。

[答案]　(1)N2　(2)CS2　(3)CH4　(4)NH3　(5)H2O、NH3、CH4　(6)BF3