第3课时 分子的空间结构与分子性质
学习目标 1.了解手性分子的概念,会判断不对称碳原子。2.学会判断简单分子的极性情况,知道分子的空间结构与分子极性的关系。
一、分子中的原子排布与对称性
1.对称分子与对称性(以CH4分子为例)
(1)对称轴
以通过碳原子和氢原子的连线为轴旋转 或 时,分子完全恢复原状,称这条连线为对称轴。
(2)对称面
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 的两部分,称这个平面为对称面。
(3)对称分子和对称性
①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 ,分子所具有的这种性质称为对称性。
②分子的许多性质如 、 等都与分子的对称性有关。
2.手性分子
(1)手性
具有 性的分子,这些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 ,因而称这类分子表现出手性。
(2)手性分子和对映异构体
具有手性的分子叫作手性分子,一个手性分子和它的 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 。
(3)不对称碳原子
仅通过 连接其他原子的碳原子,当其所连接的 原子或基团均不相同时,这个碳原子称为不对称碳原子,常用有无不对称碳原子推测分子是否为 分子,进而判断分子有无旋光性。
(4)手性分子的判断
①分子表现手性,是因为其含有不对称碳原子。
②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,其中R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团。
③判断一种有机物分子是否具有手性,就是判断其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或基团。
1.分子中含3个不对称碳原子的是 ( )
A.
B.
C.
D.
2.下列物质中不存在对映异构体的是 ( )
A.BrCH2CHOHCH2OH
B.
C.CH3CHOHCOOH
D.CH3COCH2CH3
3.下列化合物中具有旋光性的是 ( )
A.CCl2F2
B.CH3CH2OH
C.
D.
二、分子中的电荷分布与极性
(一)知识梳理
1.极性分子与非极性分子
(1)分子内存在正、负两极的分子,称为极性分子;分子内不存在正、负两极的分子,称为非极性分子。
(2)对于一个分子来说,全部正电荷集中于一点,这一点叫作正电荷重心;全部负电荷集中于一点,这一点叫作负电荷重心。 分子的正、负电荷重心不重合,分子内存在正、负两极;非极性分子的正、负电荷重心重合,分子内不存在正、负两极。
2.对物质性质的影响
(1)熔、沸点:在相对分子质量 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 溶剂(如四氯化碳),这就是 原理中的一种类型。
(二)互动探究
在一酸式滴定管中加入四氯化碳,打开活塞,将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近四氯化碳液流,在另一酸式滴定管中加入蒸馏水,打开活塞,并将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近水液流。
现象:水流的方向发生改变;四氯化碳液流方向不改变
【问题讨论】
1.极性分子中一定含有极性键,一定不含非极性键吗
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2.非极性分子中一定含有非极性键吗
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
【探究归纳】
1.判断分子极性的一般思路
2.键的极性与分子极性的关系
3.判断ABn型分子极性的经验规律
(1)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,若不等则为极性分子。
(2)若中心原子有孤电子对,则为极性分子;若无孤电子对,则为非极性分子。
如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子;H2S、SO2、NH3为极性分子。
4.下列分子中,属于非极性分子的是 ( )
A.SO2 B.NH3
C.BBr3 D.COCl2
5.下列分子是极性分子的是 ( )
A.PCl3 B.SO3
C.BF3 D.CS2
6.下列物质难溶于水的是 ( )
A.SO2 B.HCHO
C.CCl4 D.C2H5OH
7.在下列物质中:①CO2 ②CCl4 ③NH3 ④BH3 ⑤H2O ⑥HBr中,分子中电荷的空间分布均匀的是 ( )
A.①②④ B.②④⑤
C.③⑤⑥ D.①②⑤
【题后归纳】 理解分子极性的三个注意点
(1)一般情况下,单质分子为非极性分子,但O3是V(角)形分子,空间不对称结构,故为极性分子。
(2)AB型分子均为极性分子。
(3)只含有极性键的分子不一定是极性分子(如CH4);极性分子不一定只含有极性键(如C2H5OH);含有非极性键的分子不一定是非极性分子(如H2O2)。
1.I2在水中的溶解度很小,但在CCl4中的溶解度很大,这是因为 ( )
A.CCl4与I2的相对分子质量相差较小,而H2O与I2的相对分子质量相差较大
B.CCl4与I2都是直线形分子,而H2O不是直线形分子
C.CCl4和I2中都不含氢元素,而H2O中含氢元素
D.CCl4和I2都是非极性分子,而H2O是极性分子
2.下列分子中指定的碳原子(用*标记)不属于不对称碳原子的是 ( )
A.苹果酸
B.丙氨酸
C.葡萄糖
D.甘油醛
3.下列说法正确的是 ( )
A.由同一种原子形成的分子可能有极性
B.非极性分子中无极性键
C.三原子分子AB2一定为非极性分子
D.四原子分子AB3一定为非极性分子
4.(1)3 氯 2 丁氨酸的结构简式为
,该有机物分子中含有 个不对称碳原子,其中—NH2中N原子的杂化轨道类型是 。
(2)青蒿素是从黄花蒿中提取得到的一种无色针状晶体,分子结构如图所示,则青蒿素分子中含有 个不对称碳原子。
(3)下列分子中若有手性分子,请用“*”标出其不对称碳原子;若无手性分子,此小题不必作答。
a. b.
c. d. CH3CHClCH2CHO
5.完成下列题目。
(1)ZnF2不溶于有机溶剂,而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是
。
(2)SiCl4分子属于 分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)HCN是直线型分子,HCN是 分子(填“极性”或“非极性”)。HClO的电子式为 。
(4)氨是 分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为 。
第3课时 分子的空间结构与分子性质
一、1.(1)120° 240° (2)相同 (3)①对称分子 ②极性 旋光性
2.(1)旋光 重叠 (2)镜像 旋光性 (3)单键 四个 手性
对点训练
1.D [A项中无不对称碳原子,B、C、D中含有不对称碳原子(用*标记)分别为
B:;
C:;
D:,故选D。]
2.D [若同一个碳原子上连接四个不同的原子或基团,则该碳原子称为不对称碳原子,含有不对称碳原子的分子为手性分子,存在对映异构体,D项中不存在对映异构体。]
3.D [手性分子具有旋光性,中心原子连有四个不同的原子或基团的化合物才具有手性。A项中C原子只连有Cl、F两种原子,故A项不是手性分子;分子中两个C原子分别连有2种和3种不同的原子或基团,故B项不是手性分子;分子中1、3号C原子结构对称,故2号C原子连有3种原子或基团,1、3号C原子均连有2个氢原子,即连有3种不同原子或基团,故C项不是手性分子;分子中带*号的C原子连有—CH3、—H、—COOH、—OH四种不同的原子或基团,故D项是手性分子。]
二、(一)1.(2)极性 2.(1)相同 高 < (2)极性 非极性 相似相溶
(二)问题讨论
1.提示 极性分子中不一定含有极性键,如:O3,分子中不含极性键,但是属于极性分子,极性分子可能含有非极性键。
2.提示 不一定。分子结构对称时,可能含有极性键,可以不含有非极性键。
对点训练
4.C [根据价电子对互斥理论可得四种分子的结构如下:、、、,SO2、NH3分子中含有极性键,各键的空间排列不对称,为极性分子;C项,虽然分子中含有极性键,但各键的空间排列对称,为非极性分子;D项,分子中正负电荷的重心不重合,为极性分子。]
5.A [PCl3中P的最外层有5个电子,其化合价为+3价,中心原子的化合价的绝对值不等于原子的最外层电子数,属于极性分子,A项符合题意;SO3中S的最外层有6个电子,其化合价为+6价,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,B项不符合题意;BF3中B的最外层有3个电子,其化合价为+3价,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,C项不符合题意;CS2中C的最外层有4个电子,其化合价为+4价,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,D项不符合题意。]
6.C [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。]
7.A [①CO2呈直线形,键角为180°,分子高度对称,分子中正电荷重心和负电荷重心重合,分子中电荷的空间分布均匀;②CCl4呈正四面体形,键角为109°28',分子高度对称,分子中正电荷重心和负电荷重心重合,分子中电荷的空间分布均匀;③NH3呈三角锥形,键角为107.3°,分子中正电荷重心和负电荷重心不重合,分子中电荷的空间分布不均匀;④BH3呈平面三角形,键角为120°,分子高度对称,分子中正电荷重心和负电荷重心重合,分子中电荷的空间分布均匀;⑤H2O呈角(V)形,键角为104.5°,分子中正电荷重心和负电荷重心不重合,分子中电荷的空间分布不均匀;⑥HBr是双原子分子,分子中正电荷重心和负电荷重心不重合,分子中电荷的空间分布不均匀;分子中电荷的空间分布均匀的是①②④。]
课堂达标训练
1.D [根据相似相溶原理,极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂。因H2O分子为极性分子,CCl4、I2分子均为非极性分子,根据“相似相溶”规律,I2在水中的溶解度很小,但在CCl4中的溶解度很大,与相对分子质量无关,与分子构型无关,与所含元素无关,故A、B、C错误,D正确。]
2.A [中连接了2个氢原子,不是不对称碳原子,A错误;B、C、D项中*C均连接了4个不同的原子或原子团,属于不对称碳原子。]
3.A [由同一种原子形成的分子可能有极性,也可能没有极性,如O3是极性分子,而O2为非极性分子,A正确;非极性分子中正、负电荷重心重合,分子中各个化学键的空间排列对称,其中可能含极性键,也可能不含有极性键,如CH4是由C—H极性键构成的非极性分子,P4是由P—P非极性键构成的非极性分子,B错误;三原子分子AB2、四原子分子AB3中若正、负电荷重心不重合,就属于极性分子,如SO2、H2O、NH3为极性分子,C、D错误。]
4.(1)2 sp3 (2)7
(3)a. d. CH3HClCH2CHO
解析 (1)连接4个不同原子或原子团的碳原子为不对称碳原子,3 氯 2 丁氨酸的结构简式为,标“*”的碳原子为不对称碳原子,所以一个该有机物分子中含有2个不对称碳原子,其中—NH2中N原子含有1个孤电子对和3个共价键,则N的价电子对数为4,采取sp3杂化。(2)不对称碳原子连接4个不同的原子或原子团,故青蒿素分子中不对称碳原子标识如图,共7个。
5.(1)ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小
(2)非极性 (3)极性 H︰︰︰ (4)极性 sp3
解析 (1)ZnF2是离子化合物,极性较大,不溶于有机溶剂;ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,键的极性较小,能够溶于有机溶剂。(2)SiCl4分子中Si原子采用sp3杂化,分子的立体构型为正四面体形;SiCl4分子中只含Si—Cl键,分子结构对称,则SiCl4是非极性分子。(3)HCN是直线形分子,正、负电荷重心不重合,因此HCN是极性分子。HClO含有共价键,O原子分别与H、Cl形成单键,其电子式为H︰︰︰。(4)NH3分子中中心N原子的价电子对数为3+×(5-3×1)=4,N原子采用sp3杂化,由于含有一对孤电子对,空间结构为三角锥形,正、负电荷重心不重合,为极性分子。(共73张PPT)
第 节 共价键与分子的空间结构
第 章 微粒间相互作用与物质性质
第 课时 分子的空间结构与分子性质
2
2
3
1.了解手性分子的概念，会判断不对称碳原子。
2.学会判断简单分子的极性情况，知道分子的空间结构与分子极性的关系。
学习目标
一、分子中的原子排布与对称性
二、分子中的电荷分布与极性
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、分子中的原子排布与对称性
对点训练
1.对称分子与对称性(以CH4分子为例)
(1)对称轴
以通过碳原子和氢原子的连线为轴旋转__________或__________时，分子完全恢复原状，称这条连线为对称轴。
(2)对称面
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______的两部分,称这个平面为对称面。
120°
240°
相同
(3)对称分子和对称性
①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__________，分子所具有的这种性质称为对称性。
②分子的许多性质如______、________等都与分子的对称性有关。
对称分子
极性
旋光性
2.手性分子
(1)手性
具有______性的分子，这些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______，因而称这类分子表现出手性。
(2)手性分子和对映异构体
具有手性的分子叫作手性分子，一个手性分子和它的______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
镜像
旋光性
重叠
(3)不对称碳原子
仅通过______连接其他原子的碳原子，当其所连接的______原子或基团均不相同时，这个碳原子称为不对称碳原子，常用有无不对称碳原子推测分子是否为______分子，进而判断分子有无旋光性。
单键
四个
手性
D
D
D
二、分子中的电荷分布与极性
对点训练
(一)知识梳理
1.极性分子与非极性分子
(1)分子内存在正、负两极的分子，称为极性分子；分子内不存在正、负两极的分子，称为非极性分子。
(2)对于一个分子来说，全部正电荷集中于一点，这一点叫作正电荷重心；全部负电荷集中于一点，这一点叫作负电荷重心。______分子的正、负电荷重心不重合，分子内存在正、负两极；非极性分子的正、负电荷重心重合，分子内不存在正、负两极。
极性
2.对物质性质的影响
(1)熔、沸点：在相对分子质量______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高，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________溶剂(如四氯化碳)，这就是__________原理中的一种类型。
相同
＜
极性
非极性
相似相溶
(二)互动探究
在一酸式滴定管中加入四氯化碳，打开活塞，将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近四氯化碳液流，在另一酸式滴定管中加入蒸馏水，打开活塞，并将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近水液流。
现象：水流的方向发生改变；四氯化碳液流方向不改变
【问题讨论】
1.极性分子中一定含有极性键，一定不含非极性键吗？
提示 极性分子中不一定含有极性键，如：O3，分子中不含极性键，但是属于极性分子，极性分子可能含有非极性键。
2.非极性分子中一定含有非极性键吗？
提示 不一定。分子结构对称时，可能含有极性键，可以不含有非极性键。
【探究归纳】
1.判断分子极性的一般思路
2.键的极性与分子极性的关系
3.判断ABn型分子极性的经验规律
(1)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，若不等则为极性分子。
(2)若中心原子有孤电子对，则为极性分子；若无孤电子对，则为非极性分子。
如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子；H2S、SO2、NH3为极性分子。
4.下列分子中，属于非极性分子的是( )
A.SO2 B.NH3 C.BBr3 D.COCl2
C
5.下列分子是极性分子的是( )
A.PCl3 B.SO3 C.BF3 D.CS2
解析 PCl3中P的最外层有5个电子，其化合价为＋3价，中心原子的化合价的绝对值不等于原子的最外层电子数，属于极性分子，A项符合题意；SO3中S的最外层有6个电子，其化合价为＋6价，中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数，属于非极性分子，B项不符合题意；BF3中B的最外层有3个电子，其化合价为＋3价，中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数，属于非极性分子，C项不符合题意；CS2中C的最外层有4个电子，其化合价为＋4价，中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数，属于非极性分子，D项不符合题意。
A
6.下列物质难溶于水的是( )
A.SO2 B.HCHO C.CCl4 D.C2H5OH
解析 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。
C
7.在下列物质中：①CO2 ②CCl4 ③NH3 ④BH3 ⑤H2O ⑥HBr中，分子中电荷的空间分布均匀的是( )
A.①②④ B.②④⑤
C.③⑤⑥ D.①②⑤
A
解析 ①CO2呈直线形，键角为180°，分子高度对称，分子中正电荷重心和负电荷重心重合，分子中电荷的空间分布均匀；②CCl4呈正四面体形，键角为109°28′，分子高度对称，分子中正电荷重心和负电荷重心重合，分子中电荷的空间分布均匀；③NH3呈三角锥形，键角为107.3°，分子中正电荷重心和负电荷重心不重合，分子中电荷的空间分布不均匀；④BH3呈平面三角形，键角为120°，分子高度对称，分子中正电荷重心和负电荷重心重合，分子中电荷的空间分布均匀；⑤H2O呈角(V)形，键角为104.5°，分子中正电荷重心和负电荷重心不重合，分子中电荷的空间分布不均匀；⑥HBr是双原子分子，分子中正电荷重心和负电荷重心不重合，分子中电荷的空间分布不均匀；分子中电荷的空间分布均匀的是①②④。
【题后归纳】 理解分子极性的三个注意点
(1)一般情况下，单质分子为非极性分子，但O3是V(角)形分子，空间不对称结构，故为极性分子。
(2)AB型分子均为极性分子。
(3)只含有极性键的分子不一定是极性分子(如CH4)；极性分子不一定只含有极性键(如C2H5OH)；含有非极性键的分子不一定是非极性分子(如H2O2)。
课堂达标训练
1.I2在水中的溶解度很小，但在CCl4中的溶解度很大，这是因为( )
A.CCl4与I2的相对分子质量相差较小，而H2O与I2的相对分子质量相差较大
B.CCl4与I2都是直线形分子，而H2O不是直线形分子
C.CCl4和I2中都不含氢元素，而H2O中含氢元素
D.CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子
D
解析 根据相似相溶原理，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。因H2O分子为极性分子，CCl4、I2分子均为非极性分子，根据“相似相溶”规律，I2在水中的溶解度很小，但在CCl4中的溶解度很大，与相对分子质量无关，与分子构型无关，与所含元素无关，故A、B、C错误，D正确。
A
3.下列说法正确的是( )
A.由同一种原子形成的分子可能有极性
B.非极性分子中无极性键
C.三原子分子AB2一定为非极性分子
D.四原子分子AB3一定为非极性分子
A
解析 由同一种原子形成的分子可能有极性，也可能没有极性，如O3是极性分子，而O2为非极性分子，A正确；非极性分子中正、负电荷重心重合，分子中各个化学键的空间排列对称，其中可能含极性键，也可能不含有极性键，如CH4是由C—H极性键构成的非极性分子，P4是由P—P非极性键构成的非极性分子，B错误；三原子分子AB2、四原子分子AB3中若正、负电荷重心不重合，就属于极性分子，如SO2、H2O、NH3为极性分子，C、D错误。
2
sp3
(2)青蒿素是从黄花蒿中提取得到的一种无色针状晶体，分子结构如图所示，则青蒿素分子中含有________个不对称碳原子。
7
(3)下列分子中若有手性分子，请用“*”标出其不对称碳原子；若无手性分子，此小题不必作答。
5.完成下列题目。
(1)ZnF2不溶于有机溶剂，而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是_________________________________________________________
_________________________________________________________________。
ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主，极性较小
(2)SiCl4分子属于________分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)HCN是直线型分子，HCN是____________分子(填“极性”或“非极性”)。
HClO的电子式为____________。
非极性
极性
(4)氨是________分子(填“极性”或“非极性”)，中心原子的轨道杂化类型为________。
极性
sp3
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.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
解析 NH3是呈三角锥形的极性分子；H2O、H2S都是呈角(V)形的极性分子；HCl、HCN都是呈直线形的极性分子；CO2是呈直线形的非极性分子；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。
C
2.下列分子中，不含不对称碳原子的是( )
B
解析 如果一个碳原子连接四个不同的原子或基团，这样的碳原子叫不对称碳原子，B选项中的物质不含这样的碳原子。
B
4.下列物质的分子不具有对称性的是( )
A.CH4 B.C2H4 C.C2H2 D.CH3CHClBr
D
5.下列关于分子的极性的说法中，正确的是( )
A.极性分子中可能含有非极性键
B.极性分子中只含有极性键
C.非极性分子中不可能含有极性键，一定含有非极性键
D.非极性分子中只含有非极性键
A
解析 极性分子中可能只含有极性键，也可能既含有极性键，又含有非极性键。例如H2O2分子为极性分子，既含有极性键，又含有非极性键，故A正确，B不正确；非极性分子中可能只含非极性键，如O2，也可能只含极性键，如CO2，也可能既含极性键，又含非极性键，如C2H2，C、D不正确。
C
7.(2023·达州一中高二上月考)下列化合物中，化学键的类型和分子的极性(极性或非极性)皆相同的是( )
A.CO2和SO2 B.CH4和NO2 C.BF3和NH3 D.HCl和HI
D
解析 CO2是含极性共价键的非极性分子，SO2是含极性共价键的极性分子，分子的极性不相同，A项不符合题意；CH4是含极性共价键的非极性分子，NO2是含极性共价键的极性分子，分子的极性不相同，B项不符合题意；BF3是含极性共价键的非极性分子，NH3是含极性共价键的极性分子，分子的极性不相同，C项不符合题意；HCl和HI都是含极性共价键的极性分子，D项符合题意。
解析 CCl2(CH3)2中碳原子上连有相同的原子，所以该碳原子不是不对称碳原子，故A项错误；CH2OHCH(OH)CH2OH中三个碳原子中每个碳原子都连有相同的原子或基团，所以该化合物不含不对称碳原子，故B项错误；CH3CH2CHO分子中每个碳原子都连有相同的原子，所以其不含不对称碳原子，故C项错误；D项分子中连接羟基和羧基的碳原子上连有4个不同的原子或基团，所以该碳原子属于不对称碳原子，故D项正确。
D
9.(2023·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( )
D
10.下列说法正确的是( )
A.甘油(CH2OH—CHOH—CH2OH)分子中含有1个不对称碳原子
B.互为手性异构体的化合物，所含化学键的种类和数目完全相同
C.互为手性异构体的化合物，在三维空间不能重合，但物理、化学性质却几乎完全相同
D.互为手性异构体的化合物，分子组成不同，所以物理、化学性质也不同
B
解析 CH2OH—CHOH—CH2OH分子中不存在不对称碳原子，故A错误；手性异构体为具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，所含化学键的种类和数目完全相同，故B正确；互为手性异构体的化合物，物理性质不同，光学活性不同，故C错误；互为手性异物体的化合物，分子组成相同，故D错误。
B
12.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
C
解析 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，分子构型为正四面体形，碳原子位于正四面体的中心；H2O分子中H—O键为极性键，氧采取sp3杂化，且有两对孤电子对，分子构型为角(V)形，整个分子电荷分布不对称，为极性分子；CO2分子中碳采取sp杂化，分子构型为直线形，分子为非极性分子，碳原子位于2个氧原子连线的中央。
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：_____________________。
Cl2
CO2、SiCl4、C2H4
C2H4
(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：____________________________。
H2O2
H2S、NH3、H2O2
H2O2
14.回答下列问题。
(1)根据“相似相溶”规律，极性溶质能溶于极性溶剂，非极性溶质一般能溶于非极性溶剂。
①在a.苯 b.CH3OH c.HCHO d.CS2 e.CCl4五种溶剂中，碳原子采取sp2杂化的分子有__________(填字母)。CS2分子的空间结构是________，是________(填“极性”或“非极性”)分子。
②CrO2Cl2常温下为深红色液体，能与CCl4、CS2等互溶，据此可判断CrO2Cl2是________(填“极性”或“非极性”)分子。
③金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色挥发性液体Ni(CO)4，呈正四面体构形。Ni(CO)4易溶于下列________(填字母)。
a.水 b.CCl4 c.C6H6(苯) d.NiSO4溶液
ac
直线形
非极性
非极性
bc
2s22p3
10
非极性
相似
有
有
B
D
16.关于丙氨酸的下列说法正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ的结构和性质完全不相同
B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，具有不同的分子极性
C.Ⅰ和Ⅱ不是同一物质
D.Ⅰ和Ⅱ中化学键的种类与数目不完全相同
C
解析 Ⅰ和Ⅱ互为对映异构体，具有相同的官能团，故A错误、C正确；Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，均为极性分子，分子极性相同，故B错误；Ⅰ和Ⅱ中化学键、官能团均相同，即化学键的种类与数目完全相同，故D错误。
17.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________。
CS2
解析 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(V)形结构，是极性分子，其μ＞0。
(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_________________________；
②BCl3分子的空间结构为____________，中心B原子的杂化方式为________。
三角锥形
平面三角形
sp2杂化
解析 ①μ(PF3)＝1.03说明PF3是极性分子，则PF3是三角锥形结构。②μ(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。
(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同分异构体，棕黄色化合物的μ＞0，淡黄色化合物的μ＝0。试写出两种同分异构体的结构简式：
___________、____________，在水中溶解度较大的是________________(填结构简式，上同)。作业11 分子的空间结构与分子性质
(分值:95分)
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意(1~12题,每小题5分)
1.下列各组物质中,都是由极性键构成的极性分子的是 ( )
CH4和H2O CO2和HCl
NH3和H2S HCN和BF3
2.下列分子中,不含不对称碳原子的是 ( )
CH3CHClCH2CHO
3.下列各组分子中都属于含极性键的非极性分子的是 ( )
SO2、H2O、NH3 CH4 、C2H4、
N2、Cl2、O3 H2O2、CO、PCl3
4.下列物质的分子不具有对称性的是 ( )
CH4 C2H4
C2H2 CH3CHClBr
5.下列关于分子的极性的说法中,正确的是 ( )
极性分子中可能含有非极性键
极性分子中只含有极性键
非极性分子中不可能含有极性键,一定含有非极性键
非极性分子中只含有非极性键
6.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
只有① ①和②
①②③ ①②③④
7.(2023·达州一中高二上月考)下列化合物中,化学键的类型和分子的极性(极性或非极性)皆相同的是 ( )
CO2和SO2 CH4和NO2
BF3和NH3 HCl和HI
8.下列化合物中含有不对称碳原子的是 ( )
CCl2(CH3)2
CH2OHCH(OH)CH2OH
CH3CH2CHO
9.(2023·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 ( )
H2O2是非极性分子
H2O2分子中含有σ键、π键
H2O2在H2O中的溶解度小于在CCl4中的溶解度
H2O2的电子式:H︰︰︰H
10.下列说法正确的是 ( )
甘油(CH2OH—CHOH—CH2OH)分子中含有1个不对称碳原子
互为手性异构体的化合物,所含化学键的种类和数目完全相同
互为手性异构体的化合物,在三维空间不能重合,但物理、化学性质却几乎完全相同
互为手性异构体的化合物,分子组成不同,所以物理、化学性质也不同
11.中所含的不对称碳原子数为 ( )
1 2
3 4
12.下列叙述正确的是 ( )
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
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
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
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
13.(6分)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)(1分)只含非极性键的非极性分子: 。
(2)(1分)含极性键的非极性分子: 。
(3)(1分)既含极性键,又含非极性键的非极性分子: 。
(4)(1分)含非极性键的极性分子: 。
(5)(1分)含极性键的极性分子: 。
(6)(1分)既含极性键,又含非极性键的极性分子: 。
14.(12分)回答下列问题。
(1)(5分)根据“相似相溶”规律,极性溶质能溶于极性溶剂,非极性溶质一般能溶于非极性溶剂。
①在a.苯 b.CH3OH c.HCHO d.CS2 e.CCl4五种溶剂中,碳原子采取sp2杂化的分子有 (填字母)。CS2分子的空间结构是 ,是 (填“极性”或“非极性”)分子。
②CrO2Cl2常温下为深红色液体,能与CCl4、CS2等互溶,据此可判断CrO2Cl2是 (填“极性”或“非极性”)分子。
③金属镍粉在CO气流中轻微加热,生成无色挥发性液体Ni(CO)4,呈正四面体构形。Ni(CO)4易溶于下列 (填字母)。
a.水 b.CCl4
c.C6H6(苯) d.NiSO4溶液
(2)(6分)已知N、P同属于元素周期表的第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键间的夹角是107.3°。
①氮原子价电子排布式为 ;
氮离子(N3-)核外有 种运动状态不同的电子;N4分子的空间结构为,它是一种 (填“极性”或“非极性”)分子。
②PH3分子与NH3分子的空间结构关系
(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。
(3)(1分)1,2 二氯乙烯存在两种同分异构体:、,属于极性分子的是 (填“A”或“B”)。
B级 素养培优练
(15~16题,每小题5分)
15.(2023·青岛期中)下列关于物质结构与性质的说法,正确的是 ( )
CH4中C—H键键长比N中N—H键键长短
12 g石墨中含有σ键的物质的量为3 mol
N2H4和H2O2均为非极性分子
乙烯、苯、吡啶()中碳的杂化方式均相同
16.关于丙氨酸的下列说法正确的是 ( )
Ⅰ和Ⅱ的结构和性质完全不相同
Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,具有不同的分子极性
Ⅰ和Ⅱ不是同一物质
Ⅰ和Ⅱ中化学键的种类与数目不完全相同
17.(7分)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)(1分)HCl、CS2、H2S、SO2四种分子中μ=0的有 。
(2)(3分)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 ;
②BCl3分子的空间结构为 ,中心B原子的杂化方式为 。
(3)(3分)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同分异构体,棕黄色化合物的μ>0,淡黄色化合物的μ=0。试写出两种同分异构体的结构简式: 、 ,在水中溶解度较大的是
(填结构简式,上同)。
作业11 分子的空间结构与分子性质
1.C [NH3是呈三角锥形的极性分子;H2O、H2S都是呈角(V)形的极性分子;HCl、HCN都是呈直线形的极性分子;CO2是呈直线形的非极性分子;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。]
2.B [如果一个碳原子连接四个不同的原子或基团,这样的碳原子叫不对称碳原子,B选项中的物质不含这样的碳原子。]
3.B [SO2、H2O、NH3三种分子都是含有极性键的极性分子,A错误。CH4中碳氢键为极性键,分子为正四面体结构,是非极性分子;C2H4中含极性键,是平面结构,是非极性分子;中含极性键,是平面正六边形结构,是非极性分子,B正确。N2、Cl2、O3都只含非极性键,C错误。H2O2、CO、PCl3都是极性分子,D错误。]
4.D [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。]
5.A [极性分子中可能只含有极性键,也可能既含有极性键,又含有非极性键。例如H2O2分子为极性分子,既含有极性键,又含有非极性键,故A正确,B不正确;非极性分子中可能只含非极性键,如O2,也可能只含极性键,如CO2,也可能既含极性键,又含非极性键,如C2H2,C、D不正确。]
6.C [含有不对称碳原子的分子为手性分子。根据各分子的结构简式:
①、②、③、④,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。]
7.D [CO2是含极性共价键的非极性分子,SO2是含极性共价键的极性分子,分子的极性不相同,A项不符合题意;CH4是含极性共价键的非极性分子,NO2是含极性共价键的极性分子,分子的极性不相同,B项不符合题意;BF3是含极性共价键的非极性分子,NH3是含极性共价键的极性分子,分子的极性不相同,C项不符合题意;HCl和HI都是含极性共价键的极性分子,D项符合题意。]
8.D [CCl2(CH3)2中碳原子上连有相同的原子,所以该碳原子不是不对称碳原子,故A项错误;CH2OHCH(OH)CH2OH中三个碳原子中每个碳原子都连有相同的原子或基团,所以该化合物不含不对称碳原子,故B项错误;CH3CH2CHO分子中每个碳原子都连有相同的原子,所以其不含不对称碳原子,故C项错误;D项分子中连接羟基和羧基的碳原子上连有4个不同的原子或基团,所以该碳原子属于不对称碳原子,故D项正确。]
9.D [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H︰︰︰H,D正确。]
10.B [CH2OH—CHOH—CH2OH分子中不存在不对称碳原子,故A错误;手性异构体为具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,所含化学键的种类和数目完全相同,故B正确;互为手性异构体的化合物,物理性质不同,光学活性不同,故C错误;互为手性异物体的化合物,分子组成相同,故D错误。]
11.B [不对称碳原子是指所连的四个原子或原子团均不相同的碳原子,据此可知分子中标有“*”的碳原子为不对称碳原子。]
12.C [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,分子构型为正四面体形,碳原子位于正四面体的中心;H2O分子中H—O键为极性键,氧采取sp3杂化,且有两对孤电子对,分子构型为角(V)形,整个分子电荷分布不对称,为极性分子;CO2分子中碳采取sp杂化,分子构型为直线形,分子为非极性分子,碳原子位于2个氧原子连线的中央。]
13.(1)Cl2 (2)CO2、SiCl4、C2H4 (3)C2H4
(4)H2O2 (5)H2S、NH3、H2O2 (6)H2O2
14.(1)①ac 直线形 非极性 ②非极性
③bc (2)①2s22p3 10 非极性 ②相似 有 有 (3)B
解析 (1)①苯、HCHO中每个碳原子与3个原子形成3个σ键,且无孤电子对,碳原子采取sp2杂化;CH3OH、CCl4中每个碳原子形成4个σ键,采取sp3杂化;CS2与CO2为等电子体,C原子杂化轨道数为=2,碳原子采取sp杂化。CS2为直线形,为非极性分子。②CCl4、CS2是非极性溶剂,根据“相似相溶”规律,CrO2Cl2是非极性分子。③由常温下Ni(CO)4易挥发,可知Ni(CO)4为共价化合物分子,由于Ni(CO)4为正四面体形,正、负电荷重心重合,所以Ni(CO)4为非极性分子,根据“相似相溶”规律,Ni(CO)4易溶于CCl4和苯。(2)①N是7号元素,原子核外最外层有5个电子,价电子排布式为2s22p3;氮离子(N3-)核外有10个电子,每个电子的运动状态都不相同,故有10种运动状态不同的电子;N4分子是正四面体形结构,是一种非极性分子。②NH3分子与PH3分子互为等电子体,结构相似;P—H键为不同种元素原子之间形成的共价键,为极性键;PH3分子空间结构为三角锥形,正、负电荷重心不重合,为极性分子。
15.D [CH4和N空间结构和键角均一致,元素电负性越大,形成的键能也就越大;键长越长,键能越小;所以CH4中C—H键的键长比N中N—H键的键长要长,故A错误;石墨中每个碳原子均摊到的共价键数为3×0.5=1.5,所以12 g石墨中含有σ键的物质的量为1.5 mol,故B错误;N2H4和H2O2为极性分子,故C错误;乙烯、苯、吡啶()中碳的杂化方式均为sp2杂化,故D正确。]
16.C [Ⅰ和Ⅱ互为对映异构体,具有相同的官能团,故A错误、C正确;Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,均为极性分子,分子极性相同,故B错误;Ⅰ和Ⅱ中化学键、官能团均相同,即化学键的种类与数目完全相同,故D错误。]
17.(1)CS2 (2)①三角锥形 ②平面三角形 sp2杂化
(3)
解析 (1)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(V)形结构,是极性分子,其μ>0。(2)①μ(PF3)=1.03说明PF3是极性分子,则PF3是三角锥形结构。②μ(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。(3)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。根据“相似相溶”原理,水是极性分子,因此属于极性分子的溶质易溶解在水中,即在水中溶解度较大的是棕黄色化合物,其结构简式为。
