【化学课件】分子的极性与非极性课件

分子的极性与非极性分子的极性与非极性是高中化学中的重要知识点，它深刻影响着物质的物理化学性质理解分子极性不仅有助于我们预测物质的溶解性、沸点等性质，更是理解分子间相互作用的基础课程目标理解极性键和非极性键的概念1深入学习电负性差异如何影响化学键的极性，掌握判断键极性的基本方法掌握分子极性的判断方法2学会从键极性和分子几何构型两个角度综合判断分子的极性特征分析分子几何构型与极性的关系3运用价层电子对互斥理论，理解分子空间构型对极性的决定性影响应用所学知识解决实际问题第一部分键的极性基础化学键的本质电负性概念回顾相邻原子间通过电子相互作用形原子在分子中吸引电子的能力，成的稳定结合，是维持分子结构是判断键极性的重要依据的根本力量键极性的产生原因不同原子电负性差异导致电子云偏移，形成键的极性特征化学键的本质相邻原子之间的强烈相互作用化学键是原子间电子重新分布的结果，通过共享或转移电子实现稳定的电子构型成键过程中的电子变化原子最外层电子参与成键，电子云发生重叠或完全转移，形成新的电子分布状态稳定的化学键形成条件成键后体系总能量降低，达到能量最低、最稳定的状态，是化学键形成的根本驱动力离子键与共价键回顾离子键特征共价键特征金属原子与非金属原子间形成，电子完全从金属原子转移到非金属原子间通过共用电子对形成，电子在原子间共享而非非金属原子，形成离子间的静电相互作用离子键具有无饱转移共价键具有饱和性和方向性，是分子形成的基础和性和无方向性的特点••电子完全转移电子共享••形成正负离子电子云重叠•静电相互作用•具有方向性电负性概念电负性定义1原子在分子中吸引成键电子对的能力大小，用希腊字母χ表示周期表变化规律2同周期从左到右递增，同族从上到下递减，氟的电负性最大常见元素电负性值3F

4.0O

3.5N

3.0C

2.5H

2.1键极性的判定极性键判定非极性键判定计算电负性差值当ΔEN0时为极性键，电负性大的原子吸当ΔEN≈0时为非极性键，通常是相同原引电子能力强，电子云向其偏移ΔEN=|χA-χB|，计算成键原子间的电负性子间形成的共价键，电子云分布对称差值，这是判断键极性的第一步极性键的特点电子云分布不对称成键电子对偏向电负性较大的原子，形成不对称的电子云分布，这是极性键最基本的特征形成部分正负电荷电子偏移导致原子带部分电荷，用δ+和δ-表示，但不是完整的电荷转移具有偶极矩极性键具有一定的偶极矩，可以用矢量表示其大小和方向，是极性键的定量特征非极性键的特点电子云分布对称无净电荷分离12成键原子电负性相同或相近，电子云在两两个原子不带电荷，电子在原子间平均分原子间对称分布布偶极矩为零典型实例由于电荷分布均匀，整个键的偶极矩为零H-H,Cl-Cl,C-C等同种原子间的共价键43键极性的定量表示μD偶极矩符号德拜单位用希腊字母μ表示偶极矩的大小偶极矩的单位，以物理学家德拜命名×q d计算公式偶极矩等于电荷量与距离的乘积偶极矩是衡量键极性强弱的定量指标计算公式μ=q×d中，q代表部分电荷的大小，d代表正负电荷中心之间的距离偶极矩越大，键的极性越强在实际应用中，我们通常用矢量来表示偶极矩，箭头从正电荷指向负电荷第二部分分子极性判断综合分析1矢量和判断几何构型2空间排列键极性3基础分析从键极性到分子极性是一个复杂的过程，需要考虑多个因素首先分析分子中各个键的极性，然后确定分子的几何构型，最后通过矢量合成判断分子的整体极性这个过程体现了化学中结构决定性质的基本原理分子极性的本质电荷分布均匀性1分子极性的根本在于电荷分布是否均匀分子偶极矩存在2极性分子具有净偶极矩，非极性分子偶极矩为零物理性质差异3极性决定分子间相互作用和宏观物理性质分子极性是分子整体电荷分布特征的体现当分子中正负电荷中心不重合时，分子表现为极性；当正负电荷中心重合时，分子表现为非极性这种电荷分布特征直接影响分子的物理化学性质判断分子极性的基本原则非极性键分子极性键分子只含非极性键的分子一定是非极性分1含极性键的分子可能是极性的，也可₂₂子，如H、O等单质分子2能是非极性的，需要进一步分析几何构型影响矢量合成原理4分子的空间构型决定了极性键矢量合分子极性由所有极性键的矢量和决3成的结果，是判断的关键因素定，矢量和为零则为非极性分子分子极性判断的步骤分析分子中的键类型首先识别分子中每个化学键是极性键还是非极性键，计算各键的电负性差值确定分子的空间构型运用价层电子对互斥理论，确定分子的三维几何构型和键角大小分析极性键的方向和大小将每个极性键看作矢量，确定其方向和相对大小，准备进行矢量运算判断极性键矢量和是否为零通过矢量合成法则，计算所有极性键矢量的合成结果，确定分子整体极性第一种情况只含非极性键氢气₂氧气₂氯气₂HOCl两个氢原子通过非极性共价键结合，电两个氧原子形成双键，电负性相同使得两个氯原子通过单键结合，相同的电负子云完全对称分布，是最典型的非极性电子云对称分布，整个分子无极性性确保了分子的非极性特征分子第二种情况含极性键但分子无极性这类分子虽然含有极性键，但由于分子具有高度的对称性，各极性键的偶极矩相互抵消，使得分子整体偶极矩为零典型代₂₄₃表包括CO的线性结构、CCl的正四面体结构和BF的平面三角形结构，它们都体现了对称性与非极性的密切关系第三种情况含极性键且分子有极性分子几何构型极性键数对称性分子极性量₂H O弯曲形2个O-H键不对称极性₃NH三角锥形3个N-H键不对称极性HCl线性1个H-Cl键不对称极性对称性与分子极性高度对称性通常导致非极性对称轴与对称中心的影响几何形状对分子极性的影响当分子具有完美的几何对称性时，分子中存在对称轴或对称中心时，分子的三维空间构型直接决定了极即使含有极性键，各极性键的偶极有利于极性键偶极矩的相互抵消，性键矢量合成的结果，是判断分子矩也会相互抵消，整个分子表现为增加分子非极性的可能性极性的关键因素非极性第三部分分子的几何构型价层电子对互斥理论基础构型预测的重要性VSEPR理论是预测分子几何构型的重要工具该理论认为，准确预测分子的几何构型对于理解分子性质至关重要分子分子中心原子周围的价层电子对由于相互排斥，会尽可能地构型不仅影响分子的极性，还影响其反应活性、生物活性等远离彼此，从而决定了分子的空间构型多种性质电子对包括成键电子对和孤对电子，它们都会对分子构型产在药物设计、材料科学等领域，分子构型的预测和控制都具生影响孤对电子虽然不参与成键，但占据空间并产生排斥有重要的实际意义作用价层电子对互斥理论基础价层电子对互相电子对尽可能远决定分子的空间排斥离构型中心原子周围的价层为了使体系达到最稳电子对的空间排列最电子对带负电荷，根定状态，电子对会在终决定了原子核的相据同种电荷相互排斥空间中采取使相互距对位置，从而确定分的原理，它们会尽量离最大的排列方式子的几何构型远离以减少排斥能价层电子对排列方式两对电子对线性构型1₂两个电子对在直线上排列，键角180°，如BeCl分子的构型三对电子对平面三角形2三个电子对在同一平面内呈三角形排列，键角120°，如₃四对电子对正四面体BF分子3四个电子对指向正四面体的四个顶点，键角

109.5°，如₄CH分子五对电子对三角双锥体4五个电子对排列成三角双锥体，轴向键角90°，赤道键角六对电子对八面体120°5六个电子对指向正八面体的六个顶点，所有键角均为90°分子几何构型的种类线性分子平面构型•₂•₃COO=C=O，键角BF平面三角形，键180°角120°•₂₂•₃C HH-C≡C-H，直SO平面三角形结构•线型特点所有原子共面•特点原子共线排列立体构型•₄CH正四面体，键角

109.5°•₃NH三角锥形•₂H O弯曲形线性构型与分子极性二氧化碳分析₂CO分子呈线性构型，两个C=O键的偶极矩大小相等、方向相反，矢量和为零，因此是非极性分子乙炔分析₂₂C H分子中C-H键极性很弱，且分子呈线性对称结构，整体表现为非极性构型差异的影响₂₂₂对于C HCl，由于取代基不同，分子构型的细微差别会导致极性的显著变化平面三角形构型与分子极性对称平面三角形不完全对称情况₃₃BF分子中三个B-F键完全相同，在平面内呈120°夹角均匀当平面三角形分子中的配体不完全相同时，如PCl（实际分布由于完美的对称性，三个极性键的偶极矩矢量和为为三角锥形），由于孤对电子的存在，分子失去对称性而表零，分子整体无极性现出极性₃类似地，SO分子也具有平面三角形构型，三个S=O双键的这说明不仅要考虑成键电子对，孤对电子对分子构型和极性偶极矩相互抵消，使得分子呈非极性的影响也不容忽视四面体构型与分子极性00₄偶极矩₄偶极矩CH CCl完全对称的正四面体，四个C-H键偶正四面体构型，四个C-Cl键虽然极性极矩相互抵消较强但完全对称

1.04₃偶极矩CHCl不对称四面体，C-H键与C-Cl键不同导致净偶极矩四面体构型分子的极性完全取决于其对称性甲烷和四氯化碳由于具有完美的对称性而表现为非极性，而氯仿由于取代基不同破坏了对称性而具有极性这个对比清楚地展示了分子对称性对极性的决定性影响三角锥形构型与分子极性氨分子₃NH氮原子有一对孤电子对，三个N-H键形成三角锥形，偶极矩不能相互抵消三氯化氮₃NCl₃与NH类似的三角锥形结构，N-Cl键的极性使分子具有净偶极矩三氯化磷₃PCl磷原子的孤电子对占据四面体的一个位置，三个P-Cl键呈三角锥形排列弯曲形构型与分子极性水分子₂二氧化硫₂H OSO两对孤电子对使分子呈弯曲形，键角约一对孤电子对导致弯曲构型，S=O键的极

104.5°，是强极性分子性使分子具有偶极矩12共同特征硫化氢₂H S43弯曲形分子由于不对称结构，普遍具有与水分子结构类似，但键角约92°，极性极性特征比水分子稍弱第四部分典型分子极性分析复杂分子分析1多官能团分子的综合判断误区识别2常见判断错误的避免经典实例3典型分子的详细解析通过对典型分子的深入分析，我们可以更好地理解分子极性判断的实际应用这些经典例子不仅帮助我们掌握判断方法，更重要的是让我们了解在实际问题中如何避免常见的误区，并学会处理复杂分子的极性判断₂分子的极性分析H O分子几何构型氧原子有两对孤电子对，使得分子呈弯曲形而非线性极性键分析两个O-H键都是极性键，氧的电负性

3.5远大于氢

2.1矢量合成结果两个O-H键的偶极矩矢量合成产生净偶极矩，分子呈强极性水分子是极性分子的典型代表，其极性不仅源于O-H键的极性，更重要的是其弯曲的分子构型使得两个极性键的偶极矩无法相互抵消，形成了指向氧原子的净偶极矩₂分子的极性分析CO线性分子构型极性键的存在碳原子采用sp杂化，两个C=O双键呈1C=O键是极性键，氧的电负性

3.5大180°线性排列，分子完全对称2于碳

2.5，电子云偏向氧原子非极性分子结论偶极矩相互抵消4尽管含有极性键，但由于对称性使分两个C=O键的偶极矩大小相等、方向3子整体表现为非极性相反，矢量和为零₄分子的极性分析CH正四面体构型微弱极性键对称分布效应碳原子sp³杂化，四个C-H键指向正四面C-H键的电负性差值较小ΔEN=

0.4，键四个C-H键在空间中完全对称分布，即体的四个顶点，键角

109.5°，构型完全的极性很弱，偶极矩很小使存在微弱极性也完全相互抵消对称₃分子的极性分析NH三角锥形构型确定极性键分析12N-H氮原子有一对孤电子对，三个N-H键形成三角锥形，键角氮的电负性

3.0大于氢

2.1，三个N-H键都是极性键，电约107°，破坏了分子的对称性子云偏向氮原子孤电子对的影响净偶极矩产生34孤电子对不仅影响分子构型，还贡献额外的电子密度，增三个N-H键的偶极矩无法完全抵消，加上孤电子对的贡强了分子的极性特征献，分子具有显著的净偶极矩₄分子的极性分析CCl分析要素详细说明对极性的影响分子构型正四面体，键角高度对称

109.5°C-Cl键性质极性键，ΔEN=

0.5单个键有极性空间排列四个键完全对称分布偶极矩相互抵消分子极性矢量和为零非极性分子四氯化碳是理解含极性键的分子可能为非极性这一概念的经典例子尽管C-Cl键具有一定极性，但正四面体的完美对称性使得四个键的偶极矩完全抵消₃分子的极性分析CH Cl类四面体构型碳原子sp³杂化，但由于取代基不同，分子失去了完全的对称性，呈现不规则四面体不同极性键共存分子中既有C-H键弱极性又有C-Cl键较强极性，不同键的极性差异打破平衡不对称分布导致极性C-Cl键的偶极矩无法被三个C-H键完全抵消，分子整体偶极矩指向氯原子方向极性分子特征分子具有明显的正负电荷分离，表现出典型的极性分子性质和行为第五部分分子极性与物理性质分子间相互作用宏观性质表现分子极性直接影响分子间的相互作用力类型和强度非极性分子极性的影响体现在多个方面沸点和熔点的高低、在不分子主要通过较弱的范德华力相互作用，而极性分子则通过同溶剂中的溶解性、表面张力的大小等这些性质的差异可较强的偶极-偶极力结合以通过分子极性来很好地解释这种差异导致了极性和非极性分子在宏观物理性质上的显著理解这些关系对于预测物质性质、选择合适的溶剂、设计化差别，如沸点、熔点、溶解性等都与分子极性密切相关学反应条件等都具有重要的实用价值分子极性与分子间力非极性分子范德华极性分子偶极偶极-力力非极性分子间主要通过色散极性分子间存在偶极-偶极力伦敦力相互作用，这是力，分子的正端被另一分子最弱的分子间力，源于瞬时的负端吸引，这种力比范德偶极和诱导偶极之间的相互华力强，影响物质的物理性作用质特殊情况氢键当极性分子中含有F-H、O-H、N-H键时，会形成氢键，这是一种特别强的分子间相互作用力极性与沸点关系极性与溶解性相似相溶原理1这是预测溶解性的基本原则，极性物质倾向于溶解在极性溶剂中极性溶质与极性溶剂2如食盐NaCl在水中的溶解，离子与极性水分子相互作用非极性溶质与非极性溶剂3如油脂在汽油中的溶解，非极性分子间主要是范德华力不相溶的情况4油水分离现象，极性与非极性物质难以混合溶解极性与表面张力

72.

822.3水的表面张力乙醇表面张力单位mN/m，在20°C时的数值极性较水弱，表面张力相应降低

18.4正己烷表面张力非极性分子，表面张力最小分子极性越强，表面张力通常越大水分子由于强极性和氢键作用，具有很高的表面张力，这使得水能形成水珠、毛细现象等这种性质在生物学和工程学中都有重要应用，如植物的水分传输、洗涤剂的去污原理等第六部分综合应用理论应用1将分子极性理论应用于实际问题分析解题技巧2掌握快速准确判断分子极性的方法典型习题3通过经典例题巩固和深化理解综合应用部分将帮助同学们将理论知识转化为解决实际问题的能力通过典型习题的分析，我们不仅要掌握正确的解题方法，更要理解背后的化学原理，避免常见的错误，培养科学的思维方式例题分子极性判断1详细解答解题思路₂₂题目分析H O弯曲形，极性；CO线性，非₄逐一分析每个分子的键极性、几何构型，极性；CH正四面体，非极性；₂₂₄₃₃判断H O、CO、CH、NH四个分子然后运用矢量合成原理判断分子整体极性NH三角锥形，极性的极性，要求说明判断依据和详细推理过程例题极性与物理性质关系2问题提出极性差异分析₂解释为什么H O的沸点100°C远高1₂O-H键比S-H键极性更强，水分子的于H S-60°C，尽管两者分子构型相2偶极矩更大，分子间相互作用更强似综合结论氢键因素4分子极性和氢键共同作用，使水的沸水分子能形成氢键，而硫化氢不能，3点远高于硫化氢氢键显著提高了水的沸点例题分子极性与几何构型3逆向推理题目₃已知某分子AB为极性分子，推断其可能的几何构型，并说明理由排除对称构型₃如果是平面三角形如BF，三个相同的极性键会相互抵消，分子应为非极性确定可能构型₃由于分子为极性，最可能的构型是三角锥形如NH，孤电子对破坏对称性验证结论三角锥形构型中，三个极性键无法完全抵消，符合极性分子的特征例题复杂分子的极性判断4多官能团分子分析分析策略对于含有多种化学键和官能团的复杂分子，需要综合考虑各将复杂分子分解为简单的结构单元，分别分析每个单元的极部分的贡献首先识别所有的极性键，然后分析分子的整体性贡献，然后综合判断整个分子的极性对称性注意不同官能团之间可能存在的相互影响，如共轭效应、诱₂例如，对于CHCl F分子，需要考虑C-H、C-Cl、C-F三种不导效应等，这些都会影响分子的整体极性同的极性键，以及它们在四面体构型中的排列方式常见易错点总结极性键极性分子分子几何构型的重要性≠许多同学容易认为含有极性键仅仅分析键的极性是不够的，的分子一定是极性分子，忽略必须结合分子的三维空间构了分子几何构型的重要性型，考虑极性键的空间排列和₂CO就是典型的反例矢量合成对称性判断的技巧学会快速识别分子的对称性，高度对称的分子通常是非极性的，而不对称的分子更可能具有极性第七部分分子极性在实际中的应用分子极性理论在现代科学技术中有着广泛的应用在生物学领域，它帮助我们理解生物大分子的结构和功能；在化工生产中，指导我们选择合适的溶剂和设计分离工艺；在医药研发中，影响着药物分子的设计和药效评估这些应用充分体现了基础理论与实际应用的紧密联系生物大分子中的应用蛋白质折叠与极双螺旋结构细胞膜结构与极DNA性稳定性分子排列蛋白质的三维结构由DNA双链间的氢键、磷脂分子的极性头基氨基酸残基间的相互碱基堆积力等都与分和非极性尾链的特殊作用决定，极性和非子极性密切相关，维排列形成了细胞膜的极性残基的分布影响持着遗传信息载体的双分子层结构，控制蛋白质的折叠模式和稳定结构物质的跨膜运输稳定性工业生产中的应用应用领域极性原理实际例子重要意义萃取分离技术相似相溶原理石油炼制中的提高分离效率溶剂萃取极性溶剂选择溶解性匹配制药工业中的控制产品质量结晶纯化催化剂设计分子识别机制不对称催化反提高反应选择应性材料表面处理界面相互作用涂料和粘合剂改善材料性能应用。