鲁科版高中化学选择性必修2第2章微粒间相互作用与物质性质第2节共价键与分子的空间结构第3课时分子的空间结构与分子性质课件(共54张PPT)

(共54张PPT)
第2章　微粒间相互作用与物质性质
第2节　共价键与分子的空间结构
第3课时　分子的空间结构与分子性质
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研习任务一　分子的对称性
[目标导航]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。
教材　认知
1. 对称分子
（1）概念
（3）与分子性质的关系
对称轴　
对称面　
对称　
极性　
角度　
重叠　
手性　
单键　
不相同　
判断
√
√
√
√
探究　活动
如图，有人说“手性分子和镜像分子完全相同，能重合”，这句话对吗？ 　　（填 “对”或“不对”）。二者的关系是 　　。互为对映异构体的两种手性分子具 有 　　。构成不对称碳原子（手性碳原子）的条件是 　　　　　　　。
提示：不对　互为对映异构体　相反的旋光性　与碳原子连接的四个原子或基团均不 相同
研习　经典
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
解析：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像， 却在三维空间里不能重叠，互为对映异构体，但对映异构体的分子结构不同，其性质 也不完全相同，故A、C正确，D项不正确；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。
D
A. CH2Cl2 B. CH3CH2OH
C. CH3CH（CH3）2 D. CH3CH（CH3）CHClCOOH
解析：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。
D
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
解析：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。
B
解析：题给有机物中与—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　
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研习任务二　分子的极性
教材　认知
1. 极性分子与非极性分子
（1）极性分子：分子内存在正、负两极的分子。
（2）非极性分子：分子内不存在正、负两极的分子。
2. 分子极性的判断
非极性　
极性　
非极性　
极性　
非极性　
[思考]　在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中，以非极性键结合的非极性分子 是 　　；以极性键结合的具有直线形结构的非极性分子是 　　；以极性键结合的具有 正四面体形结构的非极性分子是 　　。
提示：N2　CS2　CH4。
CS2与CO2相似，是以极性键结合的直线形非极性分子；CH4中碳原子与氢原子形成极 性键，为正四面体结构，是非极性分子；N2是由非极性键结合的非极性分子。
√
×
×
×
×
探究　活动
（1）下列是九种物质的结构：
①上述九种物质中含非极性共价键的物质有哪些？
②上述九种物质中，哪些是非极性分子？哪些是极性分子？
提示：①P4中的P—P为非极性共价键，C60中的C—C为非极性共价键。
②P4、C60、CO2、BF3、CH4为非极性分子，HCN、H2O、NH3、CH3Cl为极性分子。
　 　 　 　
（2）已知H2O2分子的空间结构可在二面角中表示，如图所示：
①H2O2分子中共价键的类型有哪些？
②H2O2分子中正、负电荷重心是否重合？H2O2属于极性分子还是非极性分子？
提示：①H2O2分子中H—O为极性共价键，O—O为非极性共价键。
②不重合；H2O2属于极性分子。
重点　讲解
1. 非极性分子和极性分子
类型 非极性分子 极性分子
形成原因 正、负电荷
重心重合的分子 正、负电荷重心不重合的分子，使分子的某一部分呈正电性（δ＋），另一部分呈负电性（δ－）
存在的共价键 非极性键或极性键 非极性键或极性键
分子内原子排列 对称 不对称
示例 P4、CO2 H2O、CH3Cl
2. 键的极性与分子的极性关系
3. 键的极性对化学性质的影响
（1）羧酸酸性与pKa的关系
羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。
（2）羧酸的酸性大小与分子组成和结构的关系
①酸性强弱顺序
a.氟乙酸＞氯乙酸＞溴乙酸＞碘乙酸
b.三氯乙酸＞二氯乙酸＞一氯乙酸
c.三氟乙酸＞三氯乙酸＞三溴乙酸＞三碘乙酸
d.甲酸＞乙酸＞丙酸＞丁酸
②原因解释（以三氟乙酸＞三氯乙酸为例）
由于氟的电负性大于氯，F—C的极性大于Cl—C的极性，使F3C—的极性大于Cl3C— 的极性，导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性更大，更易电离出H＋，故酸性：三氟 乙酸＞三氯乙酸。
③烃基（R—）对羧酸酸性的影响
烃基（R—）是推电子基团，烃基越长推电子效应越大，使羧基中的羟基的极性越 小，羧酸的酸性越弱，故酸性：甲酸＞乙酸＞丙酸＞丁酸。
4. 分子极性的判断方法
（1）只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子。如O2、H2、P4、C60。
（2）含有极性键的双原子分子都是极性分子。如HCl、HF、HBr。
（3）含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的 是极性分子。
①化合价法：ABm型分子中，中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价电子数时， 该分子为非极性分子，此时分子的空间结构对称；若中心原子的化合价的绝对值不等 于其价电子数，则分子的空间结构不对称，其分子为极性分子，具体实例如下：
分子 BF3 CO2 PCl5 SO3 H2O NH3 SO2
中心原子化合价绝对值 3 4 5 6 2 3 4
中心原子价电子数 3 4 5 6 6 5 6
分子极性 非极性 非极性 非极性 非极性 极性 极性 极性
②ABn型分子极性的经验规律
a.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。
b.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、PCl3为极性分子。
（4）根据分子所含键的类型及分子空间结构判断
分子所含原子个数 键的极性 键角 空间结构 分子极性
单原子 He、Ne — — — 非极性分子
双原子 H2 非极性键 — 直线形 非极性分子
HCl 极性键 — 直线形 极性分子
三原子 H2O 极性键 104.5° 角形 极性分子
CO2 极性键 180° 直线形 非极性分子
四原子 BF3 极性键 120° 平面三角形 非极性分子
NH3 极性键 107.3° 三角锥形 极性分子
五原子 CH4 极性键 109°28' 正四面体形 非极性分子
CH3Cl 极性键 — 四面体形 极性分子
研习　经典
A. 极性分子构成的溶质一定易溶于极性溶剂，非极性分子构成的溶质一定易溶于非 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
C
解析：“相似相溶”规律是经验规律，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错误；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”，Br2难溶于H2O而易溶于CCl4，故B错 误；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，故C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错误。
A. CH4 B. CO2 C. SO3 D. NH3
解析：CH4空间结构为正四面体，结构对称，属于非极性分子；CO2空间结构为直线 形，结构对称，属于非极性分子；SO3空间结构为平面三角形，结构对称，属于非极 性分子；NH3空间结构为三角锥形，结构不对称，正、负电荷重心不重合，属于极性 分子，故选D。
D
3. 在①HF、②H2O、③NH3、④CS2、⑤CH4、⑥N2、⑦BF3分子中：
⑥　
④　
⑤　
③　
②　
⑦　
课时作业
A. CH4 B. C2H4 C. C2H2 D. CH3CH（Cl）Br
解析：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，又称手性碳原子，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。
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A. B.
C. D.
C
解析：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。
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A. SO2 B. NH3 C. BBr3 D. COCl2
解析：根据价电子对互斥模型可得四种分子的结构如下：
、 、 、 。SO2、NH3分子中含有极性键，正负 电荷重心不重合，为极性分子；C项，虽然BBr3分子中含有极性键，空间结构为平面 三角形，正负电荷重心重合，为非极性分子；D项，COCl2分子中正、负电荷的重心 不重合，为极性分子。
C
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A. SO2 B. HCHO C. CCl4 D. C2H5OH
解析：SO2、HCHO、C2H5OH均为极性分子，H2O也为极性分子，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。
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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；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。
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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
解析：NH3中的N原子采取sp3杂化，形成三角锥形结构，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，空间结构为正四面体形，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，空间结构为角形，为极性分子；CO2分子中碳采取sp杂化，空间结构为直 线形，为非极性分子，碳原子位于2个氧原子连线的中央。
C
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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
解析：因水分子为极性分子，CCl4、I2分子均为非极性分子，根据“相似相溶”原 理，碘单质在水中的溶解度很小，但在CCl4中的溶解度很大，故选D。
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A. 卤化氢易溶于水，也易溶于CCl4
B. 白磷（P4）易溶于CS2，但难溶于水
C. 碘易溶于苯，微溶于水
D. NaCl易溶于水，难溶于CCl4
解析：卤化氢、水是极性分子，CCl4、P4、CS2、碘、苯都是非极性分子，根据“相 似相溶”原理，卤化氢难溶于CCl4。
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①乳酸[CH3CH（OH）COOH]
②2－丁醇[CH3CH（OH）CH2CH3]
③
④丙三醇（ ）
A. 只有① B. ①和② C. ①②③ D. ①②③④
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A. 二者互为同分异构体
B. 二者是同一物质
C. 二者是手性分子
D. 二者互为同系物
解析：手性分子中应含有不对称碳原子，即同一个碳原子上连有四个不同的原子或基 团，所以二者不是手性分子；二者的分子式相同，结构也相同，故二者是同一物质。
B
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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和Q元素能形成两种只含极性键的极性分子
D. Z与X、Q元素均能形成直线形非极性分子
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解析：X元素原子的M能层的p轨道上有两个未成对电子且无空轨道，X为硫元素；Z 元素原子的L能层的p轨道有一个空轨道，Z为碳元素；Q元素原子的L能层的p轨道上 只有一对成对电子，Q为氧元素；T元素原子M能层上p轨道有3个未成对电子，T为磷 元素。白磷的空间结构为正四面体形，A正确；CO与N2分子互为等电子体，CO与N2 具有相同的结构，故CO的结构式为C≡O，其中含有1个σ键和2个π键，B正确；SO2为 角形分子，属于极性分子，SO3为平面三角形结构，属于非极性分子，C错误；CS2与 CO2互为等电子体，两者结构相似，为直线形分子，属于非极性分子，D正确。
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12. 在HF、H2S、NH3、CO2、CCl4、N2、C60、SO2分子中：
解析：HF是以极性键形成的极性分子；H2S中心原子S的孤电子对数为2，成键电子对 数为2，价电子对数为4，S原子sp3杂化，空间结构为角形分子，H2S是极性键形成的 极性分子；NH3中心原子N的孤电子对数为1，成键电子对数为3，价电子对数为4，N 原子sp3杂化，NH3为三角锥形结构，NH3是极性键形成的极性分子；CO2中心原子C 的孤电子对数为0，成键电子对数为2，价电子对数为2，C原子sp2杂化，CO2为直线形 结构，CO2是极性键形成的非极性分子；CCl4中心原子C的孤电子对数为0，成键电子 对数为4，价电子对数为4，C原子sp3杂化，CCl4为正四面体结构，CCl4是极性键形成 的非极性分子；N2是非极性键形成的非极性分子；C60是非极性键形成的非极性分 子；SO2中心原子S的孤电子对数为1，成键电子对数为2，价电子对数为3，S原子sp2 杂化，SO2为角形结构，SO2是极性键形成的极性分子。
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解析：（1）以非极性键相结合的非极性分子是N2、C60。
解析：（2）以极性键相结合，具有直线形结构的非极性分子是CO2。
解析：（3）以极性键相结合，具有正四面体结构的非极性分子是CCl4。
解析：（4）以极性键相结合，具有三角锥形结构的极性分子是NH3。
解析：（5）以极性键相结合，具有角形结构的极性分子是H2S、SO2。
N2、C60
CO2
CCl4
NH3
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解析：（6）以极性键相结合的极性分子是HF、H2S、NH3、SO2，而且极性最大的分 子是HF。
HF
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13. 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：
解析：HCl是由极性键形成的极性分子；根据价电子对互斥模型可知，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。
CS2　
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（2）实验测得：μ（PF3）＝1.03、μ（BCl3）＝0。
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，是平面三角形结 构；B的杂化方式是sp2。
三角锥形　
平面三角形
sp2　
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解析：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 。
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14. 已知N、P同属于元素周期表的ⅤA族元素。NH3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°。
解析：N4分子呈正四面体形，是一种非极性分子。
非极性　
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解析：NH3分子与PH3分子互为等电子体，结构相似，P—H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，为极性分子。
相似　
有　
有　
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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
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