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4.2 常见分子极性判断

化学键与分子结构 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 根据分子空间构型的对称性,判断正负电荷中心是否重合,从而确定分子是否具有极性。

从哪来 本知识点建立在 1.2 周期表结构(理解元素电负性差异及原子间作用力基础)和 3.2 非金属性强弱判断(推导键的极性及电子对偏移方向)之上。

为什么 分子极性取决于两个因素:一是化学键的极性(由成键原子电负性差异决定,即3.2知识点内容),二是分子的空间构型(几何形状)。 如果分子结构高度对称,各个键的极性向量相互抵消,正负电荷中心重合,分子为非极性;如果结构不对称,键的极性无法完全抵消,正负电荷中心分离,分子为极性。 核心逻辑:键有极性 $\neq$ 分子有极性。必须结合空间对称性综合判断。

向量合成法(物理类比)** **适合学生
逻辑思维强、擅长数学向量运算或物理受力分析的学生。 讲解策略: 1. 将共价键看作有方向的力(向量),键的极性越强,向量越长。 2. 对于直线形分子(如 $CO_2$),两个向量大小相等方向相反,合力为0,非极性。 3. 对于V形分子(如 $H_2O$),两个向量夹角小于180度,合力不为0,指向角平分线,极性。 4. 对于三角锥形(如 $NH_3$),三个向量在水平面投影抵消,但垂直方向分量叠加,合力向上,极性。 5. 强调“对称性”就是“向量合力为零”的几何表现。
对称中心/轴法(几何直观)** **适合学生
空间想象力好、擅长几何图形观察的学生。 讲解策略: 1. 引入“对称中心”概念:如果分子中存在一个点,通过该点连线,两端原子完全相同,则该分子非极性。 2. 实例对比: - $CH_4$(正四面体):中心碳原子是对称中心,非极性。 - $CH_3Cl$(四面体但不对称):找不到对称中心,极性。 - $BF_3$(平面正三角形):中心硼原子是对称中心,非极性。 - $NF_3$(三角锥):无对称中心,极性。 3. 口诀:“对称必非极,不对称必极”(针对常见VSEPR模型)。
VSEPR模型推导法(系统流程)** **适合学生
基础扎实、喜欢按步骤解题、需要标准化流程的学生。 讲解策略: 1. 第一步:计算中心原子价层电子对数,确定VSEPR模型(直线、平面三角、四面体等)。 2. 第二步:确定孤电子对数,确定实际空间构型。 3. 第三步:判断对称性。 - 直线形:$AB_2$ 非极性,$AB_2E$(不存在)... 实际上 $AB_2$ 若两端原子相同则非极性。 - 平面三角:$AB_3$ 非极性,$AB_2E$(V形)极性。 - 四面体:$AB_4$ 非极性,$AB_3E$(三角锥)极性,$AB_2E_2$(V形)极性。 4. 强调:只要中心原子周围连接的原子不完全相同,或者存在孤电子对破坏了对称性,通常就是极性分子。
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练一道
基础题
判断 $CO_2$ 和 $H_2O$ 的极性。
变式
判断 $CH_4$ 和 $CH_3Cl$ 的极性。
看解答过程
1. $CO_2$: - 中心原子C,价层电子对数 = $(4+0)/2 = 2$,无孤电子对。 - 空间构型:直线形。 - 对称性:结构对称,两个C=O键的极性向量大小相等方向相反,相互抵消。 - 结论:非极性分子。 2. $H_2O$: - 中心原子O,价层电子对数 = $(6+2)/2 = 4$,孤电子对数 = $4-2=2$。 - 空间构型:V形(角形)。 - 对称性:结构不对称,两个O-H键的极性向量无法抵消,合力指向O原子一侧。 - 结论:极性分子。
试试手自己判
检测题
下列分子中,属于非极性分子的是( ) A. $H_2O$ B. $NH_3$ C. $CH_4$ D. $CH_3Cl$
看答案和判分标准
答案:C
判对标准:
- 选C:正确。$CH_4$ 为正四面体结构,高度对称,非极性。
- 选A:错误。$H_2O$ 为V形,极性。
- 选B:错误。$NH_3$ 为三角锥形,极性。
- 选D:错误。$CH_3Cl$ 为四面体但顶点原子不同,不对称,极性。
- 评分:仅选C得满分。若学生能口头解释出“$CH_4$ 正四面体对称”而“$CH_3Cl$ 不对称”,可视为深度掌握。
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