2.2.2 共价键与分子的空间结构 教学设计 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

第2节 共价键与分子的空间构型（第一课时） 【教学目标】 1、通过阅读教材，了解分子的对称性、分子的极性及分子极性与分子空间结构、分子性质的联系； 2、了解手性分子在生命科学等方面的应用，形成理论联系实际的观念。 【教学重难点】 重点：分子的极性、分子的空间结构 难点：分子的空间结构 【教学用具】 学案、PPT 【教学过程】 二、分子的空间结构与分子性质 1. 分子中的原子排布与对称性 （1）对称分子 CH₄、H₂O、NH₃分子结构如图所示: 对称轴 若将三种分子分别绕 C₁、C₂、C₃轴旋转一定角度后，分子完全恢复原状，则C₁、C₂、C₃分别为相应分子的对称轴 对称面 如甲烷分子中，通过碳原子和其中两个氢原子所构成的平面，分子被分割成相同的两部分，我们称这个平面为对称面 对称分子和对称性 依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子称为对称分子，分子所具有的这种性质称为对称性分子的许多性质如极性、旋光性等都与分子的对称性有关 （2）手性分子 旋光性 在光通过某些化合物时，光波振动的方向会旋转一定的角度，这种性质称为旋光性 手性 具有旋光性的分子本身和它们在镜中的像，就如同人的左手和右手，相似但不能重叠，因而称这类分子表现出手性，如图所示 手性分子 具有手性的分子叫作手性分子 不对称碳原子(手性碳原子) 对于仅通过单键连接其他原子的碳原子，当其所连接的四个原子或基团均不相同时(如CHBrClF)，这个碳原子称为不对称碳原子(手性碳原子) 补充： ① 从对称性的角度看，手性分子是一类对称性比较低的分子，如它们不具有对称面。 ② 一个手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体。互为对映异构体的两种手性分子具有相反的旋光性。这两种分子若以等物质的量浓度形成混合溶液，由于旋光性相互抵消，而使溶液不表现旋光性。 ③ 大多数的手性分子都含有不对称碳原子，因此常用有无不对称碳原子推测分子是否为手性分子，进而判断分子有无旋光性。该方法简单实用但不全面，更为复杂的手性现象将在大学化学课程中进一步学习 2. 分子中的电荷分布与极性 （1）极性分子与非极性分子 极性分子 分子内存在正、负两极的分子，称为极性分子 非极性分子 分子内不存在正、负两极的分子，称为非极性分子 极性分子、非极 性 分 子 与正、负电荷重心的关系 对于一个分子来说，可以设想它的全部正电荷集中于一点，这一点叫作正电荷重心；同样，可以设想它的全部负电荷集中于一点，这一点叫作负电荷重心。正、负电荷重心所带电荷相同但电性相反。极性分子的正、负电荷重心不重合，因此分子内存在正、负两极；非极性分子的正、负电荷重心重合，因此分子内不存在正、负两极 （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）分子的极性对分子的性质的影响 ①在相对分子质量相同的情况下，极性分子构成的物质比非极性分子构成的物质具有更高的沸点。 ②极性分子易溶于极性溶剂(如水)，非极性分子易溶于非极性溶剂(如四氯化碳)——“相似相溶”原理中的一种类型，如油脂、石油的成分难溶于水，而溶于非极性或极性较小的溶剂。 三、杂化轨道类型的判断方法 1. 根据中心原子的价电子对数判断 对于 ABn型分子(或离子)，中心原子的杂化轨道数=中心原子的价电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数。 中心原子的价电子对数 杂化轨道类型 举例 4 sp³ 如 ClO₃、ClO₄的杂化轨道数均为4，所以氯原子均采用sp³杂化(但离子的空间结构不同,ClO₃ 为三角锥形,ClO₄⁻为正四面体形) 3 sp² 2 sp 注意：对于能明确结构式(或电子式)的分子或离子，根据其结构式或电子式可直接判断出中心原子的σ键电子对数和孤电子对数。 补充：s、p能级共有4个轨道，全部参与杂化时，最多有4个杂化轨道，当分子(或离子)中的中心原子上的价电子对数超过4时，有d轨道参与杂化，且参与杂化的d轨道数 =中心原子上的价电子对数-4。 分子 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价电子对数 杂化轨道类型 VSEPR 模型 分子的空间结构 PCl₅ 0 5 sp³d 三角双锥形 SF₆ 0 6 sp³d² 正八面体形 2. 根据杂化轨道之间的夹角判断 内容 夹角 杂化轨道类型 不同的杂化方式，其杂化轨道之间的夹角不同，所以可根据杂化轨道间的夹角判断分子或离子中心原子的杂化轨道类型 109°28' sp³ 12