摘 要 本文是在選修3新教材的基礎上,對于分子極性這一教學內(nèi)容進行的研究和探索。在考量了學生接受能力和理解能力后,從概念的理解到實例分析,對分子極性的判斷方法和技巧進行了多角度的解讀與歸納。
關鍵詞 分子;性質(zhì);極性;方法;概念;實例
在選修3《分子的性質(zhì)》這節(jié)課的教學過程中,通過研究教材我發(fā)現(xiàn)課本中對于該內(nèi)容的文字描述很簡練,而對同學們在接觸到有關分子極性的判斷時,大多數(shù)都會感到內(nèi)容較為抽象,較難理解,在判斷時也常常會出現(xiàn)錯誤。為了掃除同學們在判斷分子極性這一問題上可能存在的“障礙”,本文在此對分子極性的判斷方法和技巧進行了多角度的解讀與歸納。
一、判斷分子極性的方法(一)化學方法
1.概念解讀
化學方法——正負電荷中心是否重合(在任何一個分子中都可以找到一個正電荷中心和一個負電荷中心,根據(jù)正負電荷中心是否重合來判斷);
如圖1所示
2.實例分析
正負電荷中心重合與否不僅與化學鍵的極性有關,還與分子的立體結構(即鍵的空間位置)有關。
例一、水分子有四對核外電子,6個來自氧原子,2個來自氫原子。水分子包含4個雜化軌道,呈四面體構型,其中2個軌道用于形成O—H共價鍵,另2個軌道由氧的孤對電子占用,氧原子位于水分子四面體的中心,形成O—H共價鍵的2個電子對偏向于O原子一方,若用化合價描述就應顯—2價。共用電子對偏離于左右兩個氫原子時,左右兩個氫原子上就相當于帶部分單位的正電荷δ+,用化合價描述分別顯+1價。
H2O分子中成鍵電子的偏移示意圖及化合價的圖示說明如下:
H2O分子中,正電荷中心在左右兩氧原子(+1價)連線的中點上,負電荷中心在中間的氧原子(-2價)上。正負電荷中心不重合,因此,H2O是極性分子,而不是非極性分子。
例二、CO2分子中,C原子和兩個O原子相連。這個分子是直線型結構,CO2分子的結構如下圖所示:
在CO2分子結構中,O=C=O鍵角為1800,C=O鍵長為116pm。該分子中,兩個氧原子上呈負電性(δ-),負電荷的中心在兩個氧原子連線的中點上,中間的碳原子上呈正電性(δ+),正電荷中心就在落在碳原子上,顯然正負電荷的中心重合于一點。因此,CO2是非極性分子。
二、分子極性的判斷方法(二)物理方法
1.概念解讀
物理方法——中心原子所受合力是否為零。首先根據(jù)每個電子對的偏移方向,確定好每個化學鍵的極性。以電子對的偏移方向作為“力”的方向,用物理上的“力的合成”分析這些分子內(nèi)電子對的受力是否達到了平衡。如果整個分子的“合力”為零,那么該分子是非極性分子,反之為極性分子。
2.實例分析
例一:H2O分子
例二:CO2分子
三、分子極性的判斷方法(三)實驗驗證
1.實驗定性證明——帶電體引流法
操作方法:在酸式滴定管中注入25毫升蒸餾水,夾在滴定管夾上,滴定管下端放一大燒杯,把用絲綢布或尼龍布摩擦帶電的玻璃棒或塑料棒接近水流,觀察水流方向有沒有變化。另做一對比試驗,觀察四氯化碳液體流方向有無變化。
實驗現(xiàn)象:水流發(fā)生偏移,四氯化碳液體流未偏移
實驗結論:水分子有極性,遇帶電體,水流發(fā)生偏轉。四氯化碳分子無極性,遇帶電體,液體流向不發(fā)生偏轉。
同理,用同樣的方法可以測定其他純液體流相應分子的極性,液體流發(fā)生偏移的相應分子具有極性,液體流不發(fā)生偏移的相應分子無極性。
2.分子極性的判斷方法(四)經(jīng)驗規(guī)律判斷法
除以上方法外,我們可以總結出判斷分子極性的四條規(guī)律:
規(guī)律1、鍵的極性、立體結構、分子極性三者關系
只含非極性鍵——非極性分子
規(guī)律2、根據(jù)化合價判斷
對于ABn型分子,若中心原子的化合價的絕對值=最外層電子數(shù)=主族序數(shù),則為非極性分子。
如BeCl2、BF3、CH4為非極性分子;如NH3、H2O為極性分子。
規(guī)律3、根據(jù)中心原子有無孤對電子判斷
中心原子有孤對電子的一般為極性分子,如,NH3分子中心原子N有一孤對電子,H2O分子中心原子O有一孤對電子,它們都是極性分子。中心原子無孤對電子的一般為非極性分子,如BF3、CH4的中心原子B和F均無孤對電子,其中心原子的成對電子都是由雙方提供的,它們都是非極性分子。
規(guī)律4、根據(jù)分子的幾何形狀判斷
一般,直線形,平面三角形和正四面體的分子為非極性分子。如:
直線形:CO2、CS2和CH≡CH等,這些分子的鍵角均為180°,為非極性分子。
平面三角形:B的三鹵化物,BF3、BCl3、BBr3和BI3等,這些分子的鍵角均為120°,為非極性分子。
正四面體:CH4、CF4、CCl4、CBr4和NH4+等,這些分子的鍵角均為109.5°,為非極性分子。
總之,分子的極性由共價鍵的極性和分子的空間構型兩方面共同決定。以上列舉了一些方法和規(guī)律,這些方法和規(guī)律需要在實際的應用中去體會并掌握,所以學以致用,并能舉一反三,才能讓知識掌握的扎實。
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