苏教版 (2019)选择性必修2第一单元 分子的空间结构第3课时学案设计

这是一份苏教版 (2019)选择性必修2第一单元 分子的空间结构第3课时学案设计，共10页。学案主要包含了分子的极性，手性分子等内容，欢迎下载使用。

一、分子的极性
1．极性分子和非极性分子
(1)极性分子：正电荷重心和负电荷重心不相重合的分子。如HCl、CO、NH3等。
(2)非极性分子：正电荷重心和负电荷重心相重合的分子。如H2、CO2、CH4等。
2．分子极性的判断方法
(1)双原子分子
相同元素原子构成的单质分子，分子的正、负电荷重心相重合，为非极性分子。
不同元素原子构成的双原子分子，分子的正、负电荷重心不相重合，为极性分子。
(2)多原子分子
如果形成分子的共价键均为非极性键，并且分子的正、负电荷重心重合，为非极性分子。
如果形成分子的共价键为极性键，若分子空间结构为对称结构，则为非极性分子，如CO2；若分子空间结构为非对称结构，则为极性分子，如H2O。
3．分子的极性对物质性质的影响
(1)分子的极性对物质的熔点、沸点、溶解性等物理性质有显著的影响。一般情况下，极性分子的熔、沸点比非极性分子的熔、沸点高。
(2)相似相溶规则
一般情况下，由极性分子构成的物质易溶于极性溶剂，如NH3易溶于水；由非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂，如I2易溶于CCl4。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子。(√)
(2)以极性键结合起来的分子一定是极性分子。(×)
(3)非极性分子只能是双原子单质分子。(×)
(4)非极性分子中一定含有非极性键。(×)
(5)中心原子采用sp3杂化的ABn型分子一定易溶于水。(×)
二、手性分子
1．手性异构体和手性分子
组成和原子的排列方式完全相同，但如同左手和右手一样互为镜像(对映异构)，在三维空间里不能重叠的一对分子互称手性异构体。有手性异构体的分子称为手性分子。
2．手性碳原子
当四个不同的原子或基团连接在碳原子上时，形成的化合物存在手性异构体。其中，连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。
3．手性异构体的性质
一对手性异构体的物理性质(如沸点、熔点、密度等)基本相同，但它们的旋光性和生理作用往往不同。
下列分子是手性分子吗？若是，用*标出手性碳原子。
(1)(CH3)2CHCOOH (2)CHBrCl2
(3)CH3CH2COOH (4)CH3CH(NH2)COOH
[答案] (1)不是 (2)不是 (3)不是 (4)是 CH3eq \(C,\s\up6(*))H(NH2)COOH
磷化氢，又名膦，分子式：PH3，一种无色，剧毒，有芥末和大蒜的特有臭味，易燃的气体，不溶于热水，微溶于冷水，溶于乙醇、乙醚。磷化氢作用于细胞酶，影响细胞代谢，发生窒息。其主要损害神经系统、呼吸系统、心脏、肾脏及肝脏。储存于钢瓶内的液化压缩气体。
[问题1] 磷化氢分子中，磷原子价层电子对数为多少？轨道采用怎样的杂化方式？
[提示] 4。sp3。
[问题2] 磷化氢分子和氨气分子的空间结构相同，二者键角大小关系如何？解释原因。
[提示] 键角：磷化氢分子小于氨气分子，电负性：N>P，键长：P—H>N—H，成键电子对斥力：N—H>P—H，由于孤电子对对成键电子对的排斥造成键角：磷化氢分子小于氨气分子。
[问题3] 磷化氢分子和氨气分子是极性分子还是非极性分子？
[提示] 极性分子。
[问题4] N、P属于同主族元素，磷化氢不溶于热水，微溶于冷水，溶于乙醇、乙醚；氨气极易溶于水，难溶于乙醇、乙醚。解释二者溶解性差异的原因。
[提示] 氨气与水分子之间已形成氢键，磷化氢不能与水形成氢键。磷化氢极性小于氨气，故能溶于乙醇、乙醚。
分子极性的判断方法
1．双原子分子
分子的极性取决于成键原子之间的共价键是否有极性。以极性键结合的双原子分子是极性分子，以非极性键结合的双原子分子是非极性分子。
2．多原子分子
分子的极性取决于分子的空间结构，与键的极性无关。若分子的空间结构是对称的，则是非极性分子，例：CH4、CO2、BF3；若分子的空间结构是不对称的，则是极性分子，例：NH3、H2O、CCl3F、CH2Cl2。
3．根据中心原子的价电子参与成键情况判断
(1)常见的多原子分子，若中心原子的价电子全部参与成键，形成的分子空间结构往往是对称的，该分子是非极性分子，如三原子分子CO2、CS2(直线形)、四原子分子BF3(平面三角形)、五原子分子CH4、CCl4(正四面体)以及C2H2、C2H4、C6H6等都是非极性分子。
(2)若中心原子有不参与成键的电子，形成的分子空间结构往往是不对称的，其分子是极性分子。如H2O、H2S、SO2(V形)，NH3(三角锥型)。
(3)空间结构对称，但化学键不等性的分子也是极性分子。如CH3Cl、C6H5Br等。
4．具体关系和实例
1．下列选项中，键的极性相同，分子极性也相同的是( )
A．H2O、CO2B．PCl3、SO3
C．BF3、NF3D．COCl2、CH2O
D [H2O和CO2中的键均为极性键，H2O是极性分子，CO2是非极性分子，故A错误；PCl3、SO3中的键均为极性键，PCl3是极性分子，SO3是非极性分子，故B错误；BF3、NF3中的键均为极性键，BF3是非极性分子，NF3是极性分子，故C错误；COCl2、CH2O中的键均为极性键，分子极性大致相同，故D正确。]
2．镍粉在CO中低温加热，生成无色挥发性液态Ni(CO)4，呈正四面体结构。则下列可作为溶解Ni(CO)4的溶剂是( )
A．水B．四氯化碳
C．盐酸D．氯化钠溶液
B [Ni(CO)4是无色挥发性液态，熔点低，说明Ni(CO)4是分子晶体，呈正四面体结构，说明Ni(CO)4是非极性分子，根据“相似相溶规则”，Ni(CO)4能溶于四氯化碳，选B。]
3．下列说法不正确的是( )
A．乳酸分子()是手性分子
B．水蒸气、液态水和冰中均存在氢键
C．硫难溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2，说明分子极性：H2O>C2H5OH>CS2
D．酸性：CCl3COOH>CHCl2COOH>CH3COOH是因为Cl原子为吸电子基，使得O—H键极性增强，易电离出H＋
B [碳原子周围有4个不同的原子或原子团，该碳为手性碳原子；乳酸分子()中与羟基相连的碳原子是手性碳原子，乳酸分子是手性分子，故A正确； 液态水和冰中均存在氢键，水蒸气中水分子间距离较大，分子间不能产生氢键，故B错误；C． 根据“相似相溶规则”，硫难溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2，说明分子极性：H2O>C2H5OH>CS2，故C正确；酸性：CCl3COOH>CHCl2COOH>CH3COOH是因为Cl原子为吸电子基，使得O—H键极性增强，易电离出H＋，故D正确。]
4．下列对分子性质的解释中，不正确的是( )
A．碘易溶于四氯化碳，甲烷难溶于水都可用“相似相溶”规律解释
B．过氧化氢是含有极性键和非极性键的极性分子
C．水很稳定(1 000 ℃以上才会部分分解)是因为水中含有大量的氢键
D．青蒿素的分子式为C15H22O5，结构如图所示，该分子中包含7个手性碳原子
C [碘是非极性分子，易溶于非极性溶剂四氯化碳，甲烷属于非极性分子，难溶于极性溶剂水，所以都可用“相似相溶规则”解释，A正确；过氧化氢中含有极性键O—H和非极性键O—O，其正电荷重心和负电荷重心不相重合，属于极性分子，B正确；水很稳定(1 000 ℃以上才会部分分解)是因为水中含有的H—O键非常稳定，与分子间氢键无关，C错误；手性碳原子连接的4个原子或原子团互不相同，根据青蒿素的结构图，可知该分子中包含7个手性碳原子，如图：，D正确。]
1．(双选)根据已知的分子极性对相关分子结构判断正确的是( )
AC [KrF2空间结构是直线型，键角180°，是非极性分子，故A正确；O2F2可类似H2O2，H—O—O—H，单看其中一个O，氧原子形成2个σ键，含有2对孤电子对，O原子及其连接的H原子、O原子形成V形结构，故B错误；BF3分子结构是平面正三角形，B原子位于正三角形的中心，该分子中正负电荷重心重合，为非极性分子，故C正确；SF4中心S原子的价层电子对数为4＋eq \f(1,2)×(6－1×4)＝5，有1个孤电子对对数，空间结构是四面体型，分子中正负电荷重心不重合，为极性分子，故D错误。]
2．(双选)下列事实中可以用“相似相溶”原理说明的是( )
A．HCl易溶于水 B．I2可溶于水
C．Cl2可溶于水D．I2易溶于苯
AD [一般情况下，由极性分子构成的物质易溶于极性溶剂，由非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂，HCl是极性分子，I2、Cl2是非极性分子，H2O是极性溶剂，苯是非极性溶剂，所以HCl易溶于水，I2易溶于苯，A、D符合题意。]
3．手性分子是指在分子结构中，当a、b、x、y为彼此互不相同的原子或原子团时，称此分子为手性分子，中心碳原子为手性碳原子。下列分子中指定的碳原子(用*标记)不属于手性碳原子的是( )
A [HOOC—CH2—CHOH—COOH中*号碳原子上连有两个一样的氢原子，不是手性碳原子，故A正确；中*号碳原子上连有四个不一样的基团：氢原子、甲基、羧基和氨基，是手性碳原子，故B错误；中*号碳原子上连有四个不一样的基团：氢原子、—CH2OH、羟基以及剩余的取代基，是手性碳原子，故C错误；中*号碳原子上连有四个不一样的基团：氢原子、—CH2OH、羟基以及醛基，是手性碳原子，故D错误。]
4．下列关于丙氨酸(如图)的说法正确的是( )
Ⅰ Ⅱ
A．Ⅰ和Ⅱ的结构和性质完全不同
B．Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，具有不同的分子极性
C．Ⅰ和Ⅱ都属于非极性分子
D．Ⅰ和Ⅱ中化学键的种类与数目完全相同
D [从题图可看出，丙氨酸的分子中有1个碳原子与—H、—CH3、—NH2和—COOH相连，是手性碳原子，故丙氨酸分子有手性异构体。虽然Ⅰ和Ⅱ的结构不同，但由于其所含官能团相同，化学性质相似，A错误；Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称，因此分子的极性相同，B错误；Ⅰ和Ⅱ的空间结构不对称，故均是极性分子，C错误；Ⅰ和Ⅱ中化学键的种类(极性键和非极性键、σ键和π键、单键和双键)和数目完全相同，D正确。]
5．Ⅰ.有以下物质：①HF ②Cl2 ③H2O ④N2 ⑤C2H4
(1)只含有极性键的是________。
(2)只含有非极性键的是________。
(3)既有极性键又有非极性键的是________。
(4)只含有σ键的是________。
(5)既有σ键又有π键的是________。
(6)属于极性分子的是________。
(7)属于非极性分子的是________。
Ⅱ.COCl2分子的结构式为，COCl2分子内含有________(填选项字母)。
A．4个σ键B．2个σ键、2个π键
C．2个σ键、1个π键D．3个σ键、1个π键
[解析] Ⅰ.(1)由不同种非金属元素形成的共价键是极性键，则只含有极性键的是①③。
(2)由同种非金属元素形成的共价键是非极性键，则只含有非极性键的是②④。
(3)既含有极性键又含有非极性键的是⑤。
(4)单键都是σ键，双键或三键中既有σ键也有π键，所以只含有σ键的是①②③。
(5)既含有σ键又含有π键的是④⑤。
(6)分子中各键全部为非极性键时，分子是非极性的(O3除外)。当一个分子中各个键完全相同，都为极性键，但分子的构型是对称的，则分子是非极性的，属于极性分子的是①③。
(7)分子中正、负电荷重心相重合，从整个分子来看，电荷分布是均匀的，对称的，这样的分子为非极性分子，属于非极性分子的是②④⑤。
Ⅱ.σ键存在于单键中，在双键中一个为σ键，一个为π键；在三键中，一个为σ键，二个为π键；即可得COCl2分子内含有3个σ键、1个π键。
[答案] Ⅰ.(1)①③ (2)②④ (3)⑤ (4)①②③ (5)④⑤ (6)①③ (7)②④⑤ Ⅱ.D学 习
任 务
1．能依据分子的空间结构和键的极性判断分子的极性。
2．能根据分子的极性预测其溶解性。
3．能描述手性分子的结构特征和性质特点。
4．认识手性分子在药物研究中的重要作用。
分子极性的理解与应用
分子
类型
分子空
间构型
键角
键的
极性
分子
极性
常见物质
A2
直线形
(对称)
—
非极
性键
非极性
分子
H2、O2、
N2等
AB
直线形
(非对称)
—
极性键
极性
分子
HX、CO、
NO等
AB2
直线形
(对称)
180°
极性键
非极性
分子
CO2、
CS2等
A2B
V形
(不对称)
—
极性键
极性
分子
H2O、
H2S等
AB3
正三角
形(对称)
120°
极性键
非极性
分子
BF3、
SO3等
三角锥
型(不对称)
—
极性键
极性
分子
NH3、
PCl3等
AB4
正四面
体型(对称)
109°28′
极性键
非极性
分子
CH4、
CCl4等
选项
A
B
C
D
化学式
KrF2
O2F2
BF3
SF4
分子极性
非极性
极性
非极性
极性
分子结构
直线形
直线形
平面正三角形
正四面体型