高中 化学 选择性必修2 第二章 分子结构与性质《第三节 第1课时 共价键的极性》教学设计

第三节分子结构与物质的性质第1课时共价键的极性[课程标准]1.知道共价键可分为极性键和非极性键。2.知道分子可以分为极性分子和非极性分子，了解分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。3.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。任务一键的极性和分子的极性某研究性学习小组通过实验探究分子的极性，实验操作如下：①在酸式滴定管中加入四氯化碳，打开活塞让四氯化碳缓缓流下，可看到四氯化碳呈直线状垂直流入烧杯中。②将毛皮摩擦过的橡胶棒(带负电)靠近四氯化碳液流，观察到四氯化碳的流动方向不变。③向另一酸式滴定管中加入蒸馏水，进行同样的实验，观察到水的流动方向发生改变。问题1：通过上述实验操作及现象，你可以得出什么结论？问题2：分析CCl4和H2O分子中的化学键是极性键还是非极性键，并结合分子结构的对称性判断是极性分子还是非极性分子。提示：问题1：水分子中存在着带正电荷的正极和带负电荷的负极，能被带电体吸引；四氯化碳分子中无正极和负极之分，不能被带电体吸引。问题2：CCl4：含有极性键，分子结构对称，非极性分子；H2O：含有极性键，分子结构不对称，极性分子。1．键的极性分类极性共价键非极性共价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＋)一个原子呈负电性(δ－)呈电中性2.分子的极性(1)极性分子正电中心和负电中心不重合；键的极性的向量和不为零。(2)非极性分子正电中心和负电中心重合；键的极性的向量和等于零。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。1．正误判断，错误的说明原因。(1)以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子。答案：正确。(2)以极性键结合起来的分子一定是极性分子。答案：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。(3)非极性分子只能是双原子单质分子。答案：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。(4)非极性分子中，一定含有非极性键。答案：错误，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2等。(5)含有非极性键的分子一定是非极性分子。答案：错误，含有非极性键的分子如果空间结构不对称，正电中心与负电中心不重合，则为极性分子，如H2O2。2．①NH3；②CO2；③SiCl4；④BF3；⑤C2H4；⑥H2O2；⑦Cl2；⑧P4；⑨H2S。(1)含极性共价键的非极性分子：______________(填序号，下同)。(2)含非极性共价键的非极性分子：__________。(3)含极性共价键的极性分子：__________。答案：(1)②③④⑤(2)⑤⑦⑧(3)①⑥⑨解析：NH3中存在N—H键，CO2中存在C=O键，SiCl4中存在Si—Cl键，BF3中存在B—F键，C2H4中存在C=C非极性共价键和C—H键，H2O2中存在O—O非极性共价键和O—H键，Cl2中存在Cl—Cl非极性共价键，P4为正四面体结构存在P—P非极性共价键，H2S中存在H—S键，据此答题。(1)含极性共价键的非极性分子为CO2、SiCl4、BF3、C2H4，符合条件的非极性分子为②③④⑤；(2)含非极性共价键的非极性分子为C2H4、Cl2、P4，符合条件的含非极性共价键的非极性分子为⑤⑦⑧；(3)含极性共价键的极性分子为NH3、H2O2、H2S，符合条件的含极性共价键的极性分子为①⑥⑨。归纳总结键的极性和分子极性的关系任务二键的极性对化学性质的影响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。阅读教材不同羧酸的pKa，讨论交流：问题1：为什么甲酸、乙酸、丙酸的酸性逐渐减弱？问题2：为什么三氯乙酸的酸性强于二氯乙酸的酸性？问题3：硫酸、磷酸的结构简式分别为，它们的酸性强弱是怎样的？提示：问题1：烷基是推电子基团，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。所以，甲酸的酸性大于乙酸的，乙酸的酸性大于丙酸的……随着烷基加长，酸性的差异越来越小。问题2：由于Cl3C—比Cl2CH—多一个氯原子，使Cl3C—的极性大于Cl2CH—的极性，导致三氯乙酸的羧基中的羟基的极性更大，更易电离出氢离子。问题3：非羟基氧原子的吸电子效应使O—H极性增强，更容易电离出H＋，非羟基氧原子数越多，分子的酸性越强，故硫酸的酸性强于磷酸。1．酸性强弱的表示方法羧酸的酸性强弱与其分子的组成和结构有关，羧酸的酸性可用pKa表示，pKa＝－lgKa，pKa越小，酸性越强。其中Ka为弱酸的电离常数，不同羧酸pKa如下：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)0.232.两点结论(1)三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸，这是由于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H＋。(2)烷基是推电子基团，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，所以甲酸、乙酸、丙酸……随着烷基加长，酸性逐渐减弱。1．正误判断，错误的说明原因。(1)由酸性：FCH2COOH>CH3COOH，可知酸性：ClCH2COOH>CH3COOH。答案：正确。(2)室温下，酸性：CH3COOH＞CF3COOH。答案：错误，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增强，三氟乙酸中，氟的电负性最大，吸引电子的能力强，而且数量多，所以室温下，酸性：CH3COOH<CF3COOH。(3)氟的电负性大于氯的电负性，导致三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的酸性。答案：正确。(4)无机含氧酸分子中所含氧原子个数越多，酸性越强。答案：错误，无机含氧酸分子中非羟基氧原子个数越多，酸性越强。(5)酸性：CCl3COOH＞CHCl2COOH＞CH3COOH是因为Cl原子为吸电子基团，使得羟基O—H键极性增强，易电离出H＋。答案：正确。2．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。归纳总结无机含氧酸分子的酸性1．无机含氧酸可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，酸性越强，如HClO<HClO2<HClO3<HClO4。2．非羟基氧原子数目越多，酸性越强。1．下列无机含氧酸分子中酸性最强的是()A．HNO2 B．H2SO4C．HClO4 D．H3PO4答案：C解析：同一周期元素，元素非金属性随着原子序数增大而增强，同一主族元素，元素非金属性随着原子序数增大而减弱，元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强，但O、F元素除外，N、P、S、Cl四种元素，非金属性最强的是Cl元素，其最高价氧化物对应的水化物是HClO4，所以HClO4的酸性最强。故选C。2．在我国南海300～500m深的海底存在着大量的“可燃冰”，其主要成分为甲烷水合物。在常温、常压下它会分解成水和甲烷，因而得名。下列关于甲烷和水这两种分子极性的描述正确的是()A．两种分子都是极性分子B．两种分子都是非极性分子C．CH4是极性分子D．H2O是极性分子，CH4是非极性分子答案：D解析：水是V形结构，是极性分子，甲烷是正四面体结构，是非极性分子。3．两种非金属元素A、B所形成的下列分子中一定属于极性分子的是()A． B．B—A—BC． D．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。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→＋H2O(未配平)①三聚氰酸的分子式为________。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Ⅱ和Ⅲ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到2mol电子。课时测评11共价键的极性(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)题点一键的极性和分子的极性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．下列分子中，含有极性键和非极性键的是()A．H2S B．N2C．CS2 D．H2O2答案：D解析：A项，H2S分子中只含有H—S极性共价键，错误；B项，N2分子中只含有氮氮非极性共价键，错误；C项，CS2分子中只含有碳硫极性共价键，错误；D项，H2O2分子中含有氧氢极性共价键和氧氧非极性共价键，正确。3．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，故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，故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，故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，故D错误。故答案选A。4．下列分子是非极性分子且中心原子采取sp2杂化的是()A．CS2 B．NH3C．SO2 D．SO3答案：D解析：A项，CS2分子中中心原子C原子价层电子对数是2＋eq\f(1,2)×(4－2×2)＝2，中心原子C原子上无孤电子对，因此中心原子C原子采用sp杂化，分子呈直线形，分子结构中正、负电荷中心重合，因此是非极性分子，不符合题意；B项，NH3分子中中心原子N原子价层电子对数是3＋eq\f(1,2)×(5－3×1)＝4，中心原子N原子上有1个孤电子对，因此中心原子N原子采用sp3杂化，分子属于极性分子，不符合题意；C项，SO2分子中中心原子S原子价层电子对数是2＋eq\f(1,2)×(6－2×2)＝3，中心原子S原子上有1个孤电子对，因此中心原子S原子采用sp2杂化，分子呈V形，属于极性分子，不符合题意；D项，SO3分子中中心原子S原子价层电子对数是3＋eq\f(1,2)×(6－3×2)＝3，中心原子S原子上无孤电子对，因此中心原子S原子采用sp2杂化，分子呈平面三角形，属于非极性分子，符合题意。5．下列叙述正确的是()A．NH3是极性分子，分子中氮原子是在3个氢原子所组成的三角形的中心B．CCl4是非极性分子，分子中碳原子处在4个氯原子所组成的正方形的中心C．H2O是极性分子，分子中氧原子不处在2个氢原子所连成的直线的中央D．CO2是非极性分子，分子中碳原子不处在2个氧原子所连成的直线的中央答案：C题点二有机酸的酸性强弱判断6．(2023·天津南开高二校考期末)下列羧酸中酸性最弱的是()A．HCOOH B．CH3COOHC．CH2ClCOOH D．CHCl2COOH答案：B解析：烷基是推电子基团，导致羧基中O—H的极性减小，电离氢离子能力减弱，酸性减小，故酸性：HCOOH＞CH3COOH；Cl的电负性比H大，C—Cl的极性大于C—H，导致羧基中O—H的极性增大，电离氢离子能力增强，酸性增强，C原子数相同时，Cl原子越多，酸性越强，故酸性：CHCl2COOH＞CH2ClCOOH＞CH3COOH，故酸性最弱的是CH3COOH，B项符合题意。7.数据是科学推理中的重要证据，由下表中的数据，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．烷基是吸电子基团，烷基越长，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：A项，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，错误；B项，烷基为推电子基团，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，错误；C项，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＞氯乙酸，错误；D项，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—C极性大于Cl3C—C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，正确。题点三无机酸的酸性强弱判断8．已知含氧酸可用通式(HO)nXOm来表示，如X是S，则m＝2，n＝2，这个式子就表示H2SO4。一般而言，该式中m大的是强酸，m小的是弱酸。下列各含氧酸中酸性最强的是()A．HClO4 B．H2SeO3C．H3BO3 D．H3PO4答案：A解析：根据题目所给通式，HClO4表示为(HO)ClO3，m＝3；H2SeO3表示为(HO)2SeO，m＝1；H3BO3表示为(HO)3B，m＝0；H3PO4表示为(HO)3PO，m＝1。HClO4的m值最大，酸性最强。9．由徐光宪院士发起院士学子同创的《分子共和国》科普读物生动形象地戏说了BF3、NH3、H2S、O3、CH3COOH、SOCl2等众多“分子共和国”中的明星。下列说法正确的是()A．键角：NH3＜BF3B．酸性：CH3COOH＞CF3COOHC．SOCl2分子()中只存在σ键，不存在π键D．H2S、O3分子的空间结构均为直线形，且均为非极性分子答案：A解析：A项，NH3中的N为sp3杂化，BF3中的B为sp2杂化，故键角：NH3＜BF3，正确；B项，氟的电负性较强，使O—H的极性增强，更易电离出氢离子，故酸性：CH3COOH＜CF3COOH，错误；C项，该分子中含有两个S—Cl键和一个S=O键，单键是σ键，双键中有一个σ键和一个π键，错误；D项，H2S、O3分子的空间结构均为V形，均为极性分子，错误。10.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。11.S2Cl2是橙黄色液体，少量泄漏会产生有窒息性的气体，喷水雾可减慢挥发，并产生酸性悬浊液，其分子结构如图所示。下列关于S2Cl2的说法错误的是()A．为非极性分子B．分子中既含有极性键，又含有非极性键C．与S2Br2结构相似D．分子中S—Cl键的键能大于S—S键的键能答案：A解析：A项，从S2Cl2分子的空间结构可知，该分子空间结构不对称，为极性分子，错误；B项，S2Cl2中Cl—S键属于极性键，S—S键属于非极性键，正确；C项，同主族元素的结构相似，正确；D项，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键的键能大于S—S键的键能，正确。12．已知，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。PtCl2(NH3)2可以形成两种固体，一种为淡黄色，在水中的溶解度较小，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的结构是______________(填“平面四边形”或“四面体形”)。(2)淡黄色固体物质由__________(填“极性分子”或“非极性分子”，下同)组成，黄绿色固体物质由__________组成。(3)请在以下横线上画出这两种固体分子的空间结构图：淡黄色固体：_____