2016-2017学年高中化学 第二章 分子结构与性质 第三节 分子的极性（第1课时）课时作业 新人教版选修3.doc

第三节分子的极性第1课时键的极性和分子的极性范德华力和氢键 目标导航1.了解共价键的极性和分子的极性及产生极性的原因。2.知道范德华力、氢键对物质性质的影响。3.能应用分子结构的知识判断分子的极性。一、键的极性和分子的极性1键的极性共价键2分子的极性分子3键的极性和分子极性的关系(1)只含非极性键的分子一定是非极性分子。(2)含有极性键的分子有没有极性，必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于零而定，等于零时是非极性分子。【议一议】1举例说明：非极性分子中不一定只有非极性键？含有非极性键的分子不一定为非极性分子？答案CH4是非极性分子，只有极性键。H2O2是含有非极性键的极性分子。二、范德华力及其对物质性质的影响1含义分子之间存在着相互作用力，称为范德华力。2强度(1)比化学键的键能小12数量级。(2)相对分子质量越大，范德华力越大。(3)分子的极性越大，范德华力越大。3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、沸点。范德华力越大，物质的熔、沸点越高。化学键主要影响物质的化学性质。【议一议】2Cl2、Br2、I2均为第A族元素的单质，它们的组成和化学性质相似，你能解释常温下它们的状态分别为气体、液体、固体的原因吗？答案Cl2、Br2、I2的组成和结构相似，由于相对分子质量逐渐增大，所以范德华力逐渐增大，故熔、沸点升高，状态由气体变为液体、固体。三、氢键及其对物质性质的影响1概念已经与电负性很强的原子(如N、F、O)形成共价键的氢原子与另一个分子电负性很强的原子之间的作用力。2表示方法氢键通常用AHB表示，其中A、B为N、O、F，“”表示共价键，“”表示形成的氢键。3分类氢键可分为分子内氢键和分子间氢键两类。4特征氢键不属于化学键，属于一种较弱的作用力，比化学键的键能小12个数量级。5氢键对物质性质的影响氢键主要影响物质的熔、沸点，分子间氢键使物质熔、沸点升高。【议一议】3H2O与H2S的组成和结构相似，且H2S的相对分子质量比H2O大，但H2S常温下为气体，水为液体，你能解释为什么吗？答案水分子之间形成氢键，增大了水分子间的作用力，使水的沸点比H2S的沸点高。一、键的极性和分子的极性【例1】下列各组物质中，都是由极性键构成极性分子的一组是()ACH4和Br2 BNH3和H2OCH2S和CCl4 DCO2和HCl答案B解析CH4是由极性键构成的非极性分子，Br2是由非极性键构成的非极性分子，A项不符合题意；NH3和H2O都是由极性键构成的极性分子，B项符合题意；H2S是由极性键构成的极性分子，CCl4是由极性键构成的非极性分子，C项不符合题意；CO2是由极性键构成的非极性分子，HCl是由极性键构成的极性分子，D项不符合题意。故选B。规律总结1键的极性具有方向性，由正电荷的中心指向负电荷的中心。2形成极性键的两个键合原子的电负性相差越大，键的极性就越强，如HF键的极性强于HCl键的极性。3共价键的极性与分子的极性的关系可总结如下：4判断ABn型分子极性的经验规律若中心原子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，否则为极性分子，如下表：分子式中心原子分子极性元素符号化合价绝对值所在主族序数CO2C4非极性BF3B3非极性CH4C4非极性H2OO2极性NH3N3极性SO2S4极性SO3S6非极性PCl3P3极性PCl5P5 非极性变式训练1下列叙述正确的是()ANO、N2O、NO2、NH3都是非极性分子BCO2、SO3、BCl3、NF5都是非极性分子CH2O、NH3是极性分子，HCl、CH4是非极性分子DPCl5、NCl3、SO3、BF3、CCl4都是非极性分子答案B解析根据ABn型分子中，中心原子的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，若不相等则为极性分子，可判断：A组中中心原子N原子价电子数为5，四种化合物中没有一种氮元素的化合价为5，故A项错误；B项中心原子C、S、B、N的化合价等于其价电子数，CO2、SO3、BCl3、NF5均为非极性分子，故B项正确；HCl是极性分子，故C项错误；NCl3分子中N原子化合价与其价电子数不等，故D项错误。二、范德华力对物质性质的影响【例2】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熔、沸点高低：CH3CH3<CH3(CH2)2CH3C干冰易升华，SO2固体不易升华D氯化钠的熔点较高答案D解析规律总结1分子间作用力远小于化学键的键能，分子间作用力一般只有每摩尔几千焦至几十千焦，比化学键的键能小12个数量级。2分子间作用力主要影响物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。3分子间作用力存在于分子之间，且分子充分接近时才有相互间的作用力。4分子间作用力实质是电性作用。5范德华力的影响因素(1)组成和结构相似的分子，范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大，如范德华力的大小关系：F2<Cl2<Br2<I2。(2)一般来说，分子的极性越大，范德华力也越大。变式训练2下列说法中正确的是()A分子间作用力越大，分子越稳定B分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高C相对分子质量越大，其分子间作用力越大D分子间只存在范德华力，不存在化学键答案B解析分子间作用力主要影响物质的物理性质，化学键主要影响物质的化学性质，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高，B正确，A不正确；分子的组成和结构相似时，相对分子质量越大，其分子间作用力越大，C不正确；分子间不只有范德华力，D不正确。故选B。三、氢键【例3】下列关于氢键的说法正确的是()A由于氢键的作用，使NH3、H2O、HF的沸点反常，且沸点由高到低的顺序为：HF>H2O>NH3B氢键只存在于分子间，不能存在于分子内C没有氢键，就没有生命D相同量的水在气态、液态和固态时均有氢键，且氢键的数目依次增多答案C解析A项，“反常”是指它们分别在与其同族元素的氢化物沸点排序中的现象，它们的沸点顺序可由实际看出，常温下只有水是液体，应该是水的沸点最高。B项，分子内可以存在氢键。C项正确，因为氢键造成了常温、常压下水是液态，而水的液态是生物体营养传递的基础。D项，在气态时，分子间距离大，分子之间没有氢键。故选C。规律总结1.2在氢键AHB中，氢键的键能的大小与A、B的电负性大小有关，电负性越大，则键能越大，氢键越强。氢键的键能还与A、B原子的半径大小有关，尤其是与B原子的半径大小有关，半径越小，则键能越大，氢键越强。3氢键影响物质的熔、沸点(1)分子间存在氢键时，使物质具有较高的熔、沸点。(2)分子内存在氢键时，降低物质的熔、沸点。变式训练3下列说法正确的是()A氢键是化学键B甲烷可与水形成氢键C乙醇分子跟水分子之间不只存在范德华力D碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是由于碘化氢分子之间存在氢键答案C解析氢键不是化学键，而是较强的分子间作用力，A错误；由于甲烷中的碳不是电负性很强的元素，故甲烷与水分子间不能形成氢键，B错误；乙醇分子跟水分子之间不但存在范德华力，也存在氢键，C正确；碘化氢的沸点比氯化氢的沸点高是由于它们组成相似，且碘化氢的相对分子质量大于氯化氢的，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高，D错误。1下列叙述正确的是()ANH3是极性分子，分子中氮原子处在3个氢原子所组成的三角形的中心BCCl4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CH2O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DCO2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解析NH3的氮原子以sp3杂化，形成三角锥形结构，电荷分布不对称，是极性分子；CCl4分子中CCl键为极性键，碳原子采取sp3杂化，且无孤电子对，分子构型为正四面体形，碳原子位于正四面体的中心；H2O分子中HO键为极性键，氧采取sp3杂化，且有两对孤电子对，分子构型为V形，整个分子电荷分布不对称，为极性分子；CO2分子中碳采取sp杂化，分子构型为直线形，分子为非极性分子，碳原子位于2个氧原子所连成的直线的中心。2(双选)下列关于CO2的说法正确的是()A分子中既有极性键又有非极性键B分子中既有键又有键C分子中既有单键又有双键D分子中的化学键全部是极性键答案BD解析CO2的结构式为O=C=O，由其结构式可以看出分子中只有C=O双键，一定是极性键；C=O双键中1个是键，另一个是键。3下列极性键中，键的极性最强的是()AHF BHClCHBr DHI答案A解析卤素原子半径越小，原子核对外层电子的吸引力越强，共用电子对的偏移程度越大，则键的极性越强。4下列说法正确的是()A氢键是一种特殊的化学键，它广泛存在于自然界中B范德华力与氢键可同时存在于分子之间C甲烷可与水形成氢键D乙醇跟水分子之间只存在范德华力答案B解析氢键是分子间作用力，不是化学键，A错；甲烷与水不能形成氢键。5下图中A、B、C、D四条曲线分别表示第A、A、A、A族元素的气态氢化物的沸点，其中表示第A族元素气态氢化物的沸点的是曲线_，表示第A族元素气态氢化物的沸点的是曲线_。同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物的沸点依次升高，其原因是_。曲线A、B、C中第二周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第三周期元素的气态氢化物的沸点，其原因是_。答案AD组成和结构相似，随着相对分子质量的增大，范德华力依次增强，故沸点依次升高分子间存在氢键解析每个水分子可与其他4个水分子形成氢键，故沸点最高，因此曲线A表示第A族元素气态氢化物的沸点；第A族元素的氢化物都为非极性分子，分子间作用力只有范德华力，不存在氢键，只有曲线D中第二周期元素的气态氢化物中不存在氢键，沸点较低；同一主族中第三、四、五周期元素的气态氢化物中不存在氢键，分子间作用力只有范德华力，组成和结构相似的物质随着相对分子质量的增大，范德华力依次增强，故沸点依次升高；曲线A、B、C中第二周期元素的气态氢化物中存在分子间氢键，所以沸点较高。6X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子核外的M层中只有两对成对电子，Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，Z是地壳中含量(质量分数)最多的元素，Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和，E在元素周期表的各元素中电负性最大。请回答下列问题：(1)X、Y的元素符号依次为_、_；(2)XZ2与YZ2分子分别属于_和_(“极性分子”或“非极性分子”)；(3)Q的元素符号是_，它属于第_周期，它的核外电子排布式为_，在形成化合物时它的最高化合价为_；(4)用氢键表示式写出E的氢化物水溶液中存在的所有氢键：_。答案(1)SC(2)极性分子非极性分子(3)Cr四1s22s22p63s23p63d54s16(4)FHF、FHO、OHF、OHO解析X原子核外的M层中只有两对成对电子，则X的价电子排布图为，因此X为S元素；Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，则Y为C元素；地壳中含量最多的元素为氧元素，因此Z为O元素；Q的核电荷数为S和O的和，因此Q为24号元素Cr；在元素周期表中电负性最大的是F元素。(1)X、Y分别是S和C。(2)XZ2和YZ2分别为SO2、CO2，它们的立体构型分别为V形和直线形，SO2为极性分子，CO2为非极性分子。(3)Q为Cr元素，Cr和Fe处于同一周期，即第四周期，它的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，其价电子排布式为3d54s1，因此它的最高化合价为6。 (4)E为F，HF的水溶液中，存在HF分子之间的氢键，HF分子和H2O分子之间的氢键，H2O分子之间的氢键，即有：FHF、FHO、OHF、OHO。 经典基础题1在我国南海300500 m海底深处沉积物中存在着大量的“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。下列关于甲烷水合物中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CCH4是极性分子DH2O是极性分子，CH4是非极性分子答案D解析CH4分子为正四面体结构，C原子位于正四面体的中心，结构对称，CH4是非极性分子；H2O分子为V形结构，结构不对称，电荷分布不均匀，键的极性不能互相抵消，H2O是极性分子。2用一带静电的有机玻璃棒靠近A、B两种纯液体流，现象如图，试分析A、B两种液体分子的极性正确的是()AA是极性分子，B是非极性分子BA是非极性分子，B是极性分子CA、B都是极性分子DA、B都是非极性分子答案B解析玻璃棒带电，靠近液体后有一种液体发生偏离说明有力的作用，证明液体带电性，故A是非极性分子，B为极性分子。3(双选)下列物质的变化，破坏的主要是分子间作用力的是()A碘单质的升华 BKCl溶于水C将液溴加热变为气态 DNH4Cl受热分解答案AC解析碘的升华，只是状态发生了变化，破坏的是分子间作用力，没有破坏化学键；KCl溶于水，会破坏离子键；液溴由液态变为气态，破坏的是分子间作用力；NH4Cl受热分解，破坏的是化学键(包括共价键和离子键)。4下列事实与氢键无关的是()A液态氟化氢中有三聚氟化氢(HF)3存在B冰的密度比液态水的密度小CHF比HCl更易液化DNH3比PH3稳定答案D解析NH3比PH3稳定是由于NH键键能比PH键键能大，和NH3分子间形成氢键无关。5X、Y两种元素，它们可组成下列物质，这些物质的分子肯定有极性的是 ()AXY4 BXY3 CXY DXY2答案C解析以极性键结合而成的分子中，双原子分子一定是极性分子，即XY型分子，如HCl、CO均为极性分子，三原子及三原子以上的分子，结构有可能对称，键的极性相互抵消，有可能为非极性分子。6下列说法中错误的是()A卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键BH2O的沸点比HF的高，可能与氢键有关C氨水中有分子间氢键D氢键XHY的三个原子总在一条直线上答案D解析因氟化氢分子之间存在氢键，所以HF是卤化氢中沸点最高的；氨水中除NH3分子之间存在氢键，NH3与H2O，H2O与H2O之间都存在氢键，C正确；氢键中XHY三原子应尽可能的在一条直线上，但在特定条件下，如空间位置的影响下，也可能不在一条直线上，故D错。7下列各组分子中，按共价键极性由强到弱排序正确的是()AHFH2ONH3CH4BCH4NH3H2OHFCH2OHFCH4NH3DHFH2OCH4NH3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。8下列叙述正确的是()A含有非极性键的分子一定是非极性分子B非极性分子中一定含有非极性键C由极性键形成的双原子分子一定是极性分子D键的极性与分子的极性有关答案C解析含有非极性键的分子不一定是非极性分子，如H2O2；非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2均是非极性分子，却都只含有极性键；键的极性只与成键原子是否相同有关，与分子的极性无关，分子的极性除与键的极性有关外，还与分子的空间构型有关。9已知N、P同属于元素周期表的第A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，NH键间的夹角是107。(1)PH3分子与NH3分子的构型关系是_(填“相同”、“相似”或“不相似”)，PH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_。(3)NH3与PH3在常温、常压下都是气体，但NH3比PH3易液化，其主要原因是_。A键的极性NH比PH强B分子的极性NH3比PH3强C相对分子质量PH3比NH3大DNH3分子之间存在特殊的分子间作用力答案(1)相似有有(2)NH3(3)D解析(1)N原子与P原子结构相似，NH3分子与PH3分子的结构也相似，PH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知，N比P的非金属性强。由元素的非金属性与氢化物之间的热稳定性关系知，NH3比PH3的热稳定性强。(3)“易液化”属于物质的物理性质，NH3与PH3都是通过共价键形成的分子，物理性质与化学键无关。按照范德华力与物质的物理性质的关系分析，应该是PH3比NH3的沸点高，PH3比NH3易液化。由于NH3存在分子间氢键，故NH3比PH3易液化。能力提升题10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，它们形成化合物的分子式是XY4。试回答：(1)X元素的原子基态时电子排布式为_，Y元素原子最外层电子的电子排布图为_。(2)若X、Y两元素电负性分别为1.8和3.0，试判断XY4中X与Y之间的化学键为_(填“共价键”或“离子键”)。(3)该化合物的空间结构为_形，中心原子的轨道杂化类型为_，分子为_(填“极性分子”或“非极性分子”)。(4)该化合物在常温下为液体，该液体微粒间的作用力是_。(5)该化合物的沸点与SiCl4比较：_(填化学式)的沸点高，原因是_。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p2(2)共价键(3)正四面体sp3杂化非极性分子(4)范德华力(5)GeCl4组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高解析依题意，X为第四周期第A族元素Ge，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2，Y元素原子的最外层电子数比内层电子总数少3，则Y是氯，Y元素原子最外层电子的电子排布图为。XY4中X与Y形成的是共价键，空间构型为正四面体形，中心原子为sp3杂化，为非极性分子，微粒间的作用力是范德华力。11今有三种物质AC2、B2C2、AD4，且AC2为气体，元素A的最高正价和最低负价绝对值相等，元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧，火焰呈黄色，并生成淡黄色固体B2C2；元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同，则：(1)A、B、C、D的元素符号分别为_、_、_、_。(2)AC2分子内含_键，属于_分子；AD4分子内含_键，属_分子(填“极性”或“非极性”)。(3)B2C2的电子式为_，属于_化合物(填“离子”或“共价”)。答案(1)CNaOCl(2)极性非极性极性非极性(3)NaO,O,2Na离子12有主族元素A、B、C、D四种元素，原子序数依次递增，A元素原子2p轨道上有2个未成对电子。B原子的p轨道中有3个未成对电子，其气态氢化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氢化物中最大。C的最高化合价和最低化合价的代数和为4，其最高价氧化物中含C的质量分数为40%，且其核内质子数等于中子数。D原子得一个电子填入3p轨道后，3p轨道为全充满。请回答下列问题：(1)AC2分子中含有_个键，属于_(填“极性”或“非极性”)分子。(2)B的氢化物的立体构型为_，B原子的原子轨道采用_杂化。(3)写出A的常见氧化物与B的氧化物中互为等电子体的一组物质：_。(4)C元素的电负性_(填“>”“<”或“”)D元素的电负性；用一个化学方程式表示：_。答案(1)2非极性(2)三角锥形sp3(3)CO2和N2O(4)<H2SCl2=2HClS解析由题意，A元素原子的价电子排布式为1s22s22p2或1s22s22p4，可能为碳元素或氧元素。B原子的价电子排布式为ns2np3，为A族元素，由B的氢化物的溶解度可知B为氮元素，则A为碳元素。C的最高正价和最低负价代数和为4，则为A族元素，为硫元素。D元素得1个电子后，3p轨道全充满，说明价电子排布式为3s23p5，为氯元素。(1)CS2的结构式为S=C=S，含有两个键，为直线形、非极性分子。(2)NH3分子中N原子的原子轨道发生sp3杂化，其中一个杂化轨道为孤电子对占有，立体构型为三角锥形。(3)碳元素的常见氧化物有CO和CO2，其中CO2与氮的氧化物N2O互为等电子体。(4)硫、氯同周期，同周期元素电负性随原子序数的递增而增大，所以电负性C<D。13氧是地壳中含量最多的元素。(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为_个。(2)H2O分子内的OH键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为_。(3)H可与H2O形成H3O，H3O中O原子采用_杂化。H3O中HOH键角比H2O中HOH键角大，原因为_。答案(1)2解析(1)氧原子核外有8个电子，其基态原子电子排布图为，所以氧元素基态原子核外未成对电子数为2个。(2)OH键属于共价键，键能最大；分子间的范德华力和氢键均属于分子间作用力的范畴，但氢键要强于范德华力，所以它们从强到弱的顺序依次为OH键、氢键、范德华力；氢键不仅存在于分子之间，有时也存在于分子内。(3)依据价层电子对互斥理论知H3O中O上的价层电子对数3(6131)4，孤电子对数(6131)1，因此H3O中O原子采取的是sp3杂化，所以H3O空间构型为三角锥形；同理可以计算出H2O中O原子上的孤电子对数(621)2，因此排斥力较大，水中HOH键角较小。14水分子间因存在氢键的作用而彼此结合形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过氢键相互连接成庞大的分子晶体。(1)1 mol冰中有_mol氢键。(2)水分子可电离生成两种含有相同电子数的微粒，其电离方程式为_。已知在相同条件下双氧水的沸点明显高于水的沸点，其原因可能是_。(3)在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰中除氢键外，还存在范德华力(11 kJmol1)。已知冰的升华热是51 kJmol1，则冰中氢键的能量是_kJmol1。(4)氨气极易溶于水的原因之一是与氢键有关。请判断：NH3溶于水后，形成的NH3H2O的合理结构是_(从图中选择)。答案(1)2(2)H2OH2OH3OOH双氧水分子之间存在更强烈的氢键(3)20(4)b解析(1)每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，故每个水分子形成的氢键数为4/22。(2)水分子存在着自身电离；双氧水的沸点较水的沸点高是因为双氧水分子之间存在着更强烈的氢键。(3)(51 kJmol111 kJmol1)/220 kJmol1。(4)由一水合氨的电离特点确定。15(1)H2O在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是_。(2)关于化合物，下列叙述正确的有_。A分子间可形成氢键B分子中既有极性键又有非极性键C分子中有7个键和1个键D该分子在水中的溶解度大于2丁烯(3)乙知苯酚具有弱酸性，其Ka1.11010；水杨酸第一级电离形成的离子能形成分子内氢键，据此判断，相同温度下电离平衡常数Ka2(水杨酸)_Ka(苯酚)(填“>”或“<”)，其原因是_。(4)化合物NH3的沸点比化合物CH4的高，其主要原因是_。答案(1)水分子与乙醇分子之间能形成氢键(2)BD(3)<见解析(4)NH3分子间能形成氢键解析(2)没有与活泼非金属元素(O)相连的H，不能形成分子间氢键，A错误。是非极性共价键，CH、C=O是极性键，B正确，该有机物的结构式为，键数为9，键数为3，C错误，该有机物与H2O能形成分子间氢键，D正确。(3)氧的电负性较大，则中形成分子内氢键，即OHO(或COO中双键氧与羟基氢之间存在氢键)，其大小介于化学键和范德华力之间，使其更难电离出H，则水杨酸第二步电离常数小于苯酚的电离常数。(4)分子间氢键能使分子间作用力增大，使物质的熔、沸点升高。17