《分子的空间结构与分子性质》参考教案

学而优，教有方11/11第2课时分子的空间结构与分子性质发展目标体系构建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(1)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。(2)性质具有对称性。(3)与分子性质的关系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(1)手性一些分子本身和它们在镜中的像，就如同人的左手和右手，相似但不能重叠。(2)手性分子具有手性的分子叫做手性分子。一个手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体。(3)不对称碳原子对于仅通过单键连接其他原子的碳原子，当所连接的四个原子或基团均不相同时，这个碳原子称为不对称碳原子。(4)应用①手性分子缩合制蛋白质和核酸。②分析药物有效成分异构体的生物活性和毒副作用。③药物的不对称合成。微点拨：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。互为对映异构体的两种手性分子具有相反的旋光性。二、分子中的电荷分布与极性1．分子极性的实验探究实验操作在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流现象四氯化碳液流方向不变水流方向发生改变结论四氯化碳液流与橡胶棒之间无电性作用水流与橡胶棒之间有电性作用解释四氯化碳分子中无正极和负极之分水分子中存在着带正电荷的正极和带负电荷的负极2.极性分子和非极性分子类别极性分子非极性分子概念分子内存在正、负两极的分子分子内不存在正、负两极的分子双原子分子分子内含极性键分子内含非极性键多原子分子分子内含极性键，分子空间结构不对称分子内只含非极性键或分子空间结构对称微点拨：“相似相溶”原理是指极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。3．分子极性的判断1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)CH4分子是面对称。 ()(2)NH3和H2O分子是面对称。 ()(3)由极性键构成的分子都是极性分子。 ()(4)含有不对称碳原子的分子都是极性分子。 ()2．下列化合物中含3个不对称碳原子的是()3．请写出表中分子的空间结构，判断其中哪些属于极性分子，哪些属于非极性分子。手性分子(素养养成——宏观辨识与微观探析)1．有人说“手性分子和镜像分子完全相同，能重合”，对吗？二者什么关系？2．构成不对称碳原子(手性碳原子)的条件？1．手性异构体与手性分子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，互称为手性异构体。有手性异构体的分子叫做手性分子。2．手性分子的成因当四个不同的原子或基团连接在同一个碳原子上时，这个碳原子是不对称碳原子。这种分子和它“在镜中的像”就不能重叠，因而表现为“手性”。手性分子中的不对称碳原子称为手性碳原子。例如，CHBrClF是一个简单的手性分子，如图1所示的两个分子互为镜像。又如，丙氨酸分子(手性碳原子上连接—H、—CH3、—NH2、—COOH)的手性如图2所示。3．手性合成生产手性药物必须把手性异构体分离开，因为手性异构体药物分子中往往是一种能治病、没有毒副作用，而另一种却有毒副作用。按照获得2001年诺贝尔化学奖的三位科学家的合成方法，可以只得到一种或者主要只得到一种手性分子，不得到或者基本上不得到它的手性异构体，这种独特的合成方法称为手性合成。手性催化剂只催化或者主要催化一种手性分子的合成。手性分子在生命科学和生产手性药物方面有广泛的应用。手性合成是当代化学的热点之一，是21世纪化学研究的重要领域。【例1】下列分子含有手性碳原子，属于手性分子的是()分子是否表现手性的判断分子表现手性，是因为其含有手性碳原子。如果一个碳原子所连接的四个原子或基团各不相同，那么该碳原子称为手性碳原子，用*C来表示。例如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．下列有机物分子具有手性异构体的是()2．下图中两分子的关系是()A．互为同分异构体 B．是同一种物质C．是手性分子 D．互为同系物判断分子极性的方法(素养养成——证据推理与模型认知)1．双原子形成的分子一定是非极性分子吗？2．极性分子的电荷分布不均匀，非极性分子的电荷分布均匀吗？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．判断ABn型分子极性的经验规律(1)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。(2)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对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且为整数)极性键四面体形(不对称)极性CHCl3、CH2Cl2等【例2】研究表明：H2O2具有立体结构，两个氢原子像在一本半展开的书的两页纸上，两页纸面的夹角为94°，氧原子在书的夹缝上，O—H键与O—O键之间的夹角为97°。下列说法错误的是()A．H2O2分子中既含极性键，又含非极性键B．H2O2为极性分子C．H2O2分子中的两个O原子均是sp3杂化D．H2O2分子中既有σ键，又有π键1．下列说法正确的是()A．由极性键构成的分子都是极性分子B．含非极性键的分子一定是非极性分子C．极性分子一定含有极性键，非极性分子一定含有非极性键D．以极性键结合的双原子分子一定是极性分子2．在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中：(1)以非极性键结合的非极性分子是________。(2)以极性键结合的具有直线形结构的非极性分子是________________。(3)以极性键结合的具有正四面体形结构的非极性分子是________________。(4)以极性键结合的具有三角锥形结构的极性分子是____________________。(5)以极性键结合的具有sp3杂化轨道结构的分子是__________________。1．下列分子为手性分子的是()2．实验测得BeCl2为共价化合物，两个Be—Cl键间的夹角为180°。由此可见，BeCl2属于()A．由极性键构成的非极性分子B．由极性键构成的极性分子C．由非极性键构成的极性分子D．由非极性键构成的非极性分子3．下列分子中，属于含有极性键的非极性分子的是()A．H2O B．Cl2C．NH3 D．CCl44．(素养题)相似相溶规律：一般来说，由极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂。以下事实不能用相似相溶规律解释的是()A．HCl易溶于水 B．I2易溶于CCl4C．Cl2可溶于水 D．NH3难溶于苯5．A、B、C、D、E为五种由短周期元素构成的微粒，它们都有10个电子，其结构特点如下：微粒ABCDE原子核数双核多核单核多核多核电荷数1－02＋1＋0其中：B是由极性键构成的4原子分子，A和D可以形成B和E。(1)A、C、E的化学式是：A__________、C__________、E________。(2)B分子是________分子(填“极性”或“非极性”)，室温下，等物质的量的B与盐酸反应后，溶液pH________7(填“<”“>”或“＝”)。(3)B、E两种分子的空间结构分别为B________、E________。

参考答案1．√××√2．C[A项中含有1个不对称碳原子，B项中含有2个不对称碳原子，D项中含有1个不对称碳原子。]3．[解析]由于O2、CO2、BF3、CCl4空间结构对称，所以它们均为非极性分子；HF、H2O、NH3的空间结构不对称，所以它们均为极性分子。[答案]1．提示：手性分子，是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子。这种情形像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对映。由于是三维结构，它们不管怎样旋转都不会重合，就像左手和右手那样，称这两种分子具有手性，又叫手性分子。因此一个手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体。2．提示：与碳原子连接的四个原子或基团均不相同。【例1】C[抓住“手性”的含义，碳原子上连接有四个不同的原子或原子团，即为手性碳原子。]1．C[存在手性异构体的分子中至少存在1个连有四个不同原子或基团的碳原子。因此4个选项中只有C项中存在手性异构体，中标有“*”的碳原子是手性碳原子，其余碳原子均不是手性碳原子。]2．B[本题很容易看成为镜面对称结构而选择手性分子，但根据手性分子的判断方法，根本找不到手性碳原子，所以不是手性分子；分子相同，结构相同，是同一种物质。]1．提示：不是。两个同种原子形成的单质一定是非极性分子，但是由两个不同原子形成的化合物分子一定是极性分子。2．提示：非极性分子的空间结构对称，因此电荷分布均匀，不显极性；极性分子的空间结构不对称，因此电荷分布不均匀，显示极性。【例2】D[H2O2分子中存在2个O—H极性键和1个O—O非极性键，A项正确；根据H2O2的结构可知，H2O2分子中正、负电荷重心不重合，H2O2为极性分子，B项正确；H2O2分子中两个O原子都分别形成1个O—Hσ键和1个O—Oσ键，O原子上还有两对孤电子，两个O原子均为sp3杂化，C项正确；H2O2分子中只有单键，故只有σ键，没有π键，D项错误。]1．D[由极性键构成的分子若空间结构均匀对称，则分子是非极性分子，A项说法错误；含非极性键的分子也可能含有极性键，分子也可能是极性分子，如CH3CH2OH等，B项说法错误；CO2是由极性键形成的非极性分子，C项说法错误；以极性键结合的双原子分子都是极性分子，D项说法正确。]2．[解析]HF是含有极性键的双原子分子，为极性分子；H2O中氧原子采取sp3杂化方式，与H原子形成极性键，为极性分子；NH3中有极性键，N原子采取sp3杂化，三角锥形结构；CS2与CO2相似，以极性键结合的直线形非极性分子；CH4中C原子采取sp3杂化方式与H原子形成极性键，正四面体结构，非极性分子；N2是由非极性键结合的非极性分子。[答案](1)N2(2)CS2(3)CH4(4)NH3(5)NH3、H2O、CH41．B[手性分子中应含有手性碳原子，根据手性碳原子的定义可知，手性碳原子上连有四个不同的原子或基团。B项分子中，中间碳原子上连有—CH3、—H、—NH2、—COOH四种不同的原子或基团，故该分子是手性分子。]2．A[Be—Cl共价键为不同元素的原子间形成的极性键，BeCl2为直线形对称结构，故为非极性分子。]3．D[H2O分子中O—H键为极性键，H2O分子为角形，结构不对称，是极性分子；Cl2是双原子单质分子，Cl—Cl键是非极性键，属含非极性键的非极性分子；NH3分子中N—H键是极性键，分子结构是三角锥形，N原子位于顶端，正、负电荷重心不重合，是极性分子；CCl4分子中C—Cl键是极性键，分子结构呈正四面体形，C原子位于正四面体中心，四个Cl原子分别