高中第三节 分子结构与物质的性质第一课时导学案

第三节　分子结构与物质的性质

第一课时　键的极性和分子的极性、范德华力及其对物质性质的影响

[明确学习目标]　1.能利用电负性判断共价键的极性，能根据共价分子的结构特点说明简单分子的某些性质。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作出解释。3.能说明分子间作用力——范德华力对物质熔、沸点等性质的影响。

1．键的极性和分子的极性

(1)键的极性

(2)分子的极性

①极性分子和非极性分子

②键的极性与分子极性之间的关系

a．只含非极性键的分子一定是非极性分子(O3除外)。

b．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。

2．键的极性对化学性质的影响

(1)推电子基团的烃基越长，推电子效应越大，使得羧基上的羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱。如：CH3COOH的酸性大于C2H5COOH的酸性大于CH3CH2CH2COOH的酸性。

(2)基团的极性越大，使得羧基上的羟基的极性越大，羧酸的酸性越强，如：基团极性的大小顺序为：—CF3>—CCl3>—CHCl2>—CH2Cl，则酸性的强弱顺序为：CF3COOH>CCl3COOH>CHCl2COOH>CH2ClCOOH。

3．范德华力及其对物质性质的影响

(1)范德华力

①概念：分子间普遍存在的相互作用力，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。

②特点：范德华力很弱，比化学键的键能小1～2个数量级。

③影响因素：分子的极性越大，范德华力越大；结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。

(2)范德华力对物质性质的影响

范德华力主要影响物质的物理性质，如熔点、沸点，范德华力越大，物质的熔、沸点越高。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)PH3分子中的P—H键是非极性键。(　　)

(2)SO2、SO3、BF3、NCl3都是极性分子。(　　)

(3)极性分子中不可能含有非极性键。(　　)

(4)含有极性键的分子一定是极性分子。(　　)

(5)非极性分子中一定含有非极性键。(　　)

(6)固体碘升华克服的是分子间作用力。(　　)

(7)卤素单质、卤素碳化物(CX4)的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大。(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√

(7)√

解析　(1)不同非金属元素原子之间形成的是极性键，所以P—H键是极性键。

(2)SO3、BF3属于非极性分子。

(3)极性分子中也可能含有非极性键，如H2O2。

(4)含有极性键的分子也可能是非极性分子，如CO2就是由极性键构成的非极性分子。

(5)CH4是非极性分子，分子中只存在极性键。

2．下列有关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，范德华力是一种较弱的化学键

B．范德华力与化学键的强弱不同

C．稀有气体呈固态时原子间不存在范德华力

D．范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量

答案　B

解析　范德华力是分子间的一种相互作用力，是一种电性作用，但范德华力不属于化学键；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量；范德华力普遍存在于分子间，稀有气体呈固态时存在范德华力。

3．下列各组分子中，都属于含极性键的非极性分子的是(　　)

A．CO2　H2S  B．C2H4　CH4

C．C60　C2H4  D．NH3　HCl

答案　B

解析　CO2是含有极性键的非极性分子，H2S是含有极性键的极性分子，故A错误；C2H4是含有极性键和非极性键的非极性分子，CH4是含有极性键的非极性分子，故B正确；C60是含有非极性键的非极性分子，C2H4是含有极性键和非极性键的非极性分子，故C错误；NH3是含有极性键的极性分子，HCl是含有极性键的极性分子，故D错误。

4．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键间的夹角是107°。

(1)PH3分子与NH3分子的空间结构________(填“相似”或“不相似”)，P—H键________(填“有”或“无”)极性，PH3分子________(填“有”或“无”)极性。

(2)NH3与PH3相比，热稳定性更强的是________。

答案　(1)相似　有　有　(2)NH3

解析　(1)N、P属于同族元素，NH3分子与PH3分子的空间结构相似，均为三角锥形，是极性分子。P—H键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键。

(2)由N、P在元素周期表中的位置关系和元素周期律可知，N的非金属性比P的强。由元素的非金属性与简单氢化物的热稳定性的关系可知，NH3的热稳定性比PH3的强。

知识点一　键的极性和分子的极性的判断方法

1．键的极性判断

2．分子的极性的判断

(1)化合价法：ABm型分子中，中心原子化合价的绝对值等于该元素的价电子数时，该分子为非极性分子，此时分子的空间结构对称；若中心原子化合价的绝对值不等于其价电子数，则分子的空间结构不对称，其分子为极性分子，具体实例如下：

(2)根据分子所含键的类型及分子的空间结构判断

(3)根据中心原子最外层电子是否全部成键判断

中心原子即其他原子围绕它成键的原子。分子中的中心原子最外层电子若全部成键，则不存在孤电子对，此分子一般为非极性分子；若未全部成键，存在孤电子对，此分子一般为极性分子。

CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键，它们都是非极性分子。

H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键，它们都是极性分子。

[解析]　H2O2分子中存在2个O—H极性键和1个O—O非极性键，A正确；根据H2O2的空间结构知，H2O2分子中正电中心和负电中心不重合，H2O2为极性分子，B正确；H2O2中两个O原子都分别形成1个氢氧σ键和1个氧氧σ键，每个O原子上还有两对孤电子对，两个O原子均为sp3杂化，C正确；H2O2分子中只有单键，只有σ键，没有π键，D错误。

[答案]　D

[方法]　判断分子极性的一般思路

[练1]　下列关于共价键的叙述中，不正确的是(　　)

A．由不同元素的原子形成的共价键一定是极性键

B．由同种元素的原子形成的双原子分子中的共价键一定是非极性键

C．化合物中不可能含有非极性键

D．当氧原子与氟原子形成共价键时，共用电子偏向氟原子

答案　C

解析　不同元素的原子吸引电子的能力不同，形成极性键。同种元素的原子形成的双原子分子中，两原子吸引电子的能力相同，形成非极性键。某些化合物如Na2O2、H2O2中均含有非极性键。氟原子吸引电子的能力强于氧原子，二者成键时共用电子偏向氟原子。

[练2]　下列物质：①MgCl2　②SO2　③白磷　④BF3　⑤NH3　⑥四氯化碳

其中含极性键的非极性分子是(　　)

A．①②③④⑥  B．①④⑤⑥

C．③④⑥  D．④⑥

答案　D

解析　①MgCl2是离子化合物，故不符合题意；

由表格可知④⑥符合题意。

知识点二　范德华力及其对物质性质的影响

　范德华力是分子间普遍存在的一种相互作用。正是因为存在范德华力，才使得许多物质以一定的凝聚态存在，使得自然界变得丰富多彩。

1．影响范德华力的因素

(1)相对分子质量：一般来说，结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。

(2)分子的极性：分子的极性越大，范德华力越大。

2．范德华力对物质熔、沸点的影响

[解析]　(1)N2、CO的相对分子质量相同，但是N2为非极性分子，CO为极性分子，极性分子间的范德华力较大，所以N2的沸点比CO的低。

(2)BCl3与BF3的结构相似，相对分子质量大的，其熔、沸点高，所以BCl3的熔、沸点高于BF3。

[答案]　(1)低　N2为非极性分子，CO为极性分子，极性分子间的范德华力较强　

(2)高　BCl3与BF3的结构相似，BCl3的相对分子质量大

[注意]　范德华力很弱，约比化学键的键能小1～2个数量级，分子间作用力的主要特征有以下几个方面：

(1)广泛存在于分子之间。

(2)只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力(范德华力)，如固体和液体物质中。

[练3]　下列关于范德华力的叙述中，不正确的是(　　)

A．范德华力的实质是一种电性作用，范德华力是一种化学键

B．范德华力普遍存在于分子间，它使许多物质能以一定的凝聚态存在

C．范德华力与物质的熔、沸点有关，与物质的稳定性无关

D．范德华力是一种较弱的分子间作用力

答案　A

解析　

[练4]　硅烷(SinH2n＋2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示：

呈现这种变化关系的原因是__________________________________________

______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

答案　硅烷分子结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高

解析　题图表明相对分子质量越大，沸点越高。

本课归纳总结

1．下列共价键中，属于非极性键的是(　　)

A．C—H  B．C—Cl  C．C===O  D．N≡N

答案　D

解析　NN键是由同种非金属元素原子间形成的非极性共价键，D正确。

2．下列关于范德华力的叙述正确的是(　　)

A．是一种较弱的化学键

B．分子间存在的较强的电性作用

C．直接影响物质的熔、沸点

D．稀有气体的原子间存在范德华力

答案　D

解析　范德华力是分子间存在的较弱的相互作用，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熔、沸点；稀有气体为单原子分子，分子之间靠范德华力相结合。

3．下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子的是(　　)

A．CH4和H2O  B．CO2和HCl

C．NH3和H2S  D．HCN和BF3

答案　C

解析　极性键是存在于不同元素原子之间的共价键；极性分子是分子的正电中心和负电中心不重合的分子。NH3是呈三角锥形的极性分子；CO2是呈直线形的非极性分子；H2O、H2S都是呈V形的极性分子；HCl、HCN都是呈直线形的极性分子；CH4是呈正四面体形的非极性分子，BF3是呈平面三角形的非极性分子。

4．三氯化硼(BCl3)的熔点为－107 ℃，沸点为12.5 ℃，能水解，其分子中键与键之间的夹角为120°。下列有关叙述正确的是(　　)

A．三氯化硼在液态时能导电而在固态时不能导电

B．三氯化硼中心原子采用sp杂化

C．三氯化硼分子呈正三角形，属于非极性分子

D．三氯化硼分子的空间结构类似三氯化磷

答案　C

解析　三氯化硼是共价化合物，液态时不能导电，A错误；三氯化硼中硼原子为sp2杂化，无孤电子对，分子中键与键之间的夹角为120°，是平面正三角形结构，属于非极性分子，B错误，C正确；PCl3中P为sp3杂化，有1对孤电子对，其空间结构是三角锥形，D错误。

5．下列叙述与范德华力无关的是(　　)

A．气体物质加压或降温时能凝结或凝固

B．通常状况下氯化氢为气体

C．氟、氯、溴、碘单质的熔、沸点依次升高

D．氯化钠的熔点较高

答案　D

解析　范德华力主要影响物质的熔、沸点等物理性质。A项，气体物质加压时，范德华力增大，降温时，气体分子的平均动能减小，两种情况下，分子靠自身的动能不足以克服范德华力，从而聚集在一起形成液体甚至固体；B项，氯化氢分子之间的作用力是很弱的范德华力，因此通常状况下氯化氢为气体；C项，一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强，物质的熔、沸点逐渐升高；D项，NaCl中存在的作用力是很强的离子键，所以NaCl的熔点较高，与范德华力无关。

6．在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2中：

(1)以非极性键结合的非极性分子是________。

(2)以极性键相结合，具有直线形结构的非极性分子是________。

(3)以极性键相结合，具有三角锥形结构的极性分子是________。

(4)以极性键相结合，具有四面体结构的非极性分子是________。

(5)以极性键相结合，具有V形结构的极性分子是________。

(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

解析　该题要求判断键的极性、分子的空间结构与分子的极性之间的关系，实质是要掌握分析分子极性的正确思路或方法，就是要明确常见分子的空间结构及其对称性。另外，分子极性强弱与成键原子的电负性有关。

课时作业

一、选择题(本题共8小题，每小题只有1个选项符合题意)

1．下列分子中含有的电子数与HF分子相同，且只有两个极性共价键的是(　　)

A．CO2  B．NH3  C．H2O  D．CH4

答案　C

解析　HF分子中含有的电子数为10，CO2分子中含有的电子数为22；CO2分子中成键原子不相同，有2个极性共价键，A错误。NH3分子中含有的电子数为10，与HF分子中含有的电子数相同；NH3分子中成键原子不相同，有3个极性共价键，B错误。H2O分子中含有的电子数为10，含有的电子数与HF相同；H2O分子中成键原子不相同，有2个极性共价键，C正确。CH4分子中含有的电子数为10，含有的电子数与HF相同；CH4分子中成键原子不相同，有4个极性共价键，D错误。

2．两种非金属元素A、B所形成的下列分子中一定属于极性分子的是(　　)

答案　D

解析　A项，如果是甲烷，则为正四面体结构，属于非极性分子；B项，如果是呈直线形的BeCl2，则为非极性分子；C项，如果是BF3，则呈平面三角形，属于非极性分子；D项，呈三角锥形，一定属于极性分子。

3．下列叙述中正确的是(　　)

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，一定含有非极性键

答案　A

解析　A正确，如O2、H2、N2等；B错误，以极性键结合起来的分子不一定是极性分子，若分子空间结构对称，正电中心、负电中心重合，就是非极性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等；C错误，CO2、CCl4等分子都是非极性分子，但都不是双原子单质分子；D错误，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2等。

4．下列分子中共价键的极性强弱顺序正确的是(　　)

A．CH4>NH3>H2O>HF

B．HF>H2O>NH3>CH4

C．H2O>HF>CH4>NH3

D．HF>H2O>CH4>NH3

答案　B

解析　比较共价键的极性，可比较成键的两个原子吸引电子能力的大小。如果两原子吸引电子的能力相差越大，共用电子对偏移的程度越大，则键的极性越强。题中共价键的极性按H—F、H—O、H—N、H—C的顺序依次减弱，B正确。

5．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

答案　B

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。

6．通常状况下，NCl3是一种油状液体，其分子空间结构与氨分子相似，下列有关NCl3的叙述正确的是(　　)

A．分子中N—Cl键键长比CCl4分子中C—Cl键键长长

B．分子中的所有原子均达到8电子稳定结构

C．NCl3分子是非极性分子

D．NBr3比NCl3稳定

答案　B

解析　碳原子的原子半径大于氮原子，所以CCl4中C—Cl键键长比NCl3中N—Cl键键长长，A错误；氮原子与3个氯原子形成3个共价单键，所以NCl3中氮原子最外层电子数为5＋3＝8，氯原子最外层电子数为7＋1＝8，所以氮原子和氯原子均达到8电子稳定结构，B正确；NCl3分子的空间结构与氨分子相似，都是三角锥形结构，氨分子是极性分子，所以NCl3分子也是极性分子，C错误；由于氯原子半径小于溴原子半径，所以N—Cl键键能大于N—Br键，NCl3比NBr3稳定，D错误。

7．下列物质熔点最高的是(　　)

A．CH4  B．C2H6  C．C3H8  D．C4H10

答案　D

解析　结构相似的烷烃，相对分子质量越大，熔点越高。

8．下列分子均属于极性分子且中心原子均为sp3杂化的是(　　)

A．CH4、P4  B．SO2、CHCl3

C．PCl3、SO3  D．NH3、H2O

答案　D

解析　CH4和P4均为非极性分子，A错误；SO2中S原子为sp2杂化，B错误；SO3中S原子为sp2杂化，分子空间结构为平面三角形，为非极性分子，C错误；NH3中N原子为sp3杂化，分子空间结构为三角锥形，为极性分子，H2O中O原子为sp3杂化，分子空间结构为V形，为极性分子，D正确。

二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)

9．下列物质中既有极性键，又有非极性键的非极性分子是(　　)

A．二氧化碳  B．四氯化碳

C．过氧化氢  D．乙炔

答案　D

解析　A项，二氧化碳分子中只有极性键；B项，四氯化碳分子中只有极性键；C项，过氧化氢分子中既有极性键，又有非极性键，但其为极性分子；D项，乙炔中既有极性键，又有非极性键，其分子结构对称且四原子共线，故其为非极性分子。

10．下列物质性质的变化规律与分子间作用力无关的是(　　)

A．CI4、CBr4、CCl4、CF4的熔、沸点逐渐降低

B．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱

C．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高

D．CH3—CH3、CH3—CH2—CH3、CH3CH2CH2CH3的沸点逐渐升高

答案　B

解析　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。

11．有下列两组命题，其中乙组命题正确且能用甲组命题正确解释的是(　　)

A．Ⅰ　a  B．Ⅱ　b

C．Ⅲ　c  D．Ⅳ　d

答案　BC

解析　键能的大小影响物质的热稳定性，键能越大，物质越稳定。H—Cl键的键能大于H—I键的键能，所以HCl比HI稳定。范德华力影响物质的熔、沸点的高低，范德华力越大，熔、沸点越高。由于HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力，所以HI的沸点比HCl的高。

12．科学家发现铂的两种化合物和。实验测得a和b具有不同的特性：a具有抗癌作用，而b没有。则下列关于a、b的叙述正确的是(　　)

A．a和b属于同一种物质

B．a和b互为同分异构体

C．a为极性分子，b为非极性分子

D．a和b的空间结构是四面体形

答案　BC

解析　因为a和b具有不同的特性，所以a和b一定不是同一种物质。性质不同说明结构不同，而a与b的分子式是相同的，所以a和b互为同分异构体。a和b的空间结构若是四面体形，两个氯原子就不存在相邻和相间之分，因此a和b的空间结构只能是平面四边形。根据分子的空间结构，a中正、负电荷中心不重合，为极性分子，b中正、负电荷中心重合，为非极性分子。

三、非选择题(本题共2小题)

13．在下列物质中：

①HCl　②N2　③NH3　④Na2O2　⑤H2O2

⑥NH4Cl　⑦NaOH　⑧Ar　⑨CO2　⑩C2H4

(1)只存在非极性键的分子是________(填序号，下同)；既存在非极性键又存在极性键的分子是________；只存在极性键的分子是________。

(2)只存在单键的分子是________；存在三键的分子是________；只存在双键的分子是________；既存在单键又存在双键的分子是________。

(3)只存在σ键的分子是________，既存在σ键又存在π键的分子是________。

(4)不存在化学键的是________。

(5)既存在离子键又存在极性键的是________；既存在离子键又存在非极性键的是________。

答案　(1)②　⑤⑩　①③⑨　(2)①③⑤　②　⑨　⑩

(3)①③⑤　②⑨⑩　(4)⑧　(5)⑥⑦　④

解析　(1)氮气是由两个氮原子形成的分子，只存在非极性键；H2O2中O—H键是极性键，O—O键是非极性键，C2H4中CC键是非极性键，C—H键是极性键，则既存在非极性键又存在极性键的分子是⑤⑩；HCl、NH3和CO2中只存在极性键。

(2)HCl、NH3、H2O2的结构式分别为H—Cl、，所以只存在单键的分子是①③⑤；氮气的结构式为NN，则存在三键的分子是②；CO2中氧原子的最外层有6个电子，能形成两对共用电子对，所以只存在双键的分子是⑨；乙烯的结构式为CHHCHH，既存在单键又存在双键。

(3)只存在σ键，即只存在单键，根据上述分析，只存在σ键的分子是①③⑤，含有双键、三键的分子中既存在σ键又存在π键，所以根据上述分析，既存在σ键又存在π键的分子是②⑨⑩。

(4)稀有气体是单原子分子，没有化学键，所以不存在化学键的分子是⑧。

(5)ΝΗ4Cl、NaOH中既有离子键又有极性共价键，所以既存在离子键又存在极性键的是⑥⑦；Na2O2中既有O—O非极性键，又有Na＋和O之间的离子键，所以既存在离子键又存在非极性键的是④。

14．已知和碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第一个长周期，短周期元素Y原子的最外层电子数比内层电子总数少3，它们形成的化合物的分子式是XY4。试回答：

(1)X元素的基态原子的核外电子排布式为________________________，Y元素原子最外层电子排布图为______________。

(2)若X、Y两元素电负性分别为1.8和3.0，则XY4中X与Y之间的化学键为________(填“共价键”或“离子键”)。

(3)XY4的空间结构为______________形，中心原子采取________杂化，分子为______________(填“极性分子”或“非极性分子”)。

(4)XY4的沸点与SiCl4比较：________(填化学式)的高，原因是____________________________________________________________________________________________。

答案　(1)1s22s22p63s23p63d104s24p2(或

[Ar]3d104s24p2)　

(2)共价键

(3)正四面体　sp3　非极性分子

(4)GeCl4　组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高

解析　第四周期ⅣA族元素为Ge，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或

[Ar]3d104s24p2，Y元素原子的最外层电子数比内层电子总数少3，Y是氯，Y元素原子最外层电子排布图为。XY4中X与Y形成的是共价键，空间结构为正四面体形，中心原子为sp3杂化，为非极性分子，分子间的作用力是范德华力。