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專題05分子結構與物質的性質
【核心素養分析】
1.宏觀辨識與微觀探析:能根據鍵的極性和分子的空間結構判斷分子的極性，能運用范德華力和氫鍵解釋物質性質的差異及自然界的某些現象等。
2.證據推理與模型認知:根據鍵的極性和分子的空間結構，運用向量分析多原子分子的正電中心或負電中心及二者是否重合，建立確定分子極性的認知模型；通過左、右手的特征，認識手性碳原子在結構上的特點，從而建立判斷分子的手性的認知模型。
【目標導航】
本專題的主要考點是高考的熱點，主要涉及以下幾點：共價鍵的極性、分子的極性，范德華力、氫鍵對物質性質（如熔沸點、溶解性）的影響，“相似相溶”規律。往往以新物質為背景與其他知識點一起考查，以選擇題或填空題的形式出現，難點中等。
【重難點精講】
一、共價鍵的極性
（一）鍵的極性和分子的極性
1、鍵的極性：
(1)極性共價鍵和非極性共價鍵
共價鍵 極性共價鍵 非極性共價鍵
成鍵原子 不同種原子（電負性不同） 同種原子（電負性相同）
電子對 發生偏移 不發生偏移
成鍵原子的電性 一個原子呈正電性(δ+)，一個原子呈負電性（δ—） 電中性
示例 H2、O2、Cl2等
(2)鍵的極性的產生原因：共價鍵的極性：由于共用電子對發生偏移時，使化學鍵產生了呈正電性 (δ+)和呈負電性(δ-)兩極。
(3)共價鍵的極性表示方法——極性向量
極性向量可形象地描述極性鍵的電荷分布情況，極性向量指向的一端，說明該處負電荷更為集中。非極性鍵無極性向量，說明在非極性鍵里，正負電荷的中心是重合的。
(4)鍵的極性的影響因素：共價鍵的極性只取決于成鍵原子的元素種類或電負性的差異，與其他因素無關。
①同種非金屬元素原子間形成的共價鍵是非極性鍵；不同種非金屬元素原子間形成的共價鍵是極性鍵
②電負性差值越大的兩原子形成的共價鍵的極性越強；
③共用電子對偏移程度越大，鍵的極性越強。
(4)極性共價鍵和非極性共價鍵的判斷
①根據組成元素
②根據共用電子對是否偏移
③根據元素的電負性
(4)存在：
①非極性共價鍵：非金屬單質(如O2、P4、石墨等，但稀有氣體除外)；某些共價化合物（如H2O2、CH2=CH2）或離子化合物（如Na2O2）；
②極性共價鍵：共價化合物（如H2O、CH4、HCl、HCN）或含原子團的某些離子化合物（如NaOH、Na2SO4、NaCN）。
2、分子的極性：
(1)極性分子：分子中的正電中心和負電中心不重合，使分子的某一個部分呈正電性(δ+),另一部分呈負電性(δ-),這樣的分子是極性分子。
(2)非極性分子：分子中的正電中心和負電中心重合，這樣的分子是非極性分子。
3、分子極性的判斷
1）可依據分子中化學鍵的極性的向量和進行判斷
分子的極性必須依據分子中極性鍵的極性的向量和是否等于0而定。當分子中各個鍵的極性的向量和等于0時，是非極性分子，否則是極性分子。
2）可根據分子中的正電中心和負電中心是否重合判斷
3）定性判斷
（1）單質分子均為非極性分子（例外O3為極性分子）；
（2）根據鍵的極性判斷。共價鍵是否有極性是分子是否有極性的前提條件，如果分子中不存在極性鍵，該分子一定不是極性分子（例外O3為極性分子）；對于雙原子分子來說，鍵的極性和分子的極性是一致的。
（3）多原子分子：
①孤對電子法:如為ABn型，若中心原子A中沒有孤對電子，為非極性分子，中心原子A中有孤對電子，則為極性分子。
②幾何對稱法: 如為ABn型，如果各極性鍵在平面內或空間均勻排列，呈中心對稱或呈正多邊形、正多面體分布，該分子一定是非極性分子，反之為極性分子。通常有以下幾種情況：線型對稱，如CO2等（鍵角180°）；正三角形分子，如BF3（鍵角120°）；正四面體型分子，如CCl4、CH4（鍵角109°28′）。以上幾類均為非極性分子，而NH3分子為三角錐型（鍵角107°18′），H2O分子為V型（鍵角104.5°）等均為極性分子。③中心原子化合價法: 如為ABn型，若中心原子A的化合價的絕對值等于A的主族序數，則為非極性分子；若中心原子A的化合價的絕對值不等于A的價層電子數，則為極性分子；
化學式 BF3 CO2 PCl5 SO3 H2O NH3 SO2
中心原子化合價的絕對值 3 4 5 6 2 3 4
中心原子價層電子數 3 4 5 6 6 5 6
分子極性 非極性 非極性 非極性 非極性 極性 極性 極性
【特別提醒】a、一般情況下，單質分子為非極性分子，但O3是V形分子，其空間結構不對稱，故O3為極性分子。
b、H2O2的結構式為H—O—O—H,空間結構是，是不對稱的，為極性分子。
4）實驗定性證明——帶電體引流法
帶電體引流法實驗：用毛皮摩擦玻璃棒分別靠近CCl4液流和H2O流，水流發生偏移，說明水分子具有極性，同理，用同樣的方法可以測定其它純液體流分子的極性，液體流發生偏移的分子具有極性，液體流不發生偏移的分子無極性。
5）根據相似相溶原理判斷。
極性分子組成的溶質易溶于極性分子組成的溶劑；非極性分子組成的溶質易溶于非極性分子組成的溶劑。如水為極性溶劑，HCl、NH3極易溶于水，說明它們為極性分子，Br2、I2、CCl4等不易溶于水，說明它們是非極性分子。
【思考與討論】參考答案：
(1)極性分子：HCl；非極性分子：H2、O2、Cl2。
(2)均為非極性分子。
(3)極性分子：HCN、HO、NH3、CH3Cl；非極性分子：CO2、BF3、CH4。
4.鍵的極性對化學性質的影響
(1)鍵的極性對羧酸酸性大小的影響實質是通過改變羧基中羥基的極性而實現的，羧基中羥基的極性越大，越容易電離出H+，則羧酸的酸性越大。
(2)與羧基相鄰的共價鍵的極性越大，過傳導作用使羧基中羥基的極性越大，則羧酸的酸性越大。
(3)烴基是推電子基團，即將電子推向羥基，從而減小羥基的極性，導致羧酸的酸性減小。一般地，烴基越長，推電子效應越大，羧酸的酸性越小。
【思考與討論】參考答案：
如H2O是弱電解質，而CH3CH2OH是非電解質，這是因為CH3CH2-對-OH的影響，使-OH電離出的能力減弱了。
再如在常溫下CH4和苯都不能使酸性KMnO4溶液褪色，而甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，這是因為苯環對-CH3
的影響，使-CH3的還原性增強了。
5.鍵的極性與分子極性的關系
①只含非極性鍵的分子是非極性分子（除O3），含極性鍵存在對稱中心的分子是非極性分子。
②含極性鍵不存在對稱中心的分子是是極性分子。
二、分子間的作用力
1范德華力及其對物質性質的影響
(1)概念：對氣體加壓降溫可使其液化，對液體降溫可使其凝固，這表明分子之間存在著相互作用力。范德華是最早研究分子間普遍存在作用力的科學家，因而把這類分子間作用力稱為范德華力。
【特別說明】范德華力也是一種電性作用，包括分子中帶電質子、電子間相互吸引和相互排斥。
(2)存在范圍：范德華力存在于由共價鍵形成的多數共價化合物分子、絕大多數非金屬單質分子及沒有化學鍵的稀有氣體分子間。但像二氧化硅晶體、金剛石等由共價鍵形成的物質中不存在范德華力。
(3)特征
①范德華力廣泛存在于分子之間，但只有分子間充分接近時才有分子間的相互作用力。
②范德華力很弱，比化學鍵的鍵能小1~2個數量級。
③范德華力沒有方向性和飽和性。
(4)影響范德華力的因素
①一般地，組成和結構相似的分子，相對分子質量越大，范德華力越大。
②相對分子質量相同或相近時，分子的極性越大，范德華力越大。如CO為極性分子，N2為非極性分子，范德華力：CO>N2。
③分子組成相同，但結構不同的物質(即互為同分異構體),分子的對稱性越強，范德華力越小。
④對于M相同、極性相似的分子，分子間接觸面積越大，范德華力越大。如：正丁烷>異丁烷。
(5)范德華力對物質性質的影響
范德華力主要影響分子構成的物質的熔、沸點等物理性質。一般規律：范德華力越大，物質的熔、沸點越高。而化學鍵主要影響分子構成的物質的化學性質。
【思考與討論】參考答案：
F2＜Cl2＜Br2＜I2的組成和結構相似，相對分子質量越大，范德華力越大，物質的熔、沸點越高，故熔、沸點：F2＜Cl2＜Br2＜I2。
2.氫鍵及其對物質性質的影響
(1)概念：氫鍵是除范德華力之外的另一種分子間作用力。
(2)形成條件：它是由已經與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負性很大的原子之間的作用力。
(3)常見類型：X-H…Y-。其中X、Y為N、O、F這樣的電負性很大的原子，“-”表示共價鍵，…”表示形成的氫鍵。在X-H…Y中，X、Y的電負性越大，氫鍵越強；Y原子的半徑越小，氫鍵越強。
(4)特征：
①氫鍵是一種分子間作用力，但不同于范德華力，也不屬于化學鍵。
②氫鍵是一種較弱的作用力，比化學鍵的鍵能小1~2個數量級，與范德華力數量級相同，但比范德華力明顯的強。
③氫鍵具有方向性（X-H…Y盡可能在同一條直線上）和飽和性（一個X-H只能和一個Y原子結合），但本質上與共價鍵的方向性和飽和性不同。
(5)氫鍵的鍵長：一般定義為A-H…B的長度，而不是H…B的長度。
(6)存在范圍：氫鍵不僅存在于分子間，有時也存在于分子內。
(7)對物質性質的影響：
（〡）對物質溶沸點的影響：
①存在分子間氫鍵的物質，具有較高的熔、沸點。例如：NH3、H2O和HF的熔、沸點比同主族相鄰元素氫化物的熔、沸點高，這種反常現象是由于它們各自的分子間形成了氫鍵。
②互為同分異構體的物質，能形成分子內氫鍵的，其熔、沸點比能形成分子間氫鍵的物質的低。例如：鄰羥基苯甲醛能形成分子內氫鍵，而對羥基苯甲醛能形成分子間氫鍵，當對羥基苯甲醛熔化時，需要較多的能量克服分子間氫鍵，所以對羥基苯甲醛的熔、沸點高于鄰羥基苯甲醛的熔、沸點。
（Ⅱ）對物質溶解度的影響：溶質與溶劑之間若能形成分子間氫鍵，則溶質的溶解度明顯的大。
3.溶解性
(1) “相似相溶”規律：非極性溶質一般能溶于非極性溶劑，極性溶質一般能溶于極性溶劑。
說明：（1）“相似”指的是分子的極性相似。
（2）這是一條經驗規律，也會有不符合規律的例子，如CO、NO等極性分子均難溶于水，不少鹽類(如AgCl、PbSO4、BaCO3等)也難溶于水，H2、N2難溶于水也難溶于苯等。
(2)影響溶解度的因素
（〡）內因
①如果溶劑和溶質之間存在氫鍵，則溶質在溶劑中的溶解度較大。
②物質自身的結構。“相似相溶”還適用于分子結構的相似性。乙醇化學式為CH3CH2OH,其中的羥基與水分子的羥基相近，因而乙醇能與水互溶；而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烴基較大，其中的—OH跟水分子的—OH的相似因素小得多了，因而它在水中的溶解度明顯減小。
③溶質與溶劑發生反應可增大其溶解度。如SO2與H2O反應生成H2SO3，SO3與H2O反應生成H2SO4，NH3與H2O反應生成NH3·H2O
（Ⅱ）外因
①溫度：一般地，溫度升高，固體物質的溶解度增大，氣體物質的溶解度減小。
②壓強：一般地，壓強越大，氣體的溶解度越大。
注：①影響固體溶解度的主要因素是溫度。常見物質中，Ca(OH)2的溶解度隨溫度的升高而減小。受熱易分解的物質的溶解情況需考慮溫度因素。
②影響氣體溶解度的主要因素是溫度和壓強。
【思考與討論】參考答案：
(1)NH3、H2O都是極性分子，根據“相似相溶”規律可知NH3在H2O中的溶解度較大，并且NH3和H2O分子之間還存在氫鍵，這又加大了NH3在H2O中的溶解度；而CH4是非極性分子，又不能與H2O分子形成氫鍵，故在極性溶劑H2O中的溶解度較小。
(2)油漆的主要成分是非極性分子或極性很小的有機物，有機溶劑（如乙酸乙酯等）是非極性分子或極性很小的有機物，水是極性分子，根據“相似相溶”規律可知日常生活中不用水而用有機溶劑(如乙酸乙酯等)溶解油漆。
(3)CCl4和I2都是非極性分子，而H20是極性分子，根據“相似相溶”規律可知，碘在純水中的溶解度要小于在四氯化碳中的溶解度。
三、分子的手性
1.手性異構體與手性分子
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疊合，互稱手性異構體(或對映異構體)。有手性異構體的分子叫做手性分子。
2.手性分子的成因
當4個不同的原子或基團連接在同一個碳原子上時，這個碳原子是不對稱原子。這種分子和它“在鏡中的像”不能重疊，因而表現為“手性”。手性分子中的不對稱碳原子稱為手性碳原子。
3.手性分子的判斷
有機物分子具有手性是由于其分子中含有手性碳原子。如果1個碳原子所連接的4個原子或基團各不相同，那么該碳原子為手性碳原子，用*C來表示。如,R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基團。所以，判斷一種有機物是否為手性分子，就看其含有的碳原子是否連有4個不同的原子或基團。
4.手性分子的用途
(1)構成生命體的有機分子絕大多數為手性分子。互為手性異構體的兩個分子的性質不同。
(2)生產手性藥物、手性催化劑(手性催化劑只催化或主要催化一種手性分子的合成)。
【典題精練】
考點1、考查鍵的極性和分子極性的判斷
例1．下列關于鍵的極性和分子極性的說法中，錯誤的是
A．只有非極性鍵的分子一定是非極性分子
B．含極性鍵的非極性分子，其空間結構是對稱的
C．不同元素形成的雙原子分子一定是極性分子
D．極性分子中一定只含有極性鍵
【解析】A．只有非極性鍵的分子一定是非極性分子，如氫氣、氧氣都是非極性分子，故A正確；B．含極性鍵的非極性分子，其空間結構是對稱的，如甲烷、四氯化碳，故B正確；C．不同元素形成的雙原子分子一定是極性分子，如氯化氫是極性分子，故C正確；D．極性分子中不一定只含有極性鍵，如H2O2是極性分子，含有極性鍵和非極性鍵，故D錯誤；故選D。
【答案】D
【誤區警示】誤區1：誤認為非極性鍵只存在于雙原子單質分子中。非極性健由同種原子形成，不一定只存
在于雙原子分子中，例如，C2H4中的C=C鍵就是非極性健。
誤區2：誤認為非極性分子中一定含有非極性鍵。非極州分子是指正電中心和負電中心重合的分子，例如，CH4是非極性分子，但是CH4分子中只含極性鍵。
誤區3：誤認為以極性鍵結合的分子一定是極性分子。極性健是由不同元素的原子形成的，例如，
CH4是非極性分手，但是CH4分子中只含極性健。
誤區4：誤認為非極性分子只能是雙原子單質分子。非極性分子是指正電中心和負電中心重合的分子，例如，CH4是非極性分子。
誤區5：誤認為極性分子中一定不含非極性共價鍵。H2O2為極性分子，但其中的O-O鍵為非極性共價鍵。
考點2、考查鍵的極性與物質性質的關系
例2．基團之間相互影響使官能團中化學鍵的極性發生變化，從而影響官能團和物質的性質。下列有關敘述中錯誤的是
A．乙醇(CH3CH2OH)與氫溴酸反應生成溴乙烷(CH3CH2Br)，乙醇分子中斷裂碳氧鍵
B．與足量Na反應置換出，乙醇分子中斷裂氫氧鍵
C．羥基中氫氧鍵的極性：
D．酸性：甲酸
【解析】A．對比乙醇與溴乙烷的結構簡式，可知溴原子取代了羥基的位置，乙醇分子中斷裂碳氧鍵，A正確；B．2mol CH3CH2OH 與足量Na反應置換出1mol H2，乙醇分子中羥基上的氫原子被置換，斷裂氫氧鍵，B正確；C．乙醇中的甲基有推電子作用，使乙醇分子中的氫氧鍵的極性比水分子中的氫氧鍵極性弱，C正確；D．對飽和一元脂肪酸，如甲酸、乙酸、丙酸等等，C原子數越多，酸性越弱，因此甲酸相對最強，甲酸酸性強于乙酸，D錯誤；故選D。
【答案】D
【名師拓展】誘導效應是指因分子中原子或基團的電負性不同而引起成鍵電子云向某一方向移動的效應。一般以氫為標準，如果取代基的推電子能力比氫強，即為推電子基團；如果取代基的吸電子能力比氫強，即為吸電子基團。推電子基團一般對外表現負電場，成鍵電子云向與該基團相連的原子移動。如CH3OH中，甲基為推電子基團，電子云向0原子移動，從而減弱了O-H鍵的極性。
考點3、考查范德華力對物質性質的影響
1．下列物質性質的變化規律與范德華力無關的是
A．的熔、沸點逐漸升高
B．的熱穩定性依次減弱
C．的熔、沸點逐漸降低
D．的沸點逐漸升高
【解析】A．均為分子晶體，結構相似，相對分子質量越大，范德華力越大，熔沸點越高，與范德華力有關，故不選A；B．、、、的熱穩定性與其分子中的極性鍵的強弱有關，而與范德華力無關，故選B；C．的組成和結構相似，范德華力作用力隨相對分子質量的減小而減小，故其熔、沸點逐漸降低，與范德華力有關，故不選C；D．烷烴分子之間的范德華力隨相對分子質量的增大而增大，故乙烷、丙烷、丁烷的沸點逐漸升高，在烷烴的同分異構體中，支鏈越多，范德華力作用力越小，熔、沸點越低，故異丁烷的沸點低于正丁烷的沸點，與范德華力有關，故不選D；選B。
【答案】B
【名師點睛】分子間作用力主要影響物質的熔點、沸點、溶解性等物理性質，分子間作用力越大，物質的熔、沸點越高，但不影響物質的化學性質。
考點4、考查氫鍵對物質性質的影響
例4．下列現象與氫鍵有關的是
①NH3的熔、沸點比PH3的高
②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶
③冰的密度比液態水的密度小
④鄰羥基苯甲酸的熔、沸點比對羥基苯甲酸的低
⑤水分子高溫下也很穩定
A．①②③④⑤ B．①②③④
C．①②③ D．①②
【解析】①NH3分子間能形成氫鍵，所以NH3的熔、沸點比PH3的高，故選①；②水分子與小分子的醇、羧酸可以形成分子間氫鍵，所以小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶，故選②；③冰中水分子間形成的氫鍵數目多，水分子間的間空隙多，所以冰的密度比液態水的密度小，故選③；④鄰羥基苯甲酸易形成分之內氫鍵，對羥基苯甲酸易形成分子間氫鍵，所以鄰羥基苯甲酸的熔、沸點比對羥基苯甲酸的低，故選④；⑤水分子高溫下也很穩定，與化學鍵的鍵能大有關，與氫鍵無關，故不選⑤；與氫鍵有關的是①②③④，選B。
【答案】B
【名師點睛】判斷物質的性質受何種作用力影響時，首先弄清是物理性質還是化學性質，然后找出其影響因素。同時，也要能根據作用力的強弱分析物質性質變化的規律，如范德華力越大，物質的熔、沸點越高；如果存在分子間氫鍵，則物質的熔、沸點較高。
考點5、考查分子手性的判斷及其應用
例5．下列說法錯誤的是
A．互為手性異構體的分子互為鏡像
B．利用手性催化劑合成可主要得到一種手性分子
C．手性異構體分子組成相同
D．手性異構體性質相同
【解析】A．互為手性異構體的分子互為鏡像關系，選項A正確；B．在手性催化中，與催化劑手性匹配的化合物在反應過程中會與手性催化劑形成一種最穩定的過渡態，從而只會誘導出一種手性分子，所以利用手性催化劑合成主要得到一種手性分子，選項B正確；C．手性異構體是同分異構體的一種，同分異構體分子式相同，所以手性異構體分子組成相同，選項C正確；D．手性異構體旋光性不同，化學性質可能有少許差異，選項D錯誤；答案選D。
【答案】D
【方法技巧】不對稱碳原子的判斷方法主要看兩點：(1)不對稱碳原子一定是飽和碳原子。(2)不對稱碳原子所連接的四個原子或基團是不同的。一般而言，分子表現手性，是因為其含有不對稱碳原子。如果一個碳原子所連接的四個原子或基團各不相同，那么該碳原子稱為不對稱碳原子，用*C來表示。
考點6、考查“相似相溶”的應用
例6．根據“相似相溶”規則和實際經驗，下列敘述不正確的是
A．白磷(P4)易溶于CS2，也易溶于水 B．NaCl易溶于水，難溶于CCl4
C．碘易溶于苯，微溶于水 D．鹵化氫易溶于水，難溶于CCl4
【解析】A．白磷分子屬于非極性分子，白磷易溶于非極性溶劑CS2，但難溶于極性溶劑水，故A錯誤；B．NaCl屬于離子化合物，易溶于水，難溶于非極性溶劑CCl4，故B正確；C．碘分子屬于非極性分子，碘易溶于非極性溶劑苯，微溶于極性溶劑水，故C正確；D．鹵化氫分子屬于極性分子，鹵化氫易溶于極性溶劑水，難溶于非極性溶劑CCl4，故D正確。故選：A。
【答案】A
【方法技巧】其他條件相同時溶質分子與溶劑分子在結構上相似度越大，溶解性越大。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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