第三節(jié)分子的性質(zhì) 極性共價(jià)鍵非極性共價(jià)鍵 一 鍵的極性和分子的極性 一 鍵的極性 HCl Cl2 非極性鍵 共用電子對無偏向 電荷分布均勻 如 H2 H H Cl2 Cl Cl 極性鍵 共用電子對有偏向 電荷分布不均勻 如 HCl H Cl H2O H O H 2 共用電子對不偏向或有偏向是由什么因素引起的呢 這是由于原子對共用電子對的吸引力不同造成的 元素的電負(fù)性不同 1 鍵的極性的判斷依據(jù)是什么 共用電子對是否有偏向 帶電的梳子吸引細(xì)的水流但若把水換成CCl4 則細(xì)流不偏轉(zhuǎn) 說明H2O分子與CCl4分子不同 H2O分子受靜電作用 CCl4分子不受靜電作用 這是由于H2O分子中正電荷的中心和負(fù)電荷的中心不重合 而CCl4分子的正電荷中心和負(fù)電荷中心重合 極性分子 正電中心和負(fù)電中心不重合 非極性分子 正電中心和負(fù)電中心重合 看正電中心和負(fù)電中心是否重合 2 化學(xué)鍵的極性的向量和是否等于零 1 看鍵的極性 也看分子的空間構(gòu)型 2 判斷方法 1 概念 二 分子的極性 1 含非極性鍵的分子一般為非極性分子 如 H2 O2 X2 N2 P4 C60 S8等 2 含極性鍵的分子 以極性鍵結(jié)合的雙原子分子為極性分子 非極性分子 BF3 F1 F2 F3 F合 F1 F2 F合 0 CO2 非極性分子 極性分子 極性分子 F合 F1 F2 H2O NH3 共價(jià)鍵 極性鍵 非極性鍵 極性分子 雙原子分子 HCl NO IBrV型分子 H2O H2S SO2三角錐形分子 NH3 PH3非正四面體 CHCl3 非極性分子 單質(zhì)分子 Cl2 N2 P4 O2直線形分子 CO2 CS2平面正三角形分子 BF3 SO3正四面體 CH4 CCl4 CF4 其他非極性分子 乙烯 乙炔 苯 異戊烷 思考與交流 判斷下列分子中 哪些是極性分子 哪些是非極性分子 H2 O2 P4 CO2 H2O CH4 Cl2 HCl C60 HCN BF3 CH3Cl NH3 非極性分子 H2 O2 P4 CO2 CH4 Cl2 C60 BF3 極性分子 HCl HCN CH3Cl NH3 1 帶靜電的有機(jī)玻璃棒靠近下列液體的細(xì)流 細(xì)流會發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是 A 苯B 二硫化碳C 溴水D 四氯化碳 結(jié)論 由同種元素組成的非金屬單質(zhì)分子不一定是非性分子 C 大 極性 極性分子 練習(xí) 自學(xué) 科學(xué)視野 表面活性劑和細(xì)胞膜 1 什么是表面活性劑 親水基團(tuán) 疏水基團(tuán) 肥皂和洗滌劑的去污原理是什么 2 什么是單分子膜 雙分子膜 舉例說明 3 為什么雙分子膜以頭向外而尾向內(nèi)的方式排列 思考 我們知道 分子內(nèi)部原子間存在相互作用 化學(xué)鍵 形成或破壞化學(xué)鍵都伴隨著能量變化 物質(zhì)三相之間的轉(zhuǎn)化也伴隨著能量變化 這說明 分子間也存在著相互作用力 二 范德華力及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響 1 定義 把分子聚集在一起的作用力 又稱范德華力 請分析下表中數(shù)據(jù) 2 特點(diǎn) 范德華力 約比化學(xué)鍵能 很弱 小1 2個(gè)數(shù)量級 3 范德華力與相對分子質(zhì)量的關(guān)系 相似 大 大 結(jié)構(gòu)的分子 相對分子質(zhì)量越 范德華力越 大 4 范德華力與分子的極性的關(guān)系 相對分子質(zhì)量相同或相近時(shí) 分子的 越大 范德華力越 極性 大 5 范德華力對物質(zhì)熔沸點(diǎn)的影響 由分子構(gòu)成的物質(zhì) 范德華力越大 物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高 即組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體 相對分子質(zhì)量越大 熔沸點(diǎn)越高 對相對分子質(zhì)量相近的分子晶體 極性越強(qiáng) 熔沸點(diǎn)越高 夏天經(jīng)常見到許多壁虎在墻壁或天花板上爬行 卻掉不下來 為什么 聯(lián)系生活 壁虎細(xì)毛結(jié)構(gòu)的仿生膠帶 1 將干冰氣化 破壞了CO2分子晶體的 2 將CO2氣體溶于水 破壞了CO2分子 分子間作用力 共價(jià)鍵 思考 3 解釋CCl4 液體 CH4及CF4是氣體 CI4是固體的原因 它們均是正四面體結(jié)構(gòu) 它們的分子間作用力隨相對分子質(zhì)量增大而增大 相對分子質(zhì)量越大 分子間作用力越大 分子間作用力大小 CI4 CCl4 CF4 CH4 三 氫鍵及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響 氫鍵是一種特殊的 它是由已經(jīng)與電負(fù)性很強(qiáng)的原子形成共價(jià)鍵的 與另一分子中 之間的作用力 1 氫鍵概念 分子間作用力 氫原子 電負(fù)性很強(qiáng)的原子 例如 在HF中F的電負(fù)性相當(dāng)大 電子對強(qiáng)烈地偏向F 而H幾乎成了質(zhì)子 H 這種H與另一個(gè)HF分子中電負(fù)性相當(dāng)大 r小的F相互接近時(shí) 產(chǎn)生一種特殊的分子間力 氫鍵 2 氫鍵可以表示為 A H B A B為 表示 表示 N O F 共價(jià)鍵 氫鍵 如水中 H O H 甲醇 與 等電負(fù)性很大的原子形成共價(jià)鍵的 與另外的 等電負(fù)性很大的原子之間 液態(tài)水中的氫鍵 3 氫鍵的存在 N O F H N O F 不屬于化學(xué)鍵 2 一般表示為 X H Y 其中X Y為F O N 表示式中的實(shí)線表示共價(jià)鍵 虛線表示氫鍵 3 形成的兩個(gè)條件 與電負(fù)性大且r小的原子 F O N 相連的H 在附近有電負(fù)性大 r小的原子 F O N 知識積累 4 氫鍵鍵能大小范圍 氫鍵鍵能介于范德華力和化學(xué)鍵之間 是一種較強(qiáng)的分子間作用力 4 氫鍵的分類 1 分子間氫鍵 氫鍵普遍存在于已經(jīng)與N O F形成共價(jià)鍵的氫原子與另外的N O F原子之間 如 HF H2O NH3相互之間 C2H5OH CH3COOH H2O相互之間 2 分子內(nèi)氫鍵某些物質(zhì)在分子內(nèi)也可形成氫鍵 例如當(dāng)苯酚在鄰位上有 CHO COOH OH和 NO2時(shí) 可形成分子內(nèi)氫鍵 組成 螯合環(huán) 的特殊結(jié)構(gòu) 2 分子內(nèi)氫鍵 例如 1 分子間氫鍵 為什么冰的密度比水的密度小 冰霜 雪花中的水的氫鍵結(jié)構(gòu) 液態(tài)水中的氫鍵 3 物質(zhì)的溶解性 5 氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響 思考 NH3為什么極易溶于水 NH3溶于水形成氫鍵示意圖如右 正是這樣 NH3溶于水溶液呈堿性 1 熔沸點(diǎn) 分子間氫鍵使物質(zhì)熔沸點(diǎn)升高 分子內(nèi)氫鍵使物質(zhì)熔沸點(diǎn)降低 2 物質(zhì)的密度 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的氫鍵 二級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈借助于氫鍵沿一維方向排列成具有周期性的結(jié)構(gòu)的構(gòu)象 是多肽鏈局部的空間結(jié)構(gòu) 構(gòu)象 主要有 螺旋 折疊 轉(zhuǎn)角等幾種形式 它們是構(gòu)成蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的基本要素 蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性和理化性質(zhì)主要決定于空間結(jié)構(gòu)的完整 變性作用是蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響 改變其分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的作用 一般認(rèn)為蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)有了改變或遭到破壞 都是變性的結(jié)果 強(qiáng)酸 強(qiáng)堿使蛋白質(zhì)變性 是因?yàn)閺?qiáng)酸 強(qiáng)堿可以使蛋白質(zhì)中的氫鍵斷裂 從而使蛋白質(zhì)發(fā)生變性 小結(jié) 定義 范德華力 氫鍵 共價(jià)鍵 作用微粒 分子間普遍存在的作用力 已經(jīng)與電負(fù)性很強(qiáng)的原子形成共價(jià)鍵的氫原子與另一分子中電負(fù)性很強(qiáng)的原子之間的作用力 原子之間通過共用電子對形成的化學(xué)鍵 相鄰原子之間 分子間或分子內(nèi)氫原子與電負(fù)性很強(qiáng)的F O N之間 分子之間 強(qiáng)弱 弱 較強(qiáng) 很強(qiáng) 對物質(zhì)性質(zhì)的影響 范德華力越大 物質(zhì)熔沸點(diǎn)越高 對某些物質(zhì) 如水 氨氣 的溶解性 熔沸點(diǎn)都產(chǎn)生影響 物質(zhì)的穩(wěn)定性 化學(xué)性質(zhì) 04廣東 下列關(guān)于氫鍵的說法中正確的是 A 每個(gè)水分子內(nèi)含有兩個(gè)氫鍵B 在所有的水蒸氣 水 冰中都含有氫鍵C 分子間能形成氫鍵 使物質(zhì)的熔沸點(diǎn)升高D HF穩(wěn)定性很強(qiáng) 是因?yàn)槠浞肿娱g能形成氫鍵 練習(xí) C 蔗糖和氨易溶于水 難溶于四氯化碳 而鹵素單質(zhì)卻易溶于四氯化碳 難溶于水 現(xiàn)象 四 影響物質(zhì)溶解性的因素 Why 乙醇的化學(xué)式為CH3CH2OH 戊醇為CH3CH2CH2CH2CH2OH 都含有 OH 為什么乙醇可以與水以任意比互溶 而戊醇在水中的溶解度很小 氣體分子中NH3在水中的溶解度非常大 1體積水可以溶解700體積的氨氣 1 相似相溶 極性相似 一般能相互溶解 結(jié)構(gòu)相似 官能團(tuán) 一般能相互溶解 2 如果溶質(zhì)與溶劑之間存在氫鍵作用力 而且越大 溶質(zhì)的溶解性越好 3 溶質(zhì)與溶劑能發(fā)生反應(yīng) 將增大溶質(zhì)的溶解性 影響物質(zhì)溶解性的因素 內(nèi)因 外因 溫度 壓強(qiáng) 溶質(zhì)與溶劑是否存在氫鍵 溶質(zhì)與溶劑能否反應(yīng) 分子結(jié)構(gòu) 相似相溶 小結(jié) 1 比較NH3和CH4在水中的溶解度 怎樣用相似相溶規(guī)律理解它們的溶解度不同 2 為什么在日常生活中用有機(jī)溶劑 如乙酸乙酯等 溶解油漆而不用水 思考與練習(xí) 3 在一個(gè)小試管里放入一小粒碘晶體 加入約5mL蒸餾水 觀察碘在水中的溶解性 若有不溶的碘 可將碘水溶液傾倒在另一個(gè)試管里繼續(xù)下面的實(shí)驗(yàn) 在碘水溶液中加入約1mL四氯化碳 CCl4 振蕩試管 觀察碘被四氯化碳萃取 形成紫紅色的碘的四氯化碳溶液 再向試管里加入1mL濃碘化鉀 KI 水溶液 振蕩試管 溶液紫色變淺 這是由于在水溶液里可發(fā)生如下反應(yīng) I2 I I3 實(shí)驗(yàn)表明碘在純水還是在四氯化碳中溶解性較好 為什么 五 手性 試一試 乳酸分子 鏡 具有完全相同的組成和原子排列的一對分子 如同左手與右手一樣互為鏡像 卻在三維空間里不能重疊 互稱手性異構(gòu)體 有手性異構(gòu)體的分子叫做手性分子 手性概念 最常見的手性分子是含手性碳原子的分子 手性碳原子及手性分子的判斷 1 手性碳原子 與其相連的四個(gè)原子或原子團(tuán)均各不相同則為手性碳原子 否則不是 2 手性分子方法一 其實(shí)物與其鏡像不能完全重合 即不具有對稱中心和對稱面 則是 否則不是 方法二 只含有一個(gè)手性碳原子 則是手性分子 含多個(gè)手性碳原子的有機(jī)物不一定是手性分子 即手性分子一定含有手性碳原子 含有手性碳原子的分子不一定是手性分子例如 當(dāng)分子中有多個(gè)手性中心時(shí) 分子可能沒有手性 科學(xué)史話 了解巴斯德實(shí)驗(yàn)室合成的有機(jī)物酒石酸鹽并制得手性機(jī)物酒石酸鹽過程 多美的晶體啊 手性分子在生命科學(xué)和生產(chǎn)手性藥物方面有廣泛的應(yīng)用 如圖所示的分子 是由一家德國制藥廠在1957年10月1日上市的高效鎮(zhèn)靜劑 中文藥名為 反應(yīng)停 它能使失眠者美美地睡個(gè)好覺 能迅速止痛并能夠減輕孕婦的妊娠反應(yīng) 然而 不久就發(fā)現(xiàn)世界各地相繼出現(xiàn)了一些畸形兒 后被科學(xué)家證實(shí) 是孕婦服用了這種藥物導(dǎo)致的隨后的藥物化學(xué)研究證實(shí) 在這種藥物中 只有圖左邊的分子才有這種毒副作用 而右邊的分子卻沒有這種毒副作用 人類從這一藥物史上的悲劇中吸取教訓(xùn) 不久各國紛紛規(guī)定 今后凡生產(chǎn)手性藥物 必須把手性異構(gòu)體分離開 只出售能治病的那種手性異構(gòu)體的藥物 反應(yīng)停 事件 手性分子一例 一種藥物 反應(yīng)停 1 分子式為C3H6O3的有機(jī)物的一種結(jié)構(gòu)簡式為 此分子是否為手性分子 其中 手性 碳原子為 CH3 C COOH 練習(xí) 2 下列說法不正確的是 A 互為手性異構(gòu)的分子組成相同 官能團(tuán)不同B 手性異構(gòu)體的性質(zhì)不完全相同C 手性異構(gòu)體是同分異構(gòu)體的一種D 利用手性催化劑合成可得到或主要得到一種手性分子 A 3 下列化合物中含有手性碳原子的是 A CCl2F2B CH3 CH COOHC CH3CH2OHD CH OH C 4 下列各組物質(zhì)中 不屬于同分異構(gòu)體的是 與 與 CH3CH2CH CH3 CH3與CH3 CH2 3CH3 A B C B D CHO COOH或 COO CHO CH2OH CH2OH CH2ONa 五 無機(jī)含氧酸分子的酸性 閱讀 課本P53 54請將閱讀的重點(diǎn)放在下列問題上 1 含氧酸的通式一般可寫成 其中R顯價(jià) 2 含氧酸顯酸性 其實(shí)是在水分子的作用下斷裂 產(chǎn)生 3 根據(jù)HNO3的結(jié)構(gòu)式 判斷其中有個(gè)羥基 個(gè)非羥基氧 結(jié)構(gòu)簡式可寫成 HO mROn 正 O H H 1 兩 HO NO2 1 判斷下列含氧酸中成酸元素的化合價(jià)并比較酸性H2SO3H2SO4 HNO2HNO3 HCIOHCIO42 填表 n為非羥基氧的個(gè)數(shù) 3 A A A AH2CO3HNO3H2SiO3H3PO4H2SO4HClO4HBrO4 非金屬性 最高價(jià)含氧酸的酸性 0123 增強(qiáng)增強(qiáng) 規(guī)律 1 對于同一種元素的含氧酸來說 該元素的化合價(jià)越高其含氧酸的酸性越強(qiáng) 2 含氧酸的強(qiáng)度隨著分子中連接在中心原子上的非羥基氧的數(shù)目增大而增大 即 HO mROn中 n值越大 酸性越強(qiáng) 3 同一周期 從左往右 非金屬元素最高價(jià)含氧酸的酸性逐漸增強(qiáng) 同一主族 從上往下 非金屬元素最高價(jià)含氧酸的酸性逐漸減弱 原因 1 對于同一種元素的含氧酸來說 該元素的化合價(jià)越高其含氧酸的酸性越強(qiáng) 2 含氧酸的強(qiáng)度隨著分子中連接在中心原子上的非羥基氧的數(shù)目增大而增大 即 HO mROn中 n值越大 酸性越強(qiáng) 越高 越強(qiáng) 越易 越強(qiáng) 1 對于同一種元素的含氧酸來說 該元素的化合價(jià)越高其含氧酸的酸性越強(qiáng) 2 含氧酸的強(qiáng)度隨著分子中連接在中心原子上的非羥基氧的數(shù)目增大而增大 即 HO mROn中 n值越大 酸性越強(qiáng) 3 同一周期 從左往右 非金屬元素最高價(jià)含氧酸的酸性逐漸增強(qiáng) 同一主族 從上往下 非金屬元素最高價(jià)含氧酸的酸性逐漸減弱 越大 越強(qiáng) 越易 越強(qiáng) 4 由化學(xué)反應(yīng)判斷 相對強(qiáng)酸制備相對弱酸如 H2SO4 NaSO3 NaSO4 H2O SO2 CaCO3 2HCl CaCl2 H2O CO2 CO2 H2O Ca ClO 2 CaCO3 2HClO制次氯酸5 由電離度來判斷如 H3PO4 HClO 酸性 H3PO4 HClO 注意 1 能體現(xiàn)非金屬強(qiáng)弱的是元素的最高價(jià)含氧酸酸性強(qiáng)弱 如 酸性H2SO4HClO但是非金屬性SCl 2 無機(jī)含氧酸分子的酸性強(qiáng)弱與它所形成的溶液的酸性強(qiáng)弱沒有直接關(guān)系 溶液酸性強(qiáng)弱還與酸溶液的濃度有關(guān) 強(qiáng)酸稀溶液的酸性有可能小于弱酸較濃溶液的酸性 溶液酸性強(qiáng)弱的實(shí)質(zhì)是C H 的大小 如 碳酸分子含有一個(gè)非羥基氧 與硝酸相同 但通常認(rèn)為他是弱酸 練習(xí) 1 已知含氧酸可用通式 HO mXOn來表示 一般而言 該式中n大的是強(qiáng)酸 n小的是弱酸 下列各含氧酸中酸性最強(qiáng)的是 A HClO4B H2SeO3C H3BO3D H3PO4 A 練習(xí) 3 根據(jù)含非羥基氧個(gè)數(shù)與酸性強(qiáng)弱關(guān)系回答問題 1 H3AsO4 H2CrO4 HMnO4的酸性強(qiáng)弱關(guān)系 2 H3PO3和H3AsO3的形式一樣 但酸性強(qiáng)弱相差很大 已知H3PO3為中強(qiáng)酸 H3AsO3為弱酸 推斷H3PO3和H3AsO3的分子結(jié)構(gòu) H3AsO4 H2CrO4 HMnO4 課后習(xí)題答案 1 H2O是由極性鍵形成的 形分子 所以水分子的正電荷的中心和負(fù)電荷的中心不重合 為極性分子 CO2是由極性鍵形成的直線形分子 所以CO2的正電荷中心和負(fù)電荷中心重合 為非極性分子 2 低碳醇中的 OH與水分子的 OH相近 因而能與水互溶 而高碳醇的烴基較大 使其中的 OH與水分子的 OH的相似因素少多了 因而它們在水中的溶解度明顯減小 3 水是極性分子而汽油為非極性分子 根據(jù) 相似相容 規(guī)則 汽油在水中的溶解度很小 4 1 氫鍵不是化學(xué)鍵 而是較強(qiáng)的分子間作用力 2 由于甲烷中的碳不是電負(fù)性很而大原子半徑很小的原子 故甲烷與水分子間不能形成氫鍵 3 乙醇與水分子間存在范德華力和氫鍵 4 碘化氫沸點(diǎn)高是因?yàn)樗南鄬Ψ肿淤|(zhì)量比氯化氫大 相對分子質(zhì)量越大 范德華力越大 沸點(diǎn)越高5 兩張圖表明氣態(tài)氫化物的沸點(diǎn)一般隨相對分子質(zhì)量增加而增大 這是由于相對分子質(zhì)量越大范德華力越大 沸點(diǎn)越高 但HF H2O NH3的沸點(diǎn)反常地高 表明在它們的分子間存在較強(qiáng)的相互作用 即氫鍵