10 第2章 第2节 第2课时 分子的空间结构与分子性质-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019 双选）

第2课时　分子的空间结构与分子性质 [素养发展目标]　1.知道分子可以分为极性分子和非极性分子，知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。　2.结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。 一、分子中的原子排布与对称性 1．对称分子 概念 依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子 性质 对称性 与分子性 质的关系 分子的极性、旋光性等都与分子的对称性有关 2．手性分子 手性 一种分子和它在镜中的像，就如同人的左手和右手，相似但不能重叠 手性分子 具有手性的分子。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 四个不同的原子或基团连接的碳原子 二、分子中电荷分布与极性 1．极性分子与非极性分子 2．分子极性的判断 学生用书↓第32页 3．分子极性影响分子性质 (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)，此为“相似相溶”原理。 1．下列分子含有不对称碳原子，属于手性分子的是(　　) C　[碳原子上连接有四个不同的原子或基团，即为不对称碳原子。] 2．下列物质的分子中既有σ键，又有π键，且属于非极性分子的是(　　) A．CO2 B．HCl C．Cl2 D．H2O2 A　[CO2含有两个碳氧双键，双键中含有一个σ键和一个π键，其结构对称，正、负电荷重心重合，属于非极性分子，故A符合题意；HCl含有极性键，属于极性分子，分子中氢原子和氯原子为共价单键，只含有σ键，没有π键，故B不符合题意；Cl2中氯原子间为共价单键，只含有σ键，没有π键，是非极性分子，故C不符合题意；H2O2中氢氧原子间以及氧原子间为共价单键，只含有σ键，没有π键，结构不对称，正、负电荷重心不重合，属于极性分子，故D不符合题意。] 探究一　手性分子的判断方法 根据如图回答： 1．手性分子是一种分子吗？二者是同种物质吗？ 提示：手性分子并非一种分子，二者互为对映异构体。 2．手性分子有什么特点？ 提示：手性分子的特点是一个碳原子连接4个不同的原子或基团的时候，这个分子才具有对映异构体。 手性分子的判断方法 分子表现手性，是因为其含有不对称碳原子。如果一个碳原子所连接的四个原子或基团各不相同，那么该碳原子称为不对称碳原子，用*C来表示。例如，R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团。所以，判断一种有机物分子是否具有手性，就看其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或基团。 1．在有机物分子中，当碳原子连有4个不同的原子或基团时，这种碳原子称为“不对称碳原子”。下列分子中含有“不对称碳原子”的是(　　) A．CBr2F2　　　　　 B．CH3CH2OH C．CH3CH2CH3 D．CH3CH(OH)COOH D　[ 不对称碳原子连接四个不同的原子或基团。] 学生用书↓第33页 探究二　极性分子与非极性分子 PH3又称磷化氢，在常温下是一种无色、有大蒜气味的气体，电石气的杂质中常含有它。它的结构与NH3分子结构相似。如果遇到含有其他磷的氢化物如乙磷化氢，会引起自燃。磷化氢按照高毒性且自燃的气体处理。吸入磷化氢会对心脏、呼吸系统、肾、肠胃、神经系统和肝脏造成影响。 1．PH3分子的中心磷原子的杂化类型是什么？空间结构是什么？ 提示：根据杂化轨道的判断方法可知，PH3分子的中心磷原子的杂化类型为sp3杂化；根据价电子对互斥理论，由于磷原子有1对孤电子对，所以其空间结构是三角锥形。 2．PH3分子中的P—H键是何种共价键？该分子是极性分子还是非极性分子？ 提示：PH3分子中的P—H键是极性键，PH3是极性分子。 1．键的极性和分子极性的关系 2．分子极性的判断方法 (1)根据分子的对称性判断 分子结构对称，正电荷重心和负电荷重心重合，则为非极性分子，正、负电荷重心不重合，则为极性分子。 (2)根据键的极性判断 (3)经验规律 化合价法：若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，否则为极性分子。 孤电子对法：若中心原子有孤电子对则为极性分子，否则为非极性分子。如BF3、CO2等为非极性分子，NH3、H2O、SO2等为极性分子。 (4)常见分子极性与非极性的判断 分子类型 键的极性 分子结构 分子极性 代表物 双原子分子 A2 非极性键 直线形(对称) 非极性 H2、O2、Cl2、N2等 AB 极性键 直线形(不对称) 极性 HF、HCl、CO、NO等 三原子分子 A2B (或AB2) 极性键 直线形(对称) 非极性 CO2、CS2等(键角180°) 极性键 角形(不对称) 极性 H2O(键角104.5°)、SO2(键角119.5°)等 四原子分子 AB3 极性键 平面三角形(对称) 非极性 BF3、BCl3等 极性键 三角锥形(不对称) 极性 NH3(键角107.3°)等 五原子分子 AB4 极性键 正四面体形(对称) 非极性 CH4、CCl4(键角109°28′)等 ABnC4－n(n<4且为正整数) 极性键 四面体形(不对称) 极性 CHCl3、CH2Cl2等 2．下列各组分子属于含有非极性键的非极性分子的是(　　) A．CO2、H2S B．C2H4、CH4 C．Cl2、C2H2 D．NH3、HCl C　[A项，CO2的结构式为O==C==O，H2S的结构式为，都只含有极性键，CO2为非极性分子，H2S是极性分子；B项，C2H4的结构式为，含有碳碳非极性键，是非极性分子，CH4的结构式为，只含极性键，属于非极性分子；C项，Cl2只含非极性键，是非极性分子，C2H2含有碳碳非极性键，是非极性分子；D项，NH3、HCl均为极性分子。] 学生用书↓第34页 1．用一带静电的玻璃棒靠近A、B两种纯液体流，现象如图所示。据此分析，A、B两种液体分子的极性判断正确的是(　　) A．A是极性分子，B是非极性分子 B．A是非极性分子，B是极性分子 C．A、B都是极性分子 D．A、B都是非极性分子 B　[观察图示实验现象可知，液体A在电场中不偏转，A分子是非极性分子；液体B在电场中偏转，B分子是极性分子。] 2．下列分子为手性分子的是(　　) B　[CH2Cl2中的碳原子所连接的4个基团分别为2个H原子、2个Cl原子，没有不对称碳原子，所以不属于手性分子，A错误；中间的碳原子连接四个不同取代基，该碳原子为不对称碳原子，所以该有机物属于手性分子，B正确；中的碳原子为不饱和碳原子，没有不对称碳原子，不属于手性分子，C错误；CH3CH2COOCH2CH3中一个中间碳原子为不饱和碳原子，另外四个碳原子所连接的四个基团有相同的，没有不对称碳原子，不属于手性分子，D错误。] 3．下列叙述不正确的是(　　) A．卤化氢分子中，卤素的非金属性越强，共价键的极性越强，稳定性也越强 B．以极性键结合的分子不一定是极性分子 C．判断A2B或AB2型分子是极性分子的依据是：具有极性键且分子结构不对称，键角小于180°，为非直线形结构 D．非极性分子中，各原子间都应以非极性键结合 D　[对比HF、HCl、HBr、HI分子中H—X极性键的强弱，可知卤素中非金属性越强，键的极性越强，A正确；以极性键结合的双原子分子一定是极性分子，但以极性键结合的多原子分子，也可能是非极性分子，如CO2，B正确；A2B型如H2O、H2S等，AB2型如CO2、CS2等，判断其为极性分子的依据是必有极性键且电荷分布不对称，C正确；CO2、CH4等多原子分子，其电荷分布对称，这样的非极性分子中可以含有极性键，D错误。] 4．已知N、P是同属于元素周期表的ⅤA族元素，N在第2周期，P在第3周期。NH3分子呈三角锥形，氮原子位于锥顶，3个氢原子位于锥底，N—H键间的夹角是107.3°。 (1)PH3分子与NH3分子的结构关系________(填“相同”、“相似”或“不相似”)，P—H键________(填“有”或“无”)极性，PH3分子________(填“有”或“无”)极性。 (2)NH3与PH3相比，热稳定性更强的是________。 解析：　(1)氮原子与磷原子结构相似，NH3分子与PH3分子的结构也相似，P—H键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键，且正、负电荷重心不重合，所以PH3分子为极性分子。 (2)由N、P在元素周期表中的位置关系和元素周期律知，N比P的非金属性强。由元素的非金属性与其氢化物之间的热稳定性关系知，NH3比PH3的热稳定性强。 答案：　(1)相似　有　有　(2)NH3 课时作业(九)　分子的空间结构与分子性质 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、选择题(本小题共8小题，每小题只有一个选项符合题意) 1．具有不对称碳原子的物质往往具有旋光性，存在对映异构体，下列化合物中存在对映异构体的是(　　) A．HCOOH B．2­甲基丁烷 C．C2H5CH==CHCH(CH3)CH==CHC2H5 D．C6H5CH(CH3)CHO D　[A项，HCOOH中只有一个碳原子，该碳原子上连有3种原子或基团；B项，2­甲基丁烷的结构简式为CH3CH2CH(CH3)CH3，不含不对称碳原子；C项，中间的C原子连接的四个原子或基团分别是—H、—CH3、—CH==CHC2H5(2个)，只有3种原子或基团；D项，与苯环相连的碳原子连接了苯基、—H、—CH3、—CHO 4种原子或基团，属于不对称碳原子，故该物质存在对映异构体。] 2．下列各组分子中，都是由极性键构成的极性分子的一组是(　　) A．CH4　Br2　　　　　　 B．H2O　NH3 C．CCl4　H2S D．CO2　HCl B　[Br2是由非极性键构成的非极性分子，H2S、HCl、NH3和H2O是由极性键构成的极性分子，CH4、CCl4、CO2是由极性键构成的非极性分子。] 3．(2022·海南文昌中学高二检测)某研究性学习小组对手性分子提出了以下四个观点： ①互为手性异构体的分子互为镜像 ②利用手性催化剂合成可得到一种或主要得到一种手性分子 ③互为手性异构体的分子组成相同 ④手性异构体的性质完全相同 你认为正确的是(　　) A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．全部 A　[互为手性异构体的分子结构不同，性质不完全相同，故④错误；①②③均正确。] 4．下列说法中正确的是(　　) A．含有非极性键的分子一定是非极性分子 B．非极性分子中一定含有非极性键 C．等分子具有对称性，它们都是非极性分子 D．只含有极性键的分子不一定是极性分子 D　[H2O2分子中含有O—O非极性键，但它是极性分子，A错误；CO2分子是非极性分子，但分子中不含非极性键，B错误；H2O分子有对称轴，但该分子中正、负电荷重心不重合，是极性分子，C错误，CO2只含有极性键，但是非极性分子，D正确。] 5．X、Y为两种不同元素，由它们组成的下列物质的分子中，肯定是极性分子的是(　　) A．XY4 B．XY3 C．XY2 D．XY D　[若A、B、C项中的分子空间结构均匀对称，A为正四面体形结构，B为平面三角形结构，C为直线形结构，则均为非极性分子，但XY为双原子分子，一定为极性分子。] 6．S2Cl2是浅黄色液体，易与水反应，并产生酸性悬浊液。其分子结构如图所示。下列关于S2Cl2的说法错误的是(　　) A．S2Cl2为非极性分子 B．分子中既含有极性键又含有非极性键 C．S2Cl2的电子式为 D．与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2＋2H2O===SO2↑＋3S↓＋4HCl A　[由S2Cl2分子结构知其为不对称分子，故为极性分子。] 7．下列化合物中，化学键的类型和分子的极性(或非极性)皆相同的是(　　) A．CO2和SO2 B．CH4和SiO2 C．BF3和NH3 D．HCl和HI D　[A中CO2为极性键构成的非极性分子，为直线形结构，SO2为角形结构，是极性分子；B中CH4为极性键构成的非极性分子，是正四面体结构，SiO2不是分子；C中BF3为极性键构成的非极性分子，是平面三角形结构，NH3为极性键构成的极性分子，是三角锥形结构；D中HCl和HI都是极性键构成的直线形结构，故都是极性分子。] 8．使用微波炉加热，具有使物质受热均匀、表里一致、速度快、热效率高等优点。其工作原理是通电炉内的微波场以几亿的高频改变电场的方向，水分子因而能迅速摆动，产生热效应。这是因为(　　) A．水分子具有极性共价键 B．水分子中有共用电子对 C．水由氢、氧两元素组成 D．水分子是极性分子 D　[只有极性分子才能在电场中定向移动，非极性分子几乎不发生定向移动，水分子是由极性键构成的极性分子。] 二、选择题(本题包括4小题，每小题只有一个或两个选项符合题意) 9．下列有关锗(Ge)及其化合物的叙述中不正确的是(　　) A．Ge的第一电离能高于碳而电负性低于碳 B．GeCl4和CCl4分子都是正四面体结构 C．GeO2是极性分子 D．GeCl4和CCl4分子都是含有极性键的非极性分子 AC　[A项，Ge和C同处于周期表中第ⅣA族，Ge原子比C原子的电子层多，则Ge的第一电离能和电负性均小于C；B项，GeCl4中Ge原子和CCl4分子中C原子均采取sp3杂化，均为正四面体形分子；C项，GeO2为直线形分子，分子存在对称性，故为非极性分子；D项，GeCl4和CCl4中含有极性键(Ge—Cl键、C—Cl键)，分子均为正四面体结构，存在对称性，则二者均为非极性分子。] 10．已知以下信息： ①臭氧分子的结构为V形(如图) ②臭氧分子中正电荷和负电荷重心不重合 ③分子易溶于极性相似的溶剂中 ④臭氧在四氯化碳的溶解度大于在水中的溶解度 请根据上述信息判断下列说法正确的是(　　) A．臭氧为极性分子 B．臭氧为非极性分子 C．臭氧的极性很大 D．臭氧的极性很微弱 AD　[由于分子中正电荷和负电荷重心不重合，说明臭氧分子为极性分子；由于四氯化碳为非极性分子、水为极性分子，根据分子的溶解性规律，臭氧在四氯化碳的溶解度大于在水中的溶解度，说明臭氧分子的极性微弱。] 11．有一种AB2C2型分子，在该分子中A为中心原子。下列关于该分子的空间结构和极性的说法中，正确的是(　　) A．假设为平面四边形，则该分子一定为非极性分子 B．假设为四面体，则该分子一定为非极性分子 C．假设为平面四边形，则该分子可能为非极性分子 D．假设为四面体，则该分子可能为非极性分子 C[ ] 12．下列化合物中含有3个“不对称碳原子”的是(　　) C　[A、B、C三个选项中的有机物中含有的不对称碳原子的数目分别为1、2、3，D项中的有机物中不含有不对称碳原子。] 三、非选择题(本题包括3小题) 13．将下列粒子的符号填入相应的空格内：CO2、(NH4)2SO4、SiCl4、H2S、C2H4、Cl2、NH3、H2O2、NaOH. (1)只含非极性键的非极性分子：__________________________________________； (2)含极性键的非极性分子：_____________________________________________； (3)既含极性键，又含非极性键的非极性分子：________________； (4)含非极性键的极性分子：____________________________________________； (5)含极性键的极性分子：____________________________________________________； (6)既含极性键，又含非极性键的极性分子：____________________________________ ________________________。 答案：　(1)Cl2　(2)CO2、SiCl4、C2H4　(3)C2H4 (4)H2O2　(5)H2S、NH3、H2O2　(6)H2O2 14．X、Y、Z、M、R五种元素的原子序数依次增大，只有X、Y、Z为短周期元素，相关信息如表： 元素 相关信息 X 基态原子核外有3个能级，且各能级电子数目相等 Y 常见化合价只有0、－1、－2 Z 单质为黄绿色有毒气体 M 第4周期d区元素，基态原子的核外有6个未成对电子 R 第5周期，与X处于同一主族 (1)元素X、Y电负性的大小顺序是____________(用元素符号表示)。 (2)XYZ2分子中所有原子均满足8电子构型，分子中σ键与π键的数目比为________。 (3)元素Y可形成一种氢化物的空间结构如图所示，中心原子Y的杂化方式是________，该分子为________(填“极性”或“非极性”)分子。 (4)元素M基态原子的价电子排布式为________，MO5中M的化合价为＋6价，则该分子中含有过氧键的数目为________。 (5)元素R与Z可形成化合物RZ2，用价电子对互斥理论推断该分子的空间结构为________，分子中Z—R—Z的键角________(填“>”、“＝”或“<”)120°。 解析：　X、Y、Z、M、R五种元素的原子序数依次增大，只有X、Y、Z为短周期元素，X的基态原子核外有3个能级，且各能级电子数目相等，其核外电子排布为1s22s22p2，则X为C元素；Y的常见化合价只有0价、－1价、－2价，则Y为O元素；Z单质为黄绿色有毒气体，Z为Cl元素；M为第4周期d区元素，基态原子的核外有6个未成对电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，则M为Cr元素；R位于第5周期，与X处于同一主族，则R为Sn元素。(1)X为C，Y为O，同一周期从左向右，电负性逐渐增强，则电负性：O>C。(2)XYZ2为COCl2，COCl2分了中所有原子均满足8电子结构，说明其分子中含有1个C===O键和2个C—Cl键，每个碳氧双键中含有1个σ键和1个π键，则COCl2分子中σ键与π键数目之比为(1＋2)∶1＝3∶1。(3)Y为O，根据图示可知，该氢化物为H2O2，其分子中含有的H—O键为极性键，且分子结构不对称，属于极性分子；H2O2的中心原子O原子与其他原子形成2个σ键，含有2对孤电子对，其杂化轨道数为4，采取sp3杂化。(4)M为Cr，原子序数为24，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，则Cr的价电子排布式为3d54s1；CrO5中Cr的化合价为＋6价，设过氧键的数目为x，由化合物中正、负化合价代数和为0可知，x×2×(－1)＋(5－2x)×(－2)＋6＝0，解得：x＝2。(5)元素R与Z可形成化合物RZ2，为SnCl2，分子中心原子Sn原子价电子对数＝2＋＝3，含有一对孤电子对，Sn原子是sp2杂化，为角形结构，孤电子对之间的排斥力>孤电子对和成键电子对之间的排斥力>成键电子对之间的排斥力，所以Cl—Sn—Cl的键角<120°。 答案：　(1)O>C　(2)3∶1　(3)sp3　极性 (4)3d54s1　2　(5)角形　< 15．诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家，C60分子是形如球状的多面体(如图)，该结构的建立基于以下考虑： ①C60分子中每个碳原子只与相邻的3个碳原子形成化学键； ②C60分子只含有五边形和六边形； ③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数＋面数－棱边数＝2。 据上所述，可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，C60分子所含的双键数为30。 请回答下列问题： (1)C60分子中共价键的类型有________(填“σ键”或“π键”)。 (2)从键的极性来看，C60分子内的共价键属于________键。 (3)从分子的极性来看，C60分子属于________分子。 解析：　C60分子中既有σ键又有π键，且由于C—C键均由电负性相同的C原子形成，故为非极性键，形成的C60分子为非极性分子。 答案：　(1)σ键和π键　(2)非极性　(3)非极性 学生用书↓第35页 学科网（北京）股份有限公司 $$