键的极性与偶极矩详解，附免费判断工具

键的极性与电负性

电负性（χ）是原子对键中电子的吸引能力。在鲍林标度中，氟最高，为 3.98，其次是氧 3.44、氯 3.16 和氮 3.04。碳为 2.55，氢为 2.20。

在两个不同原子之间的键中，电子更多地靠近电负性较大的原子。该原子获得部分负电荷（δ−），另一个原子获得部分正电荷（δ+）。这种电荷分离就是键偶极。

离子性百分数可以用鲍林公式估算：离子性 % = (1 − e^(−ΔEN²/4)) × 100。ΔEN 为 1.7 时离子性约为 51%，这正是 1.7 这一分界值的由来。

分子什么时候是极性的？

键偶极是矢量，要按分子的三维构型相加：

1. 画出路易斯结构式，用 VSEPR 确定构型。
2. 在每根极性键上画一个偶极箭头，指向 δ− 原子。
3. 把箭头相加。如果相互抵消，分子是非极性的；否则是极性的。

简单判断法：当中心原子没有孤对电子且所有外围原子相同时，分子是非极性的（CO₂、BF₃、CCl₄、PCl₅、SF₆）。有两种含孤对电子的构型仍然对称、为非极性：直线形 AX₂E₃（XeF₂）和平面正方形 AX₄E₂（XeF₄）。其他构型中的孤对电子（NH₃、H₂O、SF₄、ClF₃）或不同的外围原子（CHCl₃、CH₂Cl₂）会产生净偶极。

如何使用键极性与偶极检查器

1. 打开键极性与偶极检查器。
2. 在键：两种元素中选择元素 A和元素 B，或点击 H–Cl、C–O 或 Na–Cl 等示例。结果显示 ΔEN、在色标上标出的键类型、哪个原子带 δ−，以及离子性百分数和计算过程。交换 A 和 B可对调两个元素。
3. 切换到分子：极性还是非极性？。输入分子式（如 XeF4）或 SMILES 字符串（如 Cl/C=C\Cl），点击判断极性，或点击示例。
4. 查看构型、电子构型、键角、键偶极的矢量和，以及（如已知）以德拜为单位的实测偶极矩。
5. 图中在每个原子上标出 δ+ 和 δ−，在每根极性键上画紫色箭头；分子有极性时，还会画一个青色的净偶极箭头。虚线键表示远离你的方向。
6. Reasoning（推理过程）列表解释每一步，你可以把这一逻辑写进答案中。

例题

1. H–Cl 键

ΔEN = 3.16 − 2.20 = 0.96，因此该键是极性共价键，Cl 带 δ−，H 带 δ+。离子性 % = (1 − e^(−0.2304)) × 100 = 20.6%。HCl 的偶极矩为 1.11 D。

2. 水，H₂O

O 连有 2 个原子并有 2 对孤对电子：AX₂E₂，V 形，104.5°。每根 O–H 键的 ΔEN = 1.24，O 带 δ−。两个偶极部分同向，因此相互叠加。水是极性分子，1.85 D。

3. CCl₄ 和 CHCl₃

两者都是四面体。CCl₄ 中四个 C–Cl 偶极（ΔEN 0.61）相互抵消：非极性，0 D。CHCl₃ 中一个 Cl 被 H 取代，偶极不再抵消：极性，1.04 D。

4. SF₄ 和 XeF₄

SF₄ 为 AX₄E，跷跷板形：S–F 偶极不能抵消，因此是极性的（0.63 D）。XeF₄ 为 AX₄E₂，平面正方形，两对孤对电子彼此相对：Xe–F 偶极相互抵消，因此是非极性的。

5. 顺式和反式 1,2-二氯乙烯

两者都是平面分子。顺式异构体中两个 C–Cl 偶极指向同一侧：极性，1.90 D。反式异构体中它们方向相反、相互抵消：非极性，0 D。正是这一差异使顺式异构体的沸点（60 °C）高于反式异构体（48 °C）。

汇总表

常见错误

• 认为极性键一定产生极性分子。对称性可以使它们相互抵消。
• 根据平面图判断构型。画成平面十字形的 CH₂Cl₂ 看起来对称，但它实际上是四面体，是极性分子。
• 忘记中心原子上的孤对电子，而它们会改变构型。
• 把偶极箭头指向 δ+ 原子。
• 把 0.4 和 1.7 当成截然的界限。键的性质随 ΔEN 连续变化。
• 把 ΔEN 大于 1.7 的化合物一律称为离子化合物。H–F 是共价分子；两个非金属之间的键仍然是共价键。

考试要点（JEE、NEET、AP、A-level）

• 始终先说明构型，再说明偶极是否抵消。
• JEE 和 NEET 常考偶极矩大小顺序，例如 NH₃（1.47 D）> NF₃（0.24 D）：NH₃ 中孤对电子与键偶极方向相同，NF₃ 中则方向相反。
• AP 化学把极性与分子间作用力联系起来：极性分子之间存在偶极–偶极作用，沸点通常更高。
• A-level 中关于顺反异构体的答案应指出：反式异构体是非极性的，因为 C–Cl 偶极相互抵消。
• 使用数据手册中给出的鲍林电负性，ΔEN 保留两位小数。

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