2.2.3 分子的空间结构与分子性质 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

第3课时　分子的空间结构与 分子性质 第2章　第2节 1.知道手性分子的概念，会判断不对称碳原子。 2.理解共价键的极性、分子的空间结构与分子极性的关系，学会判断简单分子 极性的方法，并据此对分子的一些典型性质及其应用作出解释。 核心素养 发展目标 一、分子的对称性 二、分子的极性 课时对点练 内容索引 3 分子的对称性 一 1.对称分子与对称性 对称轴 概念 依据 的旋转或借助 的反映能够复原的分子称为对称分子 性质 性 与分子性质的关系 分子的 、 等都与分子的对称性有关 对称面 对称 极性 旋光性 2.手性分子 手性 分子本身和它在镜中的像，就如同人的左手和右手，相似但 重叠 手性分子 具有 的分子 对映异构体 一个手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体 不对称碳原子 仅通过单键与 个 的原子或基团连接的 原子 不能 手性 4 不同 碳 手性分子的 判断方法 判断分子中是否含有_____________ 应用 (1)手性分子缩合制蛋白质和核酸 (2)药物的不对称合成 不对称碳原子 1.正误判断 (1)CH4分子是面对称 (2)CH3—CH3分子是轴对称 (3)分子的对称性对物质的化学性质有一定影响 (4)手性分子中不对称碳原子的杂化方式为sp3 √ √ 应用体验 √ √ 应用体验 2.下列说法不正确的是 A.互为对映异构体的分子互为镜像 B.利用手性催化剂可主要得到一种手性分子 C.对映异构体分子组成相同 D.对映异构体性质相同 √ 在手性合成中，与催化剂手性匹配的分子在反应过程中会与手性催化剂形成一种最稳定的过渡态，从而只诱导生成一种手性分子，故B正确。 应用体验 3.下列分子中含有不对称碳原子的是 A.CH2Cl2 B.CH3CH2OH C.CH3CH(CH3)2 D.CH3CH(CH3)CHClCOOH √ CH3CH(CH3)CHClCOOH分子中，有一个碳原子所连的四个基团分别是羧基、异丙基、氢原子和氯原子。 应用体验 4.维生素C的结构简式是 ，它能防治坏血病， 该分子中的不对称碳原子数为 A.1 B.2 C.3 D.4 √ 该分子中属于不对称碳原子的是左边第二号、三号碳原子，它们均连接四个不同原子或基团。 应用体验 5.有机物 _______(填“具有”或“不具 有”，下同)手性，其与H2发生加成反应后，其产物________手性。 原有机物中与—OH相连的碳原子为不对称碳原子，具有手性，与H2加成后，该碳原子连有两个乙基，不再具有手性。 具有 不具有 返回 分子的极性 二 1.概念 正、负电荷 正、负电荷 重心 重心 2.分子极性的判断 (1)双原子分子的极性 对双原子分子来说，键的极性与分子的极性是一致的：化学键有极性，分子就有极性；反之，化学键无极性，分子也无极性。 (2)多原子分子的极性 多原子分子的极性除了 与键的极性有关外，还 与分子的空间结构有关： 3.对物质性质的影响 (1)沸点：在 的情况下，极性分子构成的物质比非极性分子构成的物质沸点 ，如沸点：N2 CO。 (2)溶解性：极性分子易溶于 溶剂(如水)，非极性分子易溶于____ ___剂(如四氯化碳)，这就是“ ”原理中的一种类型。 相对分子质量相同 高 < 极性 非极 性 相似相溶 (1)判断ABn型分子的极性 ①完成下表： 深度思考 分子 BeCl2 SO2 PH3 SO3 CH4 空间结构 _______ _____ ________ _______ _______ __________ 正、负电重 心是否重合 _____ _______ _______ _____ _____ 分子的极性 __________ ________ ________ __________ __________ 直线形 角形 三角锥形 平面正 三角形 正四面体形 重合 不重合 不重合 重合 重合 非极性分子 极性分子 极性分子 非极性分子 非极性分子 ②认真研究①中各分子中心原子的化合价，寻找中心原子的化合价与分子极性的关系。 深度思考 答案　中心原子的化合价呈最高价的ABn型分子为非极性分子，否则为极性分子。 (2)探究判断下列分子是极性分子还是非极性分子。 ①P4(白磷)　②CH2==CH2　③CH≡CH　④C2H5OH　⑤ 极性分子：_____(填序号，下同)； 非极性分子：___________。 ④ ①②③⑤ 1.正误判断 (1)以非极性键结合的双原子分子一定是非极性分子 (2)以极性键结合的分子一定是极性分子 (3)非极性分子只能是双原子单质分子 (4)非极性分子中，一定含有非极性共价键 (5)极性分子中不可能含有非极性键 × × × √ 应用体验 × 应用体验 2.下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子的是 A.CH4和H2O B.CO2和HCl C.NH3和H2S D.HCN和BF3 √ 极性键是存在于不同元素原子之间的共价键；极性分子是分子的正、负电荷重心不重合的分子。NH3是呈三角锥形的极性分子；CO2是呈直线形的非极性分子；H2O、H2S都是呈角形的极性分子；HCl、HCN都是呈直线形的极性分子；CH4是呈正四面体形的非极性分子，BF3是呈平面三角形的非极性分子。 应用体验 3.下列物质难溶于水的是 A.SO2 B.HCHO C.CCl4 D.C2H5OH √ SO2、HCHO、C2H5OH均为极性分子，根据“相似相溶”原理，它们均易溶于水，CCl4为非极性分子，难溶于水。 应用体验 4.已知N、P均属于元素周期表的ⅤA族元素。N在第2周期，P在第3周期。NH3分子呈三角锥形，N原子位于锥顶，3个H原子位于锥底，N—H键的夹角是107.3°。 (1)N4分子的空间结构为 ，它是一种________(填“极性”或“非极性”)分子。 非极性 N4分子是正四面体形结构，是非极性分子。 应用体验 (2)PH3分子中P—H键_____(填“有”或“无”，下同)极性，PH3分子_____极性。 有 P—H键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键，PH3分子的空间结构为三角锥形，正、负电荷重心不重合，PH3为极性分子。 有 应用体验 (3)NCl3是一种淡黄色油状液体，下列对NCl3的有关描述不正确的是______(填字母)。 a.该分子呈平面三角形 b.该分子中的化学键为极性键 c.该分子为极性分子 a NCl3中N原子的价电子对数为3＋ ＝4，孤电子对数为1，该分子的空间结构为三角锥形，a错误； N、Cl之间形成的键为极性键，b正确； NCl3分子中正、负电荷重心不重合，故该分子为极性分子，c正确。 应用体验 5.在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中： (1)以非极性键结合的非极性分子是_____。 (2)以极性键结合的具有直线形结构的非极性分子是______。 (3)以极性键结合的具有正四面体形结构的非极性分子是______。 (4)以极性键结合的具有三角锥形结构的极性分子是______。 (5)以极性键结合的具有sp3杂化轨道结构的分子是________________。 N2 CS2 CH4 NH3 H2O、NH3、CH4 HF是含有极性键的双原子分子，为极性分子；H2O中氧原子采取sp3杂化方式，与H原子形成极性键，为角形极性分子；NH3中有极性键，N原子采取sp3杂化，为三角锥形结构，为极性分子；CS2与CO2相似，含极性键，为直线形非极性分子；CH4中C原子采取sp3杂化方式与H原子形成极性键，为正四面体形结构，为非极性分子；N2是由非极性键结合的非极性分子。 (1)判断分子极性的一般思路 归纳总结 返回 (2)键的极性和分子极性的关系 归纳总结 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组一　分子的对称性 1.下列物质的分子不具有对称性的是 A.CH4 B.C2H4 C.C2H2 D.CH3CH(Cl)Br √ 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 当一个碳原子所连接的四个原子或基团都不相同时，这个碳原子为不对称碳原子，具有不对称碳原子的分子既没有对称轴，也没有对称面，是不对称分子，没有对称性。D项中物质分子的结构可表示为 ，没有对称性。 2.下列化合物中含有2个不对称碳原子的是 A. B. C. D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 A、B、D三项中化合物均只含有1个不对称碳原子，C项中 标* 的为不对称碳原子。 3.下列有机物分子中属于手性分子的是 ①乳酸[CH3CH(OH)COOH] ②2 -丁醇( ) ③ ④丙三醇( ) A.只有① B.①和② C.①②③ D.①②③④ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 、 、 、 ，可知①②③中存在不对称碳原子(用 “*”标记的)，而④中不存在不对称碳原子。 题组二　分子极性的判断和应用 4.下列叙述正确的是 A.卤化氢分子中，卤素的非金属性越强，共价键的极性越强，热稳定性 也越强 B.含非极性键的分子一定是非极性分子 C.判断A2B或AB2型分子是否是极性分子的依据是看分子中是否含有极 性键 D.非极性分子中，各原子间都应以非极性键结合 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 CO2、CS2为直线形，分子的空间结构对称，含有极性键，为非极性分子，C、D项错误。 5.(2023·湖南益阳期末)H2O2是常用的氧化剂，其分子结构如图所示，两个氢原子犹如在半展开的书的页面上。下列关于H2O2的说法正确的是 A.H2O2是非极性分子 B.H2O2分子中含有σ键、π键 C.H2O2在H2O中的溶解度小于在CCl4中的溶解度 D.H2O2的电子式： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 H2O2是由极性键和非极性键构成的极性分子， A错误； H2O2分子中只含有σ键，B错误； 过氧化氢为极性分子，水为极性溶剂而四氯 化碳为非极性溶剂，根据“相似相溶”原理知，H2O2在H2O中的溶解度大于在CCl4中的溶解度，C错误； H2O2为共价化合物，各原子达到稳定结构，其电子式为 ，D正确。 6.科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法正确的是 A.分子中N、O间形成的共价键是非极性键 B.分子中四个氮原子共平面 C.该物质的分子是非极性分子 D.该物质分子中氮原子之间的共价键均为σ键 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 N和O两种原子属于不同非金属元素的原子，它们之间 形成的共价键是极性键，A项错误； 因为该分子中N—N—N键角都是108.1°，所以该分子中四个氮原子不可能共平面，B项错误； 由该分子的空间结构可知，分子空间结构不对称，是极性分子，C项错误； 该物质分子中氮原子之间的共价键都是单键，故均为σ键，D项正确。 7.NH3、H2S等分子是极性分子，CO2、BF3、CCl4等分子是极性键形成的非极性分子。根据上述事实可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是 A.分子中不能含有H原子 B.在ABn分子中A原子的所有价电子都参与成键 C.在ABn分子中所有的共价键都相同 D.在ABn分子中A的相对原子质量应小于B的相对原子质量 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 由给定的信息可知，由极性键构成的非极性分子中的中心原子无孤电子对，即中心原子的所有价电子都参与成键。 8.(2023·石家庄高二质检)下列叙述正确的是 A.NH3是极性分子，分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心 B.CCl4是非极性分子，分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心 C.H2O是极性分子，分子中O原子不处在2个H原子连线的中央 D.CO2是非极性分子，分子中C原子不处在2个O原子连线的中央 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 NH3中的N原子以sp3杂化，形成三角锥形结构，电荷分布不对称，是极性分子；CCl4分子中C—Cl键为极性键，碳原子采取sp3杂化，且无孤电子对，分子空间结构为正四面体形，碳原子位于正四面体形的中心；H2O分子中H—O键为极性键，氧原子采取sp3杂化，且有两对孤电子对，分子空间结构为角形，整个分子电荷分布不对称，为极性分子；CO2分子中碳原子采取sp杂化，分子空间结构为直线形，分子为非极性分子，碳原子位于2个氧原子连线的中央。 9.下列说法正确的是 A.极性溶质一定易溶于极性溶剂，非极性溶质一定易溶于非极性溶剂 B.Br2和H2O均是极性分子，CCl4是非极性分子，所以Br2难溶于H2O而易 溶于CCl4 C.CS2和白磷均是非极性分子，H2O是极性分子，所以白磷难溶于H2O而 易溶于CS2 D.H2O是极性分子，CO2可溶于H2O，因此CO2是极性分子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 “相似相溶”原理是经验原理，存在特殊情况，部分有机物分子是极性分子，但因为极性很弱，所以大部分难溶于水，故A不正确； Br2是非极性分子，H2O是极性分子，CCl4是非极性分子，根据“相似相溶”原理，Br2难溶于H2O而易溶于CCl4，故B不正确； CO2是非极性分子，CO2溶于H2O时，部分与H2O反应生成H2CO3，故D不正确。 10.下列关于丙氨酸的说法正确的是 A.Ⅰ和Ⅱ的结构和性质完全不同 B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，具有不同的分子极性 C.Ⅰ和Ⅱ都属于非极性分子 D.Ⅰ和Ⅱ中化学键的种类与数目完全相同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 Ⅰ和Ⅱ的结构不同，但由于其所含官能 团相同，化学性质相似，A项错误； Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，且分子的极性相同， B项错误； Ⅰ和Ⅱ的空间结构均不对称，故均是极性分子，C项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 11.有X、Y、Z、Q、T五种元素，X元素原子的M电子层的p轨道上有两个未成对电子且无空轨道；Y元素原子的价电子排布式为3d64s2，Z元素原子的L电子层的p轨道上有一个空轨道；Q元素原子的L电子层的p轨道上只有一对成对电子；T元素原子M电子层的p轨道上有三个未成对电子。下列说法不正确的是 A.T元素有一种单质的空间结构为正四面体形 B.ZQ分子中含有1个σ键和2个π键 C.X元素和Q元素能形成两种只含极性键的极性分子 D.Z元素与X、Q元素均能形成直线形非极性分子 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 X元素原子的M电子层的p轨道上有两个未成对电子且无空轨道，则其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，X为S元素；Y元素原子的价电子排布式为3d64s2，Y为Fe元素；Z元素原子的L电子层的p轨道上有一个空轨道，则其基态原子的价电子排布式为2s22p2，Z为C元素；Q元素原子的L电子层的p轨道上只有一对成对电子，Q为O元素；T元素原子M电子层的p轨道上有三个未成对电子，T为P元素。白磷的空间结构为正四面体形，A正确； CO的结构式为C≡O，分子中含有1个σ键和2个π键，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 SO2分子中S原子的价电子对数为2＋ ×(6－2×2)＝3，且含一对孤电子对，采取sp2杂化，为角形分子，结构不对称，属于极性分子，SO3中S原子的价电子对数为3＋ ×(6－2×3)＝3，无孤电子对，采取sp2杂化，为平面三角形结构，结构对称，属于非极性分子，C错误； CS2与CO2的结构相似，为直线形分子，结构对称，均属于非极性分子，D正确。 12.硫-氮化合物是现代无机化学研究的热点之一。如图是已经合成的某硫-氮化合物(S4N4)的分子结构。下列有关该物质的说法正确的是 A.其分子中各原子最外层都达到了8电子稳定结构 B.其分子中只含极性键 C.其分子是非极性分子 D.其与化合物S2N2互为同素异形体 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 15 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 硫原子最外层有6个电子，若形成两个共价单键，则达到 8电子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，若形成3个共 价单键，则达到8电子稳定结构，据图可知，A项正确； 该物质的分子中既含S—N极性键，也含N—N非极性键，B项错误； 该分子正、负电荷重心不重合，属于极性分子，C项错误； 同素异形体描述的对象是单质，而不是化合物，D项错误。 13.中国化学家研究出一种新型复合光催化剂(C3N4/CQDs)，能利用太阳光高效分解水，原理如图所示。下列说法正确的是 A.H2O2中存在非极性共价键， 是非极性分子 B.反应Ⅰ中涉及极性键的断裂 和非极性键的形成 C.H2O分子的VSEPR模型为角形 D.H2O是非极性分子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 H2O2、H2O是极性分子，A、D错误； 反应Ⅰ是H2O生成H2和H2O2的过程，涉及极性键H—O键的断裂和非极性键H—H键、O—O键的形成，B正确。 14.Q、R、X、Y、Z为前20号元素中的五种，Q的低价氧化物与X单质分子的电子总数相等，五种元素中只有R与Q同族，Y和Z的阴离子与Ar原子的电子结构相同且Y原子序数小于Z。 (1)R的氢化物分子的空间结构是____________，属于________(填“极性”或“非极性”)分子；它与X形成的化合物可作为一种重要的陶瓷材料，其化学式为_______。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 正四面体形 非极性 Si3N4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 Q、R、X、Y、Z 为前20号元素中的五种，Q的低价氧化物与X单质分子的电子总数相等，Q可能为C(碳)，X为N，只有R与Q同族，由于这五种元素均是前20号元素，所以R为Si，Y和Z的阴离子与Ar原子的电子结构相同，核外电子数为18，且Y的原子序数小于Z，故Y为S元素，Z为Cl元素，符合题意，据此进行解答。 R为Si元素，氢化物为SiH4，空间结构与甲烷相同，为正四面体形结构，SiH4为对称结构，属于非极性分子；Si与N元素形成的化合物可作为一种重要的陶瓷材料，其化学式为Si3N4。 (2)X的常见氢化物的空间结构是__________，它的另一氢化物X2H4是火 箭燃料的成分，其电子式是____________，X的杂化轨道类型为_______。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 三角锥形 X为N元素，N元素常见氢化物为NH3，其空间结构为三角锥形，它的 另一氢化物X2H4即N2H4是火箭燃料的成分，其电子式为 ， 由该化合物的电子式可知，X原子形成了3个σ键和1对孤电子对，故X的杂化轨道类型为sp3杂化。 sp3杂化 (3)Q分别与Y、Z形成的共价化合物的化学式是______和______；Q与Y 形成的化合物的电子式为_____________，属于________(填“极性”或 “非极性”)分子。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 C与S、Cl形成的化合物的化学式分别是CS2、CCl4；CS2分子结构与二氧化碳类似，电子式为 ，为直线形对称结构，属于非极性分子。 CS2 CCl4 非极性 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15.在极性分子中，正电荷重心与负电荷重心间的距离称为偶极长，通常用d表示。极性分子的极性强弱与偶极长和电荷量(q)有关，一般用偶极矩(μ)来衡量。分子的偶极矩是偶极长和电荷量的乘积，即μ＝dq。在非极性分子中，其正、负电荷重心重合，故μ为0。试回答下列问题： (1)HCl、CS2、H2S、SO2四种分子中μ＝0的有_______。 15 综合强化 CS2 HCl是由极性键形成的双原子极性分子；根据价电子对互斥理论可知，CS2是直线形分子，正、负电荷重心重合，为非极性分子，其偶极矩为0；H2S、SO2都是角形结构，是极性分子，其μ>0。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)实验测得：μ(PF3)＝1.03、μ(BCl3)＝0。 ①由此可知，PF3分子的空间结构为__________。 15 综合强化 三角锥形 μ(PF3)＝1.03说明PF3是极性分子，则PF3是三角锥形结构。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ②BCl3分子的空间结构为________________，中心原子的杂化方式为 _________。 15 综合强化 sp2杂化 μ(BCl3)＝0说明BCl3是非极性分子，其正、负电荷重心重合，应该是平面正三角形结构；中心原子B与3个Cl原子形成3个共价键(没有孤电子对)，即B的杂化方式是sp2杂化。 平面正三角形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 (3)治癌药物Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构，Pt处在四边形中心，NH3和Cl分别处在四边形的4个顶点。已知该化合物有两种结构，棕黄色化合物的μ>0，淡黄色化合物的μ＝0。试写出两种结构的结构简式： _____________、_____________，在水中溶解度较大的是____________ (填结构简式)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 根据题意，Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构，若μ＝0，则为非极性分子，NH3和Cl分别对称分布在四边形的4个顶点上，即正、负电荷重心 重合，故淡黄色化合物的结构简式为 ；若μ>0，则为极性 分子，NH3和Cl在四边形的4个顶点上的分布是不对称的，即正、负电 荷重心不重合，故棕黄色化合物的结构简式为 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 根据“相似相溶”原理，在水中溶解度较大的是棕黄色化合物，其结 构简式为 。 返回 $$