化学选修3第二章 第三节分子的性质ppt课件.ppt

第三节 分子的性质（第一课时）,第二章 分子结构与性质,非极性键:,共用电子对无偏向（电荷分布均匀）,如:H2(H-H),Cl2(Cl-Cl),N2(N N),极性键：,共用电子对有偏向（电荷分布不均匀）,共用电子对不偏向或有偏向是由什么因素引起的呢?,如:HCl(H-Cl)H2O(H-O-H),复习,由于元素的电负性。同种元素，电负性相同非极性键不同元素，电负性不同极性键,极性向量,拓展极性的表示方法,电负性： 2.1 3.0,HCl,极性向量可形象地描述极性键的电荷分布情况，极性向量指向的一端，说明该处负电荷更为集中。非极性键无极性向量，说明在非极性键里，正负电荷的中心是重合的。,以共价键结合的分子也有极性、非极性之分。分子的极性又是根据什么来判定呢？,分子的极性,要对分子极性进行判断，也可用极性向量。极性向量的矢量和指向的一端，说明该处负电荷更为集中，为极性分子。若矢量和为零，为非极性分子。,非极性分子,电荷分布均匀、对称的分子或者：正电荷中心与负电荷中心重合,极性分子,电荷分布不均匀、不对称的分子或者：正电荷中心与负电荷中心不重合,HCl 分子中，共用电子对偏向Cl原子，为极性键 Cl原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，极性向量矢量和指向Cl原子，使整个分子的电荷分布不均匀 HCl 为极性分子,+,-,以极性键结合的双原子分子为极性分子,Cl2 分子中，共用电子对不偏向，为非极性键极性向量矢量和为零，电荷分布均匀，为非极性分子,以非极性键结合的双原子分子均为非极性分子,以非极性键结合的双原子分子为非极性分子如：H2、O2、N2等等。,小结,以极性键结合的双原子分子为极性分子如：HCl、CO等等。以极性键结合的多原子分子呢？,CO2C=O键是极性键，C呈正电性，O呈负电性根据VSEPR理论，可得出CO2是直线型分子，两个C=O键对称排列，两键的极性向量的矢量和为零，意味着键的极性互相抵消 整个分子没有极性，电荷分布均匀，因此CO2是非极性分子,180,+,-,-,H2OO-H键是极性键，H呈正电性，O呈负电性由VSEPR理论可推知，水分子是V型，两个O-H键的极性向量矢量和不为零，说明键的极性不能抵消。分子中氧原子是负电荷中心所在，两个氢原子的连线中点是正电荷中心所在。 整个分子电荷分布不均匀，水是极性分子,-,+,+,BF3,NH3,NH键为极性键，N呈负电性NH3为三角锥形分子，键的极性不能抵消，氮原子为分子的负电荷中心所在，三个氢原子的三角形中心是分子的正电荷中心所在。 整个分子电荷分布不均匀，NH3是极性分子,BF键为极性键，F呈负电性BF3为平面三角形分子，是高度对称的结构，键的极性可相互抵消。 整个分子电荷分布均匀，BF3是非极性分子,+,-,+,+,+,-,-,-,小结,以极性键结合的多原子分子，判断分子的极性，一定要结合分子的立体构型来看。方法之一：在分子的立体模型上做“受力分析”，看“合力”是否为零。方法之二：对于ABn型分子，当其空间构型是高度对称的结构时，分子的正负电荷中心能够重合，故为非极性分子（如CO2、BF3、CH4等等）；当分子的空间构型不是高度对称结构，例如只有对称轴而无对称中心时，为极性分子（如H2O、SO2、NH3等等）。,共价键,极性键,非极性键,空间不对称,极性分子,双原子分子：HCl、NO、COV型分子：H2O、H2S、SO2三角锥形分子：NH3、PH3非正四面体：CHCl3 特别地：H2O2、O3,非极性分子,单质分子：Cl2、N2、P4、O2直线形分子：CO2、CS2、C2H2正三角形：SO3、BF3平面形：苯、乙烯正四面体：CH4、CCl4、SiF4,空间对称,如图所示：让蒸馏水通过酸式滴定管如线状慢慢流下，把摩擦带电的玻璃棒靠近水流，发现水流的方向发生偏转。问：这个现象说明了水分子的什么性质？,因为水分子具有极性，当水分子处于一种高频变换的磁场中的时候，水分子的两极（正、负电荷中心）就会相应快速改变方向和变换位置,微波炉就是根据这一道理而诞生的新一代烹饪家用电器。微波炉原理是由一种电子真空管-磁控管，产生2450MHz 的超短波电磁波，被食物吸收，引起食物内的极性分子(如水、脂肪、蛋白质、糖等)以每秒 24.5 亿次的极高速振动。并由振动所引起的摩擦使食物内部产生高热将食物烹熟。,第三节 分子的性质（第二课时）,第二章 分子结构与性质,复习,构成物质的微粒之间有什么作用力呢？,1. 共价化合物：由两个或两个以上的不同元素的原子构成，原子之间有共价键相互连接；如果原子按一定的结合方式形成分子，则分子之间有分子间作用力；而有些共价化合物不形成分子，例如SiO2，只有SiO键，没有分子间作用力,复习,构成物质的微粒之间有什么作用力呢？,2. 离子化合物：由阳离子与阴离子构成，离子之间有离子键，没有分子这一概念，因此不存在分子间作用力。,NaCl,CaF2,复习,构成物质的微粒之间有什么作用力呢？,3. 金属单质：由金属阳离子与自由电子构成，有金属键进行联系，无分子的概念，因此也不存在分子间作用力,复习,构成物质的微粒之间有什么作用力呢？,4. 非金属单质：有的非金属单质，内部只有共价键，不存在分子，例如金刚石（C）；有的非金属单质，原子之间靠共价键连接，并形成分子，分子之间有分子间作用力，如C60。,分子间作用力,哪些物质的微粒存在分子间作用力呢？,大多数共价化合物，例如：CO2、H2SO4、AlCl3、各种有机化合物等等；大多数非金属单质，例如：H2、P4、S8、C60、各种稀有气体（例如Ar、Kr），等等,离子化合物，例如：NH4Cl、Al2O3、KF，等等；金属单质，例如：Cu、Fe、Na，等等；某些共价化合物，如SiO2；某些非金属单质，如金刚石、晶体硅，等等,分子间作用力,范德华力,属于分子间作用力的一种，本质是一种分子之间的静电作用。它等同于狭义上的分子间作用力。广泛存在于各种分子之间。它的力量比化学键的键能要小很多！因此它不能影响分子的化学性质，只能影响物质的物理性质（如熔沸点等）。相对分子质量越大，或分子的极性越大，均可使F范越大,分子间作用力,分子间作用力,范德华力是怎样影响分子的物理性质（如熔沸点）的？,固体液体气体的过程，熵值增大，分子间的距离不断被拉开，这个过程是分子吸收外界能量，克服范德华力某分子的范德华力如果越大，克服它就需要吸收外界更多的能量，因此只有外界温度较高时，分子才能顺利克服范德华力，实现固体液体气体的三态变化范德华力越大，则分子的熔沸点越高（与化学性质无关）,总结,判断分子的熔沸点高低的方法,相对分子质量（越大）范德华力（越大）熔沸点（越高）如果两物质的相对分子质量相近，则看分子的极性。分子的极性（越大）范德华力（越大）熔沸点（越高） 例：将下列物质按熔沸点由高到低的顺序排列：D2O_H2O I2_Br2 CO_N2CH4_SiH4,101.4,100,184.35,58.76,-190,-195.8,-161.5,-111.9,分子间作用力,另一种特殊的分子间作用力,水的相对分子质量为18，比同族H2S的相对分子质量34要小，为什么水的沸点为100，高于H2S的沸点-60.4？为什么水在结冰时，体积会膨胀？,说明水分子间存在一种比范德华力的力量更强的一种分子间作用力：氢键,分子间作用力,另一种特殊的分子间作用力氢键,本质：分子间作用力！比范德华力的力量要大，比化学键的力量要小，因此氢键只能影响物理性质（如熔沸点高低）。形成条件：分子中一定要有N、O、F这三种原子中的一种，或者含有NH键、OH键、FH键中的一种。,分子间作用力,另一种特殊的分子间作用力氢键,形成原理：当H原子与N、O、F这三种原子中的一种原子形成共价键时，由于N、O、F的电负性很大，将共用电子对强烈地吸引过来，而使H原子带有较高的正电性（+）。此时，H原子与另一分子中的N、O、F（）便存在了一种静电作用。这就是氢键。表示方法：AHB （A、B均为N、O、F中的一种）,冰晶体中水分子间的氢键,液态HF中的分子间的氢键，表示为FHF。是所有氢键种类中能量最大，最为牢固的氢键。这一方面能使HF的沸点（19.54C），在VIIA族元素的氢化物中位列最高；另一方面，可以解释通过测定相对分子质量的实验，发现实测的HF分子量比我们已知的分子量要大的原因：也是因为氢键使HF相互缔合，形成(HF)n 这种缔合分子。,你知道在氨水中，存在哪些种类的分子间的氢键吗？,有NH3H2O、H2O、NH3三种分子，NH4+、OH、H+三种离子,给出下列物质的沸点数据，请你解释其中原因甲醇：64.7甲醛：-19.5甲烷：-161.5,甲醇分子中有官能团”羟基”OH，分子间形成OHO氢键，这便增强了分子间作用力的大小，使醇类物质的熔沸点往往较高。,给出下列物质的沸点数据，请你解释其中原因甲醇：64.7甲醛：-19.5甲烷：-161.5,甲醛分子中不含OH，H与C相连，分子间不能形成氢键，分子间作用力比同碳数的醇类要小，使醛类物质的熔沸点往往较低。但其分子为极性分子，分子量也比甲烷大，说明它的范德华力较同碳数的烷烃大，最终它的沸点介于醇类与烃类之间。,也有分子内形成氢键的情况。特点：一旦分子内氢键形成，分子间氢键就无法形成了。这就反而降低了分子的沸点。,DNA双螺旋正是通过氢键使碱基对相互配对。另外，蛋白质的二级结构、三级结构也均与氢键有关。,分子间作用力,范德华力与氢键的对比,范德华力各种分子中均有与分子量、分子极性有关无方向性、饱和性力量很微弱，只与熔沸点等物理性质有关,氢键有NH、OH、FH键的分子才有氢键分子间氢键与分子内氢键两种，二者效果相反，前者升高，后者降低有方向性、饱和性力量比范德华力稍大，但也只与熔沸点等物理性质有关,第三节 分子的性质（第三课时）,第二章 分子结构与性质,溶解度的影响因素外因：温度、压强例如：大多数盐类物质在水中的溶解度，随温度上升而逐渐增大；大多数气体物质在水中的溶解度，随温度上升而逐渐减小；大多数气体物质在水中的溶解度，随压强上升而逐渐增大；,分子的性质溶解性,溶解度的影响因素内因：物质自身的结构（1）相似相溶的规律“凡是分子结构相似的物质，都是易于互相溶解的。”这是从大量事实总结出来的一条规律，叫做相似相溶原理。它包含两条要素：分子的极性：相似相溶原理可以理解为“极性分子易溶于极性溶剂中，非极性分子易溶于非极性溶剂中“。,分子的性质溶解性,分子的性质溶解性,阅读下面一段文字，并解释其中原因,溶解度的影响因素内因：物质自身的结构（1）相似相溶的规律它包含两条要素：分子的结构特点：两个分子在结构上相似的因素越多，相互溶解的可能性越大。,分子的性质溶解性,甲醇与异戊醇同为极性分子，你认为哪一个在水中的溶解度更大？,甲醇中的OH在分子结构中占有较大比重，与水分子中的OH相近；异戊醇中的烃基太庞大，而OH在分子结构中所占比重较小，与水分子中的OH相似程度也较小。因此：甲醇可与水以任意比混溶，而异戊醇在4时的溶解度仅有2g/100ml。,连线题,分子的性质溶解性,Br2、I2（非极性分子）有机颜料、有机涂料NaCl、NH4NO3、KI3等离子化合物HCl、H2SO4、NH3等强极性分子,溶质,溶剂,CCl4（非极性溶剂）苯（C6H6）（非极性溶剂）乙酸乙酯（弱极性溶剂）H2O（强极性溶剂）,溶解度的影响因素内因：物质自身的结构（2）溶质与溶剂之间的氢键若溶质分子与溶剂分子之间形成了氢键，则溶解性有一定提升。（3）溶质与溶剂之间的化学反应若溶质分子与溶剂分子之间有化学反应，则溶解性也有一定提升。如CO2、SO3等等。,分子的性质溶解性,思考题1: 为什么NH3极易溶解于水？,NH3与H2O同为极性分子，相似相溶；NH3可与H2O形成分子间氢键；NH3可与H2O发生化学反应，生成一水合氨,思考题2: 你觉得西红柿怎样吃最有营养？生吃or炒鸡蛋？,炒着吃！番茄红素是脂溶性的营养物质，生吃不易被人体吸收,思考题3: 你知道“美酒加咖啡”有什么严重后果吗？,酒精促进了咖啡因的吸收，过量咖啡因对大脑有严重的损害。,分子的性质手性,你认为这两个氨基酸分子是完全相同的两个分子吗？,分子的性质手性,如果两个分子如同左手和右手一样，互为镜像而无法叠合，我们把这两个分子互称为“手性异构体”。,分子的性质手性,请观察，哪两个分子是手性异构体？哪两个分子实际上是完全相同的分子？你从中发现了手性分子的形成原因了吗？,分子的手性通常是由不对称碳引起，即一个sp3杂化的碳原子连接的四个基团全不相同。,分子的性质手性,互为手性异构体的两个分子，物理性质有一条主要的不同点旋光性不同，而化学性质基本相同。,分子的性质手性,构成生命的重要物质氨基酸分子也有左旋型和右旋型两种手性异构体。地球上没有右旋氨基酸构成的生命。 请你猜猜这可能是因为什么原因？ 如果我们吃下了右旋氨基酸构成的蛋白质，会有什么后果？ 假如有一天你遇见了右旋氨基酸构成的外星人，为了表示作为地球人的友好态度，你打算怎么招待（他/她/它）？,分子的性质手性,应用： 在手性药物未被人们认识以前，欧洲一些医生曾给孕妇服用没有经过分离的手性分子药物作为镇痛药或止咳药，很多孕妇服用后，生出了无头或缺腿的先天畸形儿，有的胎儿没有胳膊，手长在肩膀上，模样非常恐怖。仅仅4年时间，世界范围内诞生了1.2万多名畸形的海豹婴儿。这就是被称为反应停的惨剧。后来经过研究发现，反应停的R型有镇静作用，但是S型异构体对胚胎有很强的致畸作用。正是有了60年代的这个教训，所以药物在研制成功后，都要经过严格的生物活性和毒性试验，以避免其中所含的另一种手性分子对人体的危害。,分子的性质手性,在化学合成中，这两种分子出现的比例是相等的，所以对于医药公司来说，他们每生产一公斤药物，还要费尽周折，把另一半分离出来。如果无法为它们找到使用价值的话，它们就只能是废物。在环境保护法规日益严厉的时代，这些废品也不能被随意处置，考虑到可能对公众健康产生的危害，这些工业垃圾的处理也是一笔不小的开支。因此，医药公司急切地寻找一种方法来解决这个问题，比如，他想要左旋分子，那么他就得想办法把另一半右旋分子转化成左旋分子。如今，这个令人头痛的问题已经得到了解决。科学家用一种叫做不对称催化合成的方法解决了这一问题。这个方法可以广泛地应用于制药、香精和甜味剂等化学行业，给工业生产一下子带来了巨大的好处，这项研究也获得了2001年度的诺贝尔化学奖。毫无疑问，这个成果具有重要意义。,科学史话：化学史上十大最美实验(2003),化学.是什么？当你把化学(Chemistry)的单词拆开，不难发现：Chem is try 化学 就是 动手。化学的发展及乐趣亦在于其或美丽纷繁或美妙绝伦或难以置信的实验。 在化学史上有许许多多精美绝伦的实验，美国的化学与工程新知(Chemical and Engineering News)在2003年，邀请众多化学家和历史学家共同票选出十大最美丽实验，条列于下。 “我不够资格来评定近五百年来的化学实验，以当时的眼光判定是否简单、优雅。但是我认为一个实验如果美，那它应当对今日人类有深远影响。”美国化学传统基金会会长沙克雷,化学史上十大最美实验(2003),1十九世纪中叶，巴斯德（Pasteur）在显微镜下手工分离右旋和左旋酒石酸盐(1848)。这是人类历史上第一次成功地人工分离光学异构体，并且是通过如此具有艺术性的方式。是科学的美学意义的绝佳体现。巴斯德的工作，就是简单与和谐在科学上的代名词。他的假设，即分子的不对称性是生命的机理之一，至今仍是关于生命起源的一个重要推断，而这个推断，却只是从这个十九世纪中期的一个如此简单的实验得出的，这不能不让人惊叹。,化学史上十大最美实验(2003),2安托万-洛朗德拉瓦锡(Antoine Lavoisier)著名的钟罩实验，拉瓦锡第一次提出了氧化和燃烧学说(1775),化学史上十大最美实验(2003),3赫尔曼埃米尔费歇尔(Hermann Emil Fischer)测定葡萄糖的结构式，提出葡萄糖中有四个手性碳原子，提出费歇尔投影式。(1890),化学史上十大最美实验(2003),4汉弗莱戴维(Humphry Davy)电解发现了碱金属和碱土金属元素(18071808),化学史上十大最美实验(2003),5威廉亨利珀金（William Henry Perkin）发明了苯胺紫染料，这是世界上最早的合成染料。(1856),化学史上十大最美实验(2003),6古斯塔夫罗伯特基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff)和罗伯特威廉本生(Robert Wilhelm Bunsen)证明金属盐类在火焰中加热，释放出的光谱具有该元素特征(1859),化学史上十大最美实验(2003),7约瑟夫普利斯特利(Joseph Priestley) 加热氧化汞并发现氧气(1774),化学史上十大最美实验(2003),8尼尔巴特莱特(Neil Bartlett)利用六氟化铂合成六氟化铂氙，证明了稀有气体也可以有化合物，从此惰性气体改名稀有气体。(1962),化学史上十大最美实验(2003),9弗朗索瓦奥古斯都维克多格林尼亚(Fran ois Auguste Victor Grignard)合成格氏试剂，并发现一种增长碳链的有机合成方法(1899),化学史上十大最美实验(2003),10居里夫妇(Marie and Pierre Curie)发现了钋和镭元素(1898),分子的性质无机含氧酸的酸性,你知道高氯酸、硫酸、磷酸的结构式是怎样的吗？,你知道高氯酸、硫酸、磷酸的酸性是怎样的吗？,根据元素周期律，高氯酸HClO4硫酸H2SO4磷酸H3PO4,从分子的结构上看，酸性与什么因素有关？,非羟基氧的个数,分子的性质无机含氧酸的酸性,非羟基氧的个数越多，含氧酸的酸性越强。这是因为非羟基氧的个数越多，就越能弱化分子中OH键的结合程度，使OH键容易电离出氢离子。酸性也就越强。例：按酸性由小到大排序：HClO2、HClO4、HClO、HClO3,高氯酸HClO4氯酸HClO3亚氯酸HClO2次氯酸HClO,H,分子的性质无机含氧酸的酸性,非羟基氧的个数怎么计算？把含氧酸的化学式写成(HO)mROn，就能根据n值判断常见含氧酸的强弱。甚至可以从化学式中O的角标减去H的角标，就能得出n值。例如：n0，极弱酸，如硼酸 H3BO3(HO)3BO0n1，弱酸，如亚硫酸 H2SO3(HO)2SO1n2，强酸，如硫酸H2SO4(HO)2SO2、硝酸HNO3(HO)NO2n3，极强酸，如高氯酸 HClO4(HO)ClO3,分子的性质无机含氧酸的酸性,又掌握了一种判断酸性强弱的方法：利用元素周期律，只能判断最高价含氧酸的强弱；利用非羟基氧的个数，可粗略判断各种含氧酸的强弱；利用强酸制弱酸的反应，可判断两种酸的强弱；最精确的判断方法，是比较酸的电离常数Ka大小。例如：磷酸H3PO4、碳酸H2CO3的酸性谁更强？,磷酸H3PO4碳酸H2CO3原因：磷酸Ka1=7.610-3，碳酸Ka1=4.1710-7,