高中 化學(xué) 選擇性必修2 第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)《第三節(jié) 第1課時 共價鍵的極性》教學(xué)設(shè)計

第三節(jié)分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的性質(zhì)第1課時共價鍵的極性[課程標(biāo)準(zhǔn)]1.知道共價鍵可分為極性鍵和非極性鍵。2.知道分子可以分為極性分子和非極性分子，了解分子極性與分子中鍵的極性、分子的空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。3.根據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點和鍵的極性來判斷分子的極性，并據(jù)此對分子的一些典型性質(zhì)及其應(yīng)用作出解釋。任務(wù)一鍵的極性和分子的極性某研究性學(xué)習(xí)小組通過實驗探究分子的極性，實驗操作如下：①在酸式滴定管中加入四氯化碳，打開活塞讓四氯化碳緩緩流下，可看到四氯化碳呈直線狀垂直流入燒杯中。②將毛皮摩擦過的橡膠棒(帶負(fù)電)靠近四氯化碳液流，觀察到四氯化碳的流動方向不變。③向另一酸式滴定管中加入蒸餾水，進行同樣的實驗，觀察到水的流動方向發(fā)生改變。問題1：通過上述實驗操作及現(xiàn)象，你可以得出什么結(jié)論？問題2：分析CCl4和H2O分子中的化學(xué)鍵是極性鍵還是非極性鍵，并結(jié)合分子結(jié)構(gòu)的對稱性判斷是極性分子還是非極性分子。提示：問題1：水分子中存在著帶正電荷的正極和帶負(fù)電荷的負(fù)極，能被帶電體吸引；四氯化碳分子中無正極和負(fù)極之分，不能被帶電體吸引。問題2：CCl4：含有極性鍵，分子結(jié)構(gòu)對稱，非極性分子；H2O：含有極性鍵，分子結(jié)構(gòu)不對稱，極性分子。1．鍵的極性分類極性共價鍵非極性共價鍵成鍵原子不同元素的原子同種元素的原子電子對發(fā)生偏移不發(fā)生偏移成鍵原子的電性一個原子呈正電性(δ＋)一個原子呈負(fù)電性(δ－)呈電中性2.分子的極性(1)極性分子正電中心和負(fù)電中心不重合；鍵的極性的向量和不為零。(2)非極性分子正電中心和負(fù)電中心重合；鍵的極性的向量和等于零。3．鍵的極性與分子極性之間的關(guān)系(1)只含非極性鍵的分子一定是非極性分子。(2)含有極性鍵的分子，如果分子中各個鍵的極性的向量和等于零，則為非極性分子，否則為極性分子。(3)極性分子中一定有極性鍵，非極性分子中不一定含有非極性鍵。例如CH4是非極性分子，只含有極性鍵。含有非極性鍵的分子不一定為非極性分子，如H2O2是含有非極性鍵的極性分子。1．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)以非極性鍵結(jié)合起來的雙原子分子一定是非極性分子。答案：正確。(2)以極性鍵結(jié)合起來的分子一定是極性分子。答案：錯誤，以極性鍵結(jié)合起來的分子不一定是極性分子，若分子空間結(jié)構(gòu)對稱，正電中心、負(fù)電中心重合，就是非極性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等。(3)非極性分子只能是雙原子單質(zhì)分子。答案：錯誤，CO2、CCl4等分子都是非極性分子，但都不是雙原子單質(zhì)分子。(4)非極性分子中，一定含有非極性鍵。答案：錯誤，非極性分子中不一定含有非極性鍵，如CH4、CO2等。(5)含有非極性鍵的分子一定是非極性分子。答案：錯誤，含有非極性鍵的分子如果空間結(jié)構(gòu)不對稱，正電中心與負(fù)電中心不重合，則為極性分子，如H2O2。2．①NH3；②CO2；③SiCl4；④BF3；⑤C2H4；⑥H2O2；⑦Cl2；⑧P4；⑨H2S。(1)含極性共價鍵的非極性分子：______________(填序號，下同)。(2)含非極性共價鍵的非極性分子：__________。(3)含極性共價鍵的極性分子：__________。答案：(1)②③④⑤(2)⑤⑦⑧(3)①⑥⑨解析：NH3中存在N—H鍵，CO2中存在C=O鍵，SiCl4中存在Si—Cl鍵，BF3中存在B—F鍵，C2H4中存在C=C非極性共價鍵和C—H鍵，H2O2中存在O—O非極性共價鍵和O—H鍵，Cl2中存在Cl—Cl非極性共價鍵，P4為正四面體結(jié)構(gòu)存在P—P非極性共價鍵，H2S中存在H—S鍵，據(jù)此答題。(1)含極性共價鍵的非極性分子為CO2、SiCl4、BF3、C2H4，符合條件的非極性分子為②③④⑤；(2)含非極性共價鍵的非極性分子為C2H4、Cl2、P4，符合條件的含非極性共價鍵的非極性分子為⑤⑦⑧；(3)含極性共價鍵的極性分子為NH3、H2O2、H2S，符合條件的含極性共價鍵的極性分子為①⑥⑨。歸納總結(jié)鍵的極性和分子極性的關(guān)系任務(wù)二鍵的極性對化學(xué)性質(zhì)的影響羧酸是一大類含羧基(—COOH)的有機酸，羧基可電離出H＋而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa的大小來衡量，pKa越小，酸性越強。閱讀教材不同羧酸的pKa，討論交流：問題1：為什么甲酸、乙酸、丙酸的酸性逐漸減弱？問題2：為什么三氯乙酸的酸性強于二氯乙酸的酸性？問題3：硫酸、磷酸的結(jié)構(gòu)簡式分別為，它們的酸性強弱是怎樣的？提示：問題1：烷基是推電子基團，烷基越長推電子效應(yīng)越大，使羧基中的羥基的極性越小，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……隨著烷基加長，酸性的差異越來越小。問題2：由于Cl3C—比Cl2CH—多一個氯原子，使Cl3C—的極性大于Cl2CH—的極性，導(dǎo)致三氯乙酸的羧基中的羥基的極性更大，更易電離出氫離子。問題3：非羥基氧原子的吸電子效應(yīng)使O—H極性增強，更容易電離出H＋，非羥基氧原子數(shù)越多，分子的酸性越強，故硫酸的酸性強于磷酸。1．酸性強弱的表示方法羧酸的酸性強弱與其分子的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，羧酸的酸性可用pKa表示，pKa＝－lgKa，pKa越小，酸性越強。其中Ka為弱酸的電離常數(shù)，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)0.232.兩點結(jié)論(1)三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸，這是由于氟的電負(fù)性大于氯的電負(fù)性，F(xiàn)—C的極性大于Cl—C的極性，使F3C—的極性大于Cl3C—的極性，導(dǎo)致三氟乙酸的羧基中的羥基的極性更大，更易電離出H＋。(2)烷基是推電子基團，烷基越長推電子效應(yīng)越大，使羧基中羥基的極性越小，羧酸的酸性越弱，所以甲酸、乙酸、丙酸……隨著烷基加長，酸性逐漸減弱。1．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)由酸性：FCH2COOH>CH3COOH，可知酸性：ClCH2COOH>CH3COOH。答案：正確。(2)室溫下，酸性：CH3COOH＞CF3COOH。答案：錯誤，分子中存在強吸電子基團，能使—OH上的H原子活潑性增強而使該物質(zhì)的酸性增強，三氟乙酸中，氟的電負(fù)性最大，吸引電子的能力強，而且數(shù)量多，所以室溫下，酸性：CH3COOH<CF3COOH。(3)氟的電負(fù)性大于氯的電負(fù)性，導(dǎo)致三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的酸性。答案：正確。(4)無機含氧酸分子中所含氧原子個數(shù)越多，酸性越強。答案：錯誤，無機含氧酸分子中非羥基氧原子個數(shù)越多，酸性越強。(5)酸性：CCl3COOH＞CHCl2COOH＞CH3COOH是因為Cl原子為吸電子基團，使得羥基O—H鍵極性增強，易電離出H＋。答案：正確。2．CH3COOH是一種弱酸，而氯乙酸(ClCH2COOH)的酸性強于CH3COOH，這是因為—Cl是一種強吸電子基團，能使—OH上的H原子具有更大的活潑性；有的基團屬于推電子基團，能減弱—OH上H原子的活潑性；這些作用統(tǒng)稱為“誘導(dǎo)效應(yīng)”。試依據(jù)上述規(guī)律填空：(1)HCOOH顯酸性，而H2O顯中性，這是由于HCOOH分子中存在________(填“吸”或“推”)電子基團，這種基團是________。(2)CH3COOH的酸性弱于HCOOH，這是由于CH3COOH分子中存在________(填“吸”或“推”)電子基團，這種基團是________。(3)—C6H5屬于吸電子基團，故C6H5COOH的酸性比CH3COOH的酸性________(填“強”或“弱”)。(4)下列酸中：CF3COOH、CCl3COOH、CHCl2COOH，CH2ClCOOH，酸性最強的是________。答案：(1)吸—CHO(2)推—CH3(3)強(4)CF3COOH解析：(1)HCOOH顯酸性，H2O顯中性，說明HCOOH分子中存在強吸電子基團，能使—OH上的H原子活潑性增強而使該物質(zhì)的酸性大于水，HCOOH中含有—CHO，屬于強吸電子基團。(2)CH3COOH的酸性弱于HCOOH，說明CH3COOH分子中存在推電子基團，能減弱—OH上H原子的活潑性而使該物質(zhì)的酸性減弱，CH3COOH中含有—CH3，—CH3屬于推電子基團。(3)—C6H5屬于吸電子基團，—CH3屬于推電子基團，故C6H5COOH的酸性比CH3COOH的酸性強。歸納總結(jié)無機含氧酸分子的酸性1．無機含氧酸可寫成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，則n值越大，酸性越強，如HClO<HClO2<HClO3<HClO4。2．非羥基氧原子數(shù)目越多，酸性越強。1．下列無機含氧酸分子中酸性最強的是()A．HNO2 B．H2SO4C．HClO4 D．H3PO4答案：C解析：同一周期元素，元素非金屬性隨著原子序數(shù)增大而增強，同一主族元素，元素非金屬性隨著原子序數(shù)增大而減弱，元素的非金屬性越強，其最高價氧化物對應(yīng)的水化物酸性越強，但O、F元素除外，N、P、S、Cl四種元素，非金屬性最強的是Cl元素，其最高價氧化物對應(yīng)的水化物是HClO4，所以HClO4的酸性最強。故選C。2．在我國南海300～500m深的海底存在著大量的“可燃冰”，其主要成分為甲烷水合物。在常溫、常壓下它會分解成水和甲烷，因而得名。下列關(guān)于甲烷和水這兩種分子極性的描述正確的是()A．兩種分子都是極性分子B．兩種分子都是非極性分子C．CH4是極性分子D．H2O是極性分子，CH4是非極性分子答案：D解析：水是V形結(jié)構(gòu)，是極性分子，甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)，是非極性分子。3．兩種非金屬元素A、B所形成的下列分子中一定屬于極性分子的是()A． B．B—A—BC． D．答案：D解析：A項，如果是甲烷，則為正四面體結(jié)構(gòu)，屬于非極性分子；B項，如果是呈直線形的BeCl2，則為非極性分子；C項，如果是BF3，則呈平面三角形，屬于非極性分子；D項，呈三角錐形，一定屬于極性分子。4.CO2的資源化利用是解決溫室效應(yīng)的重要途徑。(1)以下是在一定條件下用NH3捕獲CO2生成重要化工產(chǎn)品三聚氰酸的反應(yīng)：NH3＋CO2→＋H2O(未配平)①三聚氰酸的分子式為________。該分子中C原子的雜化方式為________。②三聚氰酸分子中碳原子與氮原子形成的是________(填“極性”或“非極性”，下同)鍵。三聚氰酸屬于________分子。(2)近年來，利用電化學(xué)催化方法進行CO2轉(zhuǎn)化的研究引起了世界范圍內(nèi)的高度關(guān)注。如圖是以Cu作為催化劑時CO2轉(zhuǎn)化為甲酸的反應(yīng)過程。①過程Ⅱ和Ⅲ分別形成了________和________(填結(jié)構(gòu)簡式)極性鍵。②CO2和HCOOH中均含有________(填“極性”或“非極性”，下同)鍵。HCOOH屬于________分子。③每1molCO2完全轉(zhuǎn)化為甲酸需得到________mol電子。答案：(1)①C3H3N3O3sp2②極性非極性(2)①O—HC—H②極性極性③2解析：(1)①該分子中C與N形成雙鍵，則采取sp2雜化。②碳原子與氮原子間形成極性鍵。三聚氰酸分子各鍵排列對稱，為非極性分子。(2)③CO2轉(zhuǎn)化為甲酸時，碳元素由＋4價變?yōu)椋?價，故1molCO2完全轉(zhuǎn)化為甲酸需得到2mol電子。課時測評11共價鍵的極性(本欄目內(nèi)容，在學(xué)生用書中以獨立形式分冊裝訂！)題點一鍵的極性和分子的極性1．下列各組分子中，按共價鍵極性由強到弱排序正確的是()A．HFH2ONH3CH4B．CH4NH3H2OHFC．H2OHFCH4NH3D．HFH2OCH4NH3答案：A解析：共價鍵極性的強弱取決于形成共價鍵的兩原子的電負(fù)性，其電負(fù)性相差越大，形成的共價鍵極性越強。2．下列分子中，含有極性鍵和非極性鍵的是()A．H2S B．N2C．CS2 D．H2O2答案：D解析：A項，H2S分子中只含有H—S極性共價鍵，錯誤；B項，N2分子中只含有氮氮非極性共價鍵，錯誤；C項，CS2分子中只含有碳硫極性共價鍵，錯誤；D項，H2O2分子中含有氧氫極性共價鍵和氧氧非極性共價鍵，正確。3．下列各組物質(zhì)中，屬于由極性鍵構(gòu)成的極性分子的是()A．NH3和H2S B．CH4和Br2C．BF3和CO2 D．BeCl2和HCl答案：A解析：NH3含有極性鍵，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，分子中正、負(fù)電荷的中心不重合，屬于極性鍵形成的極性分子；H2S為V形，分子中正、負(fù)電荷的中心不重合，且含有極性鍵，屬于極性鍵形成的極性分子，滿足條件，故A正確。CH4含極性鍵，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，分子中正、負(fù)電荷的中心重合，屬于極性鍵形成的非極性分子；Br2含有非極性鍵，為非極性鍵形成的非極性分子，不滿足條件，故B錯誤。BF3分子中含有極性鍵，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，結(jié)構(gòu)對稱，正、負(fù)電荷的中心重合，屬于非極性分子；CO2中含有極性鍵，但結(jié)構(gòu)對稱，正、負(fù)電荷的中心重合，屬于非極性分子，故C錯誤。BeCl2中正、負(fù)電荷的中心是重合的，為非極性分子；HCl為極性鍵形成的極性分子，故D錯誤。故答案選A。4．下列分子是非極性分子且中心原子采取sp2雜化的是()A．CS2 B．NH3C．SO2 D．SO3答案：D解析：A項，CS2分子中中心原子C原子價層電子對數(shù)是2＋eq\f(1,2)×(4－2×2)＝2，中心原子C原子上無孤電子對，因此中心原子C原子采用sp雜化，分子呈直線形，分子結(jié)構(gòu)中正、負(fù)電荷中心重合，因此是非極性分子，不符合題意；B項，NH3分子中中心原子N原子價層電子對數(shù)是3＋eq\f(1,2)×(5－3×1)＝4，中心原子N原子上有1個孤電子對，因此中心原子N原子采用sp3雜化，分子屬于極性分子，不符合題意；C項，SO2分子中中心原子S原子價層電子對數(shù)是2＋eq\f(1,2)×(6－2×2)＝3，中心原子S原子上有1個孤電子對，因此中心原子S原子采用sp2雜化，分子呈V形，屬于極性分子，不符合題意；D項，SO3分子中中心原子S原子價層電子對數(shù)是3＋eq\f(1,2)×(6－3×2)＝3，中心原子S原子上無孤電子對，因此中心原子S原子采用sp2雜化，分子呈平面三角形，屬于非極性分子，符合題意。5．下列敘述正確的是()A．NH3是極性分子，分子中氮原子是在3個氫原子所組成的三角形的中心B．CCl4是非極性分子，分子中碳原子處在4個氯原子所組成的正方形的中心C．H2O是極性分子，分子中氧原子不處在2個氫原子所連成的直線的中央D．CO2是非極性分子，分子中碳原子不處在2個氧原子所連成的直線的中央答案：C題點二有機酸的酸性強弱判斷6．(2023·天津南開高二校考期末)下列羧酸中酸性最弱的是()A．HCOOH B．CH3COOHC．CH2ClCOOH D．CHCl2COOH答案：B解析：烷基是推電子基團，導(dǎo)致羧基中O—H的極性減小，電離氫離子能力減弱，酸性減小，故酸性：HCOOH＞CH3COOH；Cl的電負(fù)性比H大，C—Cl的極性大于C—H，導(dǎo)致羧基中O—H的極性增大，電離氫離子能力增強，酸性增強，C原子數(shù)相同時，Cl原子越多，酸性越強，故酸性：CHCl2COOH＞CH2ClCOOH＞CH3COOH，故酸性最弱的是CH3COOH，B項符合題意。7.數(shù)據(jù)是科學(xué)推理中的重要證據(jù)，由下表中的數(shù)據(jù)，所得推論正確的是()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．相同濃度下，乙酸的酸性一定強于氯乙酸B．烷基是吸電子基團，烷基越長，吸電子效應(yīng)越大，使羧基中的羥基的極性越小，羧酸的酸性越弱C．鹵素原子是推電子基團，鹵素原子使得羧基中羥基的極性變小，導(dǎo)致二氯乙酸的酸性強于氯乙酸D．氟原子的電負(fù)性大于氯原子，使F3C—的極性大于Cl3C—的極性，使三氟乙酸羧基中羥基的極性增大，導(dǎo)致三氟乙酸容易電離出氫離子答案：D解析：A項，由表可知電離平衡常數(shù)Ka(CH3COOH)＝10－4.76，Ka(CH2ClCOOH)＝10－2.86，電離平衡常數(shù)越大電離程度越大，則相同濃度下，氯乙酸的酸性強于乙酸，錯誤；B項，烷基為推電子基團，碳原子數(shù)越多，推電子能力越強，則酸性越弱，故酸性有：甲酸＞乙酸＞丙酸，錯誤；C項，鹵素原子為吸電子基團，鹵素元素電負(fù)性越大，吸電子能力越強，故酸性：二氯乙酸＞氯乙酸，錯誤；D項，電負(fù)性越大吸引電子能力越強，F(xiàn)的電負(fù)性大于Cl，則F—C極性大于Cl—C的極性，F(xiàn)元素吸引電子能力較大導(dǎo)致F3C—C極性大于Cl3C—C的極性，則三氟乙酸的羧基中的羥基的極性更大，更易電離出氫離子，所以三氟乙酸的酸性較強，正確。題點三無機酸的酸性強弱判斷8．已知含氧酸可用通式(HO)nXOm來表示，如X是S，則m＝2，n＝2，這個式子就表示H2SO4。一般而言，該式中m大的是強酸，m小的是弱酸。下列各含氧酸中酸性最強的是()A．HClO4 B．H2SeO3C．H3BO3 D．H3PO4答案：A解析：根據(jù)題目所給通式，HClO4表示為(HO)ClO3，m＝3；H2SeO3表示為(HO)2SeO，m＝1；H3BO3表示為(HO)3B，m＝0；H3PO4表示為(HO)3PO，m＝1。HClO4的m值最大，酸性最強。9．由徐光憲院士發(fā)起院士學(xué)子同創(chuàng)的《分子共和國》科普讀物生動形象地戲說了BF3、NH3、H2S、O3、CH3COOH、SOCl2等眾多“分子共和國”中的明星。下列說法正確的是()A．鍵角：NH3＜BF3B．酸性：CH3COOH＞CF3COOHC．SOCl2分子()中只存在σ鍵，不存在π鍵D．H2S、O3分子的空間結(jié)構(gòu)均為直線形，且均為非極性分子答案：A解析：A項，NH3中的N為sp3雜化，BF3中的B為sp2雜化，故鍵角：NH3＜BF3，正確；B項，氟的電負(fù)性較強，使O—H的極性增強，更易電離出氫離子，故酸性：CH3COOH＜CF3COOH，錯誤；C項，該分子中含有兩個S—Cl鍵和一個S=O鍵，單鍵是σ鍵，雙鍵中有一個σ鍵和一個π鍵，錯誤；D項，H2S、O3分子的空間結(jié)構(gòu)均為V形，均為極性分子，錯誤。10.硫—氮化合物是現(xiàn)代無機化學(xué)研究的熱點之一。如圖是已經(jīng)合成的某硫—氮化合物(S4N4)的分子結(jié)構(gòu)。下列有關(guān)該物質(zhì)的說法正確的是()A．其分子中各原子最外層都達(dá)到了8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)B．其分子中只含極性鍵C．其分子是非極性分子D．其與化合物S2N2互為同素異形體答案：A解析：硫原子最外層有6個電子，若形成兩個共價單鍵，則達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，氮原子最外層有5個電子，若形成3個共價單鍵，則達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，據(jù)圖可知，A項正確；該物質(zhì)的分子中既含S—N極性鍵，也含N—N非極性鍵，B項錯誤；該分子正、負(fù)電中心不重合，屬于極性分子，C項錯誤；同素異形體描述的對象是單質(zhì)，而不是化合物，D項錯誤。11.S2Cl2是橙黃色液體，少量泄漏會產(chǎn)生有窒息性的氣體，噴水霧可減慢揮發(fā)，并產(chǎn)生酸性懸濁液，其分子結(jié)構(gòu)如圖所示。下列關(guān)于S2Cl2的說法錯誤的是()A．為非極性分子B．分子中既含有極性鍵，又含有非極性鍵C．與S2Br2結(jié)構(gòu)相似D．分子中S—Cl鍵的鍵能大于S—S鍵的鍵能答案：A解析：A項，從S2Cl2分子的空間結(jié)構(gòu)可知，該分子空間結(jié)構(gòu)不對稱，為極性分子，錯誤；B項，S2Cl2中Cl—S鍵屬于極性鍵，S—S鍵屬于非極性鍵，正確；C項，同主族元素的結(jié)構(gòu)相似，正確；D項，氯原子半徑小于硫原子半徑，鍵長越短鍵能越大，所以分子中S—Cl鍵的鍵能大于S—S鍵的鍵能，正確。12．已知，極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑。PtCl2(NH3)2可以形成兩種固體，一種為淡黃色，在水中的溶解度較小，另一種為黃綠色，在水中的溶解度較大。請回答下列問題：(1)PtCl2(NH3)2的結(jié)構(gòu)是______________(填“平面四邊形”或“四面體形”)。(2)淡黃色固體物質(zhì)由__________(填“極性分子”或“非極性分子”，下同)組成，黃綠色固體物質(zhì)由__________組成。(3)請在以下橫線上畫出這兩種固體分子的空間結(jié)構(gòu)圖：淡黃色固體：_____