2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第2章 化學(xué)鍵與分子間作用力 第2節(jié) 第2課時(shí) 分子的空間構(gòu)型與分子性質(zhì)學(xué)案 魯科版選修3.doc

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第2課時(shí)　分子的空間構(gòu)型與分子性質(zhì) 1．知道手性分子的概念，會(huì)判斷手性碳原子。 2．了解等電子原理。 3．了解分子的手性以及手性分子在生產(chǎn)、生活和醫(yī)療中的應(yīng)用。 4．了解分子的極性以及分子的極性與共價(jià)鍵的極性、分子的空間結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。(重點(diǎn)) 分 子 的 對(duì) 稱 性 [基礎(chǔ)初探] 教材整理1　對(duì)稱分子 1．概念 依據(jù)對(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)或借助對(duì)稱面的反映能夠復(fù)原的分子。 2．性質(zhì) 具有對(duì)稱性。 3．與分子性質(zhì)的關(guān)系 分子的極性、旋光性及化學(xué)性質(zhì)都與分子的對(duì)稱性有關(guān)。 (1)CH4分子是面對(duì)稱。(√) (2)NH3和H2O分子是面對(duì)稱。() (3)CH3—CH3分子是軸對(duì)稱。(√) (4)分子的對(duì)稱性對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有一定影響。(√) 教材整理2　手性分子 1．手性 一種分子和它在鏡中的像，就如同人的左手和右手，相似而不完全相同，即它們不能重疊。 2．手性分子 具有手性的分子。一個(gè)手性分子和它的鏡像分子構(gòu)成一對(duì)異構(gòu)體，分別用D和L標(biāo)記。 3．手性碳原子 四個(gè)不同的原子或原子團(tuán)連接的碳原子。 4．應(yīng)用 (1)手性分子縮合制蛋白質(zhì)和核酸。 (2)分析藥物有效成分異構(gòu)體的活性和毒副作用。 (3)藥物的不對(duì)稱合成。 分子中含幾個(gè)手性碳原子。 【提示】　2個(gè)。 [核心突破] 1．對(duì)稱軸：以通過兩個(gè)碳原子的連線為軸線旋轉(zhuǎn)120或240時(shí)，分子完全恢復(fù)原狀，我們稱這條連線為對(duì)稱軸。 2．對(duì)稱面：如甲烷分子，通過與碳原子相連的兩個(gè)氫原子所構(gòu)成的平面，分子被分割成相同的兩部分，我們稱這個(gè)平面為對(duì)稱面。 3．碳原子形成雙鍵或叁鍵時(shí)不是手性碳原子，手性碳原子和非手性碳原子可以通過化學(xué)反應(yīng)相互轉(zhuǎn)化。 4．含有手性碳原子的分子是手性分子。 [題組沖關(guān)] 1．下列分子為手性分子的是(　　) A．CH2Cl2 B． C． D．CH3CH2COOCH2CH3 【解析】　B項(xiàng)乳酸分子的中間碳原子連—CH3、—H、—OH、—COOH四種不同的原子和原子團(tuán)，為手性分子。 【答案】　B 2．有機(jī)物具有手性，發(fā)生下列反應(yīng)后，生成的分子仍有手性的是(　　) ①與H2發(fā)生加成反應(yīng)?、谂c乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)?、郯l(fā)生水解反應(yīng)?、馨l(fā)生消去反應(yīng) A．①② B．②③ C．①④ D．②④ 【解析】　原有機(jī)物中與—OH相連的碳原子為手性碳原子，與H2加成后，該碳原子連有兩個(gè)乙基，不再具有手性；與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)后，該碳原子所連四個(gè)取代基不同，仍具有手性；發(fā)生水解反應(yīng)后，該碳原子所連四個(gè)取代基也不同，仍具有手性；當(dāng)發(fā)生消去反應(yīng)時(shí)，原手性碳原子生成雙鍵后不再具有手性。故選B項(xiàng)。 【答案】　B 3．如下圖中兩分子的關(guān)系是(　　) A．互為同分異構(gòu)體 B．是同一種物質(zhì) C．是手性分子 D．互為同系物 【解析】　本題很容易看成為鏡面對(duì)稱結(jié)構(gòu)而選擇手性分子，但根據(jù)手性分子的判斷方法，根本找不到手性碳原子，所以不是手性分子；分子相同，構(gòu)型相同，是同一種物質(zhì)。 【答案】　B 【規(guī)律方法】　分子是否表現(xiàn)手性的判斷 分子表現(xiàn)手性，是因?yàn)槠浜惺中蕴荚印Ｈ绻粋€(gè)碳原子所連接的四個(gè)原子或基團(tuán)各不相同，那么該碳原子稱為手性碳原子，用*C來表示。例如，R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基團(tuán)。所以，判斷一種有機(jī)物分子是否具有手性，就看其含有的碳原子是否連有四個(gè)不同的原子或基團(tuán)。 分 子 的 極 性 [基礎(chǔ)初探] 教材整理1　極性分子與非極性分子 NH3、CH4、H2O、CO2四種分子正負(fù)電荷重心重合的是CH4、CO2，正負(fù)電荷重心不重合的是NH3、H2O。 教材整理2　分子極性的判斷 1. 2. 1．由極性鍵形成的分子，一定是極性分子嗎？ 【提示】　不一定。 2．由非極性鍵形成的分子一定是非極性分子嗎？ 【提示】　一定。 教材整理3　等電子原理 1．內(nèi)容：化學(xué)通式相同且價(jià)電子總數(shù)相等的分子或離子具有相同的空間構(gòu)型和化學(xué)鍵類型等結(jié)構(gòu)特征。 2．應(yīng)用：(1)判斷一些簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。 ①SO、PO等離子具有AX4通式，價(jià)電子總數(shù)為32，中心原子采取sp3雜化，呈四面體空間構(gòu)型。 ②SO、PO等離子具有AX3通式，價(jià)電子總數(shù)為26，中心原子采取sp3雜化，由于存在一對(duì)孤對(duì)電子，分子空間構(gòu)型呈三角錐形。 (2)利用等電子體在性質(zhì)上的相似性制造新材料。 (3)利用等電子原理針對(duì)某物質(zhì)找等電子體。 [合作探究] [探究問題] 對(duì)CH4和CH3Cl分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，完成填空。 1．兩分子中化學(xué)鍵都為σ鍵(填σ或π)，屬于極性共價(jià)鍵。 2．CH4為非極性分子，CH3Cl為極性分子。 3．通常情況下，更易發(fā)生取代反應(yīng)的是CH3Cl。 [核心突破] 1．分子的極性與分子空間構(gòu)型 分子類型 鍵的極性 分子構(gòu)型 分子極性 代表物 單原子分子 非極性 He、Ne等稀有氣體 雙原子 分子 A2 非極性鍵 直線形(對(duì)稱) 非極性 H2、O2、Cl2、N2等單質(zhì) AB 極性鍵 直線形(不對(duì)稱) 極性 HF、HCl、CO、NO等 三原子分子 AB2 極性鍵 直線形(對(duì)稱) 非極性 CO2、CS2(鍵角180)等 A2B 極性鍵 V形(不對(duì)稱) 極性 H2O(鍵角104.5) 等 四原子分子 AB3 極性鍵 平面三角形(對(duì)稱) 非極性 BF3、BCl3等 AB3 極性鍵 三角錐形(不對(duì)稱) 極性 NH3(鍵角107.3)等 A4 非極性鍵 正四面體形(對(duì)稱) 非極性 P4 五原子分子 AB4 極性鍵 正四面體形(對(duì)稱) 非極性 CH4、CCl4(鍵角109.5)等 ABnC4－n（0＜n＜4且為整數(shù)） 極性鍵 四面體形(不對(duì)稱) 極性 CHCl3、CH2Cl2等 2.分子或離子空間構(gòu)型的確定——等電子原理 (1)互為等電子體應(yīng)滿足的條件 ①化學(xué)通式相同。 ②價(jià)電子總數(shù)相等。 (2)等電子原理的應(yīng)用 ①利用等電子原理可以判斷一些簡單分子或離子的立體構(gòu)型。如NH3和H3O＋的空間構(gòu)型相似(三角錐形)；SiCl4、SO、PO都呈正四面體構(gòu)型。 ②等電子體不僅有相似的空間構(gòu)型，且有相似的性質(zhì)。 [題組沖關(guān)] 1．下列分子中，各原子均處于同一平面上的是(　　) A．NH3 B．CCl4 C．H2O D．CH4 【解析】　NH3中氮原子為sp3雜化，呈三角錐形；CCl4、CH4中碳原子為sp3雜化，呈正四面體形；H2O中的氧原子也為sp3雜化，呈V形，三點(diǎn)共面。 【答案】　C 2．下列說法正確的是(　　) A．由極性鍵構(gòu)成的分子都是極性分子 B．含非極性鍵的分子一定是非極性分子 C．極性分子一定含有極性鍵，非極性分子一定含有非極性鍵 D．以極性鍵結(jié)合的雙原子分子一定是極性分子 【解析】　由極性鍵構(gòu)成的分子若空間構(gòu)型均勻?qū)ΨQ，則分子是非極性分子，A項(xiàng)說法錯(cuò)誤；含非極性鍵的分子也可能含有極性鍵，分子也可能是極性分子，如CH3CH2OH等，B項(xiàng)說法錯(cuò)誤；CO2是由極性鍵形成的非極性分子，C項(xiàng)說法錯(cuò)誤；以極性鍵結(jié)合的雙原子分子都是極性分子，D項(xiàng)說法正確。 【答案】　D 3．用一帶靜電的玻璃棒靠近A、B兩種純液體流，現(xiàn)象如圖所示，據(jù)此分析，A、B兩種液體分子的極性正確的是(　　) A．A是極性分子，B是非極性分子 B．A是非極性分子，B是極性分子 C．A、B都是極性分子 D．A、B都是非極性分子 【解析】　由圖示用一帶靜電的玻璃棒靠近A時(shí)，A不偏轉(zhuǎn)，說明A無極性，靠近B時(shí)，B偏轉(zhuǎn)，說明B有極性。 【答案】　B 4．在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中： (1)以非極性鍵結(jié)合的非極性分子是________； (2)以極性鍵結(jié)合的具有直線形結(jié)構(gòu)的非極性分子是________________； (3)以極性鍵結(jié)合的具有正四面體形結(jié)構(gòu)的非極性分子是_____________； (4)以極性鍵結(jié)合的具有三角錐形結(jié)構(gòu)的極性分子是_______________； (5)以極性鍵結(jié)合的具有sp3雜化軌道結(jié)構(gòu)的分子是__________________。 【解析】　HF是含有極性鍵的雙原子分子，為極性分子；H2O中氧原子采取sp3雜化方式，與H原子形成極性鍵，為極性分子；NH3中有極性鍵，N原子采取sp3雜化，三角錐形結(jié)構(gòu)；CS2與CO2相似，極性鍵、直線形非極性分子；CH4中C原子采取sp3雜化方式與H原子形成極性鍵，正四面體構(gòu)型，非極性分子；N2是由非極性鍵結(jié)合的非極性分子。 【答案】　(1)N2　(2)CS2　(3)CH4　(4)NH3　 (5)NH3、H2O、CH4 【規(guī)律方法】　判斷分子極性的方法 (1)根據(jù)分子的對(duì)稱性判斷 分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱，正電荷重心和負(fù)電荷重心重合，則為非極性分子，正、負(fù)電荷重心不重合，則為極性分子。 (2)根據(jù)鍵的極性判斷 (3)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律 ①化合價(jià)法：若中心原子A的化合價(jià)的絕對(duì)值等于該元素所在的主族序數(shù)，則為非極性分子，否則為極性分子。 ②孤對(duì)電子法：若中心原子有孤對(duì)電子則為極性分子，否則為非極性分子。如BF3、CO2等為非極性分子，NH3、H2O、SO2等為極性分子。 5．下列微粒與SO是等電子體的是(　　) A．NO B．BF3 C．PO D．SO3 【答案】　C 6．下列各組微粒屬于等電子體的是(　　) A．12CO2和14CO B．H2O和NH3 C．NO＋和CN－ D．NO和CO 【解析】　根據(jù)等電子體的條件①原子總數(shù)相同，②最外層電子數(shù)之和相等判斷，NO＋和CN－屬于等電子體。 【答案】　C 7． 1919年，Langmuir提出等電子原理：原子數(shù)相同、電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體。等電子體的結(jié)構(gòu)相似、物理性質(zhì)相近。 (1)根據(jù)上述原理，僅由第二周期元素組成的共價(jià)分子中，互為等電子體的是：________和________；________和________。 (2)此后，等電子原理又有所發(fā)展。例如，由短周期元素組成的粒子，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，也可互稱為等電子體，它們也具有相似的結(jié)構(gòu)特征。由短周期元素組成的物質(zhì)中，與NO互為等電子體的分子有________。 【解析】　(1)僅由第二周期元素組成的共價(jià)分子中，即C、N、O、F組成的共價(jià)分子，N2與CO均為14個(gè)電子，N2O與CO2均為22個(gè)電子，符合題意。 (2)依據(jù)等電子原理的發(fā)展，只要原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和也相同，即可互稱等電子體，NO是三原子構(gòu)成的離子，其外層電子數(shù)(即價(jià)電子)之和為5＋62＋1＝18，SO2、O3也是三原子，價(jià)電子總數(shù)為63＝18。 【答案】　(1)N2　CO　N2O　CO2　(2)SO2、O3