2023年高考中有關(guān)共價(jià)鍵極性的試題探析

倪建娥

(江蘇省常熟市教育局教學(xué)研究室,江蘇 常熟 215500)

共價(jià)鍵的極性在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中有明確的要求.在“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)”模塊中的學(xué)業(yè)要求是“能利用電負(fù)性判斷共價(jià)鍵的極性,能根據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鍵的極性來判斷分子的極性”;在“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”模塊中的內(nèi)容要求是“認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物分子中共價(jià)鍵的類型、極性及其與有機(jī)反應(yīng)的關(guān)系,知道有機(jī)化合物分子中基團(tuán)之間的相互影響會(huì)導(dǎo)致鍵的極性發(fā)生改變”[1].本文結(jié)合新版課標(biāo)要求及人教版、蘇教版兩版教材對(duì)2023年各地高考卷中涉及共價(jià)鍵極性的部分試題,進(jìn)行分類探析.

1 判斷共價(jià)鍵的極性

共價(jià)鍵的極性是由成鍵原子吸引電子能力不同所造成的.蘇教版教材選擇性必修2“物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)”模塊中對(duì)非極性共價(jià)鍵和極性共價(jià)鍵的描述是:當(dāng)原子間形成共價(jià)鍵時(shí),若兩個(gè)成鍵原子吸引電子的能力相同,共用電子對(duì)不發(fā)生偏移,這樣的共價(jià)鍵叫做非極性共價(jià)鍵;若兩個(gè)成鍵原子吸引電子的能力不同,共用電子對(duì)發(fā)生偏移,這樣的共價(jià)鍵叫做極性共價(jià)鍵[2].

在教學(xué)中,通常會(huì)總結(jié)這樣的規(guī)律:同種元素原子間形成的共價(jià)鍵是非極性鍵,不同種元素原子間形成的共價(jià)鍵是極性鍵.事實(shí)上,同種元素原子吸引電子的能力不一定相同,這與原子在分子中所處的化學(xué)環(huán)境有關(guān).同種元素原子間形成極性共價(jià)鍵的情況在有機(jī)化學(xué)中普遍存在,例如CH3COOH中的C—C鍵就是極性共價(jià)鍵.所以需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?duì)待平時(shí)教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,或在使用時(shí)加上某些限定條件.

例1 (2023年江蘇卷5節(jié)選)下列說法正確的是( ).

C．H2O2分子中的化學(xué)鍵均為極性共價(jià)鍵

解析H2O2分子的結(jié)構(gòu)式為H—O—O—H,由于H和O原子吸引電子的能力不同,分子中的兩個(gè)O—H鍵為極性共價(jià)鍵;由于兩個(gè)氧原子所處的化學(xué)環(huán)境相同,吸引電子的能力相同,分子中的O—O鍵為非極性共價(jià)鍵,所以H2O2分子中既有非極性共價(jià)鍵又有極性共價(jià)鍵.此題C選項(xiàng)不正確.

2 利用元素電負(fù)性判斷共價(jià)鍵極性的強(qiáng)弱

在極性共價(jià)鍵中,成鍵原子吸引電子能力有差別,共用電子對(duì)的偏移程度不同,共價(jià)鍵的極性強(qiáng)弱就不同.通常根據(jù)元素電負(fù)性差值的大小,判斷共價(jià)鍵極性的強(qiáng)弱.兩種成鍵元素間的電負(fù)性差值越大,共價(jià)鍵極性就越強(qiáng).共價(jià)鍵極性的強(qiáng)弱對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有重要的影響.

例2 (2023年北京卷10節(jié)選)下列事實(shí)不能通過比較氟元素和氯元素的電負(fù)性進(jìn)行解釋的是( ).

B. 三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的Ka

解析氟的電負(fù)性大于氯的電負(fù)性,氟和碳的電負(fù)性差值大于氯和碳的電負(fù)性差值,所以F—C鍵的極性大于Cl-C鍵的極性,使F3C-的極性大于Cl3C-的極性,導(dǎo)致三氟乙酸羧基中羥基的極性更大,更容易電離出氫離子[3],酸性更強(qiáng),所以三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的Ka.此題,B選項(xiàng)能通過比較氟元素和氯元素的電負(fù)性進(jìn)行解釋,不符合題意.

例3 (2023年湖北卷16節(jié)選)導(dǎo)致SiCl4比CCl4易水解的因素有____.

a．Si—Cl鍵極性更大 b．Si的原子半徑更大

解析a選項(xiàng):硅的電負(fù)性小于碳的電負(fù)性,硅和氯的電負(fù)性差值大于碳和氯的電負(fù)性差值,所以Si—Cl鍵的極性大于C—Cl鍵的極性, Si—Cl鍵更易斷裂,SiCl4比CCl4更易水解.b選項(xiàng):Si的原子半徑比C的原子半徑大,吸引電子能力弱,所以SiCl4中的共用電子對(duì)更偏向于Cl,導(dǎo)致Si—Cl鍵極性更大, Si—Cl鍵更易斷裂,因此SiCl4比CCl4易水解.此題a、b選項(xiàng)均符合題意.

3 有機(jī)化合物分子中基團(tuán)之間的相互影響導(dǎo)致共價(jià)鍵極性的改變

有機(jī)物中某些基團(tuán)之間的相互影響,可以從化學(xué)鍵的角度去解釋,其會(huì)導(dǎo)致共價(jià)鍵極性的改變,從化學(xué)鍵極性變化的角度解釋和理解有機(jī)化合物分子中基團(tuán)之間的影響,有助于拓展學(xué)習(xí)的視野和深度.

解析羰基為強(qiáng)吸電子基團(tuán),使相鄰碳原子上的電子偏向羰基上的碳原子,使得相鄰碳原子上的C-H鍵極性增強(qiáng),易斷裂.

例5 (2023年江蘇卷15節(jié)選)化合物I是鞘氨醇激酶抑制劑,其合成路線如圖1所示.

圖1 合成路線

化合物A的酸性比環(huán)己醇的____(填“強(qiáng)”或“弱”或“無差別”).

解析化合物A中,羥基直接與苯環(huán)相連,羥基中氧原子p軌道上有孤電子對(duì),氧的p電子云與苯環(huán)的大π鍵電子云從側(cè)面重疊,形成p-π共軛體系,氧原子上的p電子云分散到整個(gè)共軛體系中,使氧原子上的p電子云向苯環(huán)轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致氧原子和氫原子間的電子云向氧原子方向轉(zhuǎn)移,即O-H鍵極性增大,容易離解出H+.在環(huán)己醇分子中,環(huán)己基與苯基相比,有推斥電子的作用,使O-H鍵的電子云少偏向氧原子一點(diǎn),所以O(shè)-H鍵極性較化合物A中酚羥基O-H鍵極性小.因此化合物A的酸性比環(huán)己醇的酸性強(qiáng).

4 形成新的化學(xué)鍵后引起共價(jià)鍵極性的變化

分子或離子中化學(xué)鍵的極性,可能會(huì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后引起改變,從而造成化學(xué)性質(zhì)的變化.

例6 (2023年浙江卷6月17節(jié)選)給出H+的能力:NH3____[CuNH3]2+(填“>”或“<”),理由是____.

解析[CuNH3]2+中Cu2+和NH3形成配位鍵后,由于Cu2+對(duì)電子的吸引,電子云偏向Cu2+,使NH3中的N-H鍵極性變強(qiáng),更易斷裂,因此給出H+的能力:NH3<[CuNH3]2+.

例7 (2023年湖南卷14節(jié)選) N2H4是一種強(qiáng)還原性的高能物質(zhì),在航天、能源等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用.我國科學(xué)家合成的某Ru(Ⅱ)催化劑(用[L-Ru-NH3]+表示)能高效電催化氧化NH3合成 N2H4,其反應(yīng)機(jī)理如圖2所示.下列說法錯(cuò)誤的是( ).

圖2 反應(yīng)機(jī)理

A. Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)后,配體NH3失去質(zhì)子能力增強(qiáng)

解析根據(jù)圖2[L-Ru-NH3]+→[L-Ru-NH3]2+的過程失去電子,即為Ru(Ⅱ)被氧化至Ru(Ⅲ)的過程.[L-Ru-NH3]2+中的Ru(Ⅲ)帶有更多的正電荷,吸引電子的能力比Ru(Ⅱ)強(qiáng),電子云偏向Ru(Ⅲ)更多,使配體NH3中的N-H鍵極性變強(qiáng),更易斷裂,因此失去質(zhì)子(H+)的能力增強(qiáng).此題A選項(xiàng)正確,不符合題意.

5 根據(jù)鍵的極性和分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)判斷分子的極性

對(duì)于分子極性的判斷,蘇教版教材主要是從分子的正電荷重心和負(fù)電荷重心是否重合的角度來研究;人教版教材側(cè)重從分子中化學(xué)鍵極性的向量和是否等于零角度來研究.無論是哪個(gè)角度,都需要結(jié)合共價(jià)鍵的極性和分子的空間結(jié)構(gòu)來確定.

D．H2O為非極性分子

解析水分子中含有兩個(gè)O—H極性共價(jià)鍵,根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型,水分子的空間結(jié)構(gòu)呈V型,分子的正電荷重心和負(fù)電荷重心不重合或者是分子中化學(xué)鍵極性的向量和不等于零,H2O為極性分子.此題D選項(xiàng)不正確,不符合題意.

例9 (2023年北京卷10節(jié)選)下列事實(shí)不能通過比較氟元素和氯元素的電負(fù)性進(jìn)行解釋的是( ).

C. 氟化氫分子的極性強(qiáng)于氯化氫分子的極性

解析雙原子分子的極性取決于成鍵原子之間的共價(jià)鍵是否有極性,分子極性的強(qiáng)弱取決于共價(jià)鍵極性的強(qiáng)弱.氟的電負(fù)性大于氯的電負(fù)性,氟和氫的電負(fù)性差值大于氯和氫的電負(fù)性差值,F-H鍵的極性大于Cl-H鍵的極性,所以HF分子的極性強(qiáng)于HCl分子的極性.此題,C選項(xiàng)能通過比較氟元素和氯元素的電負(fù)性進(jìn)行解釋,不符合題意.