2018届一轮复习鲁科版分子的空间构型与分子性质学案

2018届一轮复习鲁科版分子的空间构型与分子性质学案

第2课时　分子的空间构型与分子性质 ‎1．知道手性分子的概念，会判断手性碳原子。‎ ‎2．了解等电子原理。‎ ‎3．了解分子的手性以及手性分子在生产、生活和医疗中的应用。‎ ‎4．了解分子的极性以及分子的极性与共价键的极性、分子的空间结构之间的关系。(重点)‎ 分 子 的 对 称 性 ‎[基础·初探]‎ 教材整理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 分子的极性、旋光性及化学性质都与分子的对称性有关。‎ ‎(1)CH4分子是面对称。(√)‎ ‎(2)NH3和H2O分子是面对称。(×)‎ ‎(3)CH3—CH3分子是轴对称。(√)‎ ‎(4)分子的对称性对物质的化学性质有一定影响。(√)‎ 教材整理2　手性分子 ‎1．手性 一种分子和它在镜中的像，就如同人的左手和右手，相似而不完全相同，即它们不能重叠。‎ ‎2．手性分子 具有手性的分子。一个手性分子和它的镜像分子构成一对异构体，分别用D和L标记。‎ ‎3．手性碳原子 四个不同的原子或原子团连接的碳原子。‎ ‎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活性和毒副作用。‎ ‎(3)药物的不对称合成。‎ 分子中含几个手性碳原子。‎ ‎【提示】　2个。‎ ‎[核心·突破]‎ ‎1．对称轴：以通过两个碳原子的连线为轴线旋转120°或240°时，分子完全恢复原状，我们称这条连线为对称轴。‎ ‎2．对称面：如甲烷分子，通过与碳原子相连的两个氢原子所构成的平面，分子被分割成相同的两部分，我们称这个平面为对称面。‎ ‎3．碳原子形成双键或叁键时不是手性碳原子，手性碳原子和非手性碳原子可以通过化学反应相互转化。‎ ‎4．含有手性碳原子的分子是手性分子。‎ ‎[题组·冲关]‎ ‎1．下列分子为手性分子的是(　　)‎ A．CH2Cl2 B．‎ C． D．CH3CH2COOCH2CH3‎ ‎【解析】　B项乳酸分子的中间碳原子连—CH3、—H、—OH、—COOH四种不同的原子和原子团，为手性分子。‎ ‎【答案】　B ‎2．有机物具有手性，发生下列反应后，生成的分子仍有手性的是(　　)‎ ‎①与H2发生加成反应　②与乙酸发生酯化反应　③发生水解反应　④发生消去反应 A．①② B．②③‎ C．①④ D．②④‎ ‎【解析】　原有机物中与—OH相连的碳原子为手性碳原子，与H2加成后，该碳原子连有两个乙基，不再具有手性；与乙酸发生酯化反应后，该碳原子所连四个取代基不同，仍具有手性；发生水解反应后，该碳原子所连四个取代基也不同，仍具有手性；当发生消去反应时，原手性碳原子生成双键后不再具有手性。故选B项。‎ ‎【答案】　B ‎3．(2016·济南第九中学高二月考)如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 ‎【解析】　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，构型相同，是同一种物质。‎ ‎【答案】　B ‎【规律方法】　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 ‎，R1、R2、R3、R4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。‎ 分 子 的 极 性 ‎[基础·初探]‎ 教材整理1　极性分子与非极性分子 NH3、CH4、H2O、CO2四种分子正负电荷重心重合的是CH4、CO2，正负电荷重心不重合的是NH3、H2O。‎ 教材整理2　分子极性的判断 ‎1.‎ ‎ ‎ ‎2.‎ ‎1．由极性键形成的分子，一定是极性分子吗？‎ ‎【提示】　不一定。‎ ‎2．由非极性键形成的分子一定是非极性分子吗？‎ ‎【提示】　一定。‎ 教材整理3　等电子原理 ‎1．内容：化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间构型和化学键类型等结构特征。‎ ‎2．应用：(1)判断一些简单分子或离子的空间结构。‎ ‎①SO、PO等离子具有AX4通式，价电子总数为32，中心原子采取sp3杂化，呈四面体空间构型。‎ ‎②SO、PO等离子具有AX3通式，价电子总数为26，中心原子采取sp3杂化，由于存在一对孤对电子，分子空间构型呈三角锥形。‎ ‎(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。‎ ‎(3)利用等电子原理针对某物质找等电子体。‎ ‎[合作·探究]‎ ‎[探究问题]‎ 对CH4和CH3Cl分子结构和性质，完成填空。‎ ‎1．两分子中化学键都为σ键(填σ或π)，属于极性共价键。‎ ‎2．CH4为非极性分子，CH3Cl为极性分子。‎ ‎3．通常情况下，更易发生取代反应的是CH3Cl。‎ ‎[核心·突破]‎ ‎1．分子的极性与分子空间构型 分子类型 键的极性 分子构型 分子极性 代表物 单原子分子 非极性 He、Ne等稀有气体 双原子 分子 A2‎ 非极性键 直线形(对称)‎ 非极性 H2、O2、Cl2、N2等单质 AB 极性键 直线形(不对称)‎ 极性 HF、HCl、CO、NO等 三原子分子 AB2‎ 极性键 直线形(对称)‎ 非极性 CO2、CS2(键角180°)等 A2B 极性键 V形(不对称)‎ 极性 H2O(键角104.5°) 等 四原子分子 AB3‎ 极性键 平面三角形(对称)‎ 非极性 BF3、BCl3等 AB3‎ 极性键 三角锥形(不对称)‎ 极性 NH3(键角107.3°)等 A4‎ 非极性键 正四面体形(对称)‎ 非极性 P4‎ 五原子分子 AB4‎ 极性键 正四面体形(对称)‎ 非极性 CH4、CCl4(键角109.5°)等 ABnC4－n（0＜n＜4且为整数）‎ 极性键 四面体形(不对称)‎ 极性 CHCl3、CH2Cl2等 ‎2.分子或离子空间构型的确定——等电子原理 ‎(1)互为等电子体应满足的条件 ‎①化学通式相同。‎ ‎②价电子总数相等。‎ ‎(2)等电子原理的应用 ‎①利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如NH3和H3O＋的空间构型相似(三角锥形)；SiCl4、SO、PO都呈正四面体构型。‎ ‎②等电子体不仅有相似的空间构型，且有相似的性质。‎ ‎[题组·冲关]‎ ‎1．下列分子中，各原子均处于同一平面上的是(　　)‎ A．NH3 B．CCl4‎ C．H2O D．CH4‎ ‎【解析】　NH3中氮原子为sp3杂化，呈三角锥形；CCl4、CH4中碳原子为sp3杂化，呈正四面体形；H2O中的氧原子也为sp3杂化，呈V形，三点共面。‎ ‎【答案】　C ‎2．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 ‎【解析】　由极性键构成的分子若空间构型均匀对称，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。‎ ‎【答案】　D ‎3．用一带静电的玻璃棒靠近A、B两种纯液体流，现象如图所示，据此分析，A、B两种液体分子的极性正确的是(　　)‎ A．A是极性分子，B是非极性分子 B．A是非极性分子，B是极性分子 C．A、B都是极性分子 D．A、B都是非极性分子 ‎【解析】　由图示用一带静电的玻璃棒靠近A时，A不偏转，说明A无极性，靠近B时，B偏转，说明B有极性。‎ ‎【答案】　B ‎4．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__________________。‎ ‎【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，极性键、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，正四面体构型，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、CH4‎ ‎【规律方法】　判断分子极性的方法 ‎(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)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孤对电子法：若中心原子有孤对电子则为极性分子，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。‎ ‎5．下列微粒与SO是等电子体的是(　　)‎ A．NO B．BF3‎ C．PO D．SO3‎ ‎【答案】　C ‎6．下列各组微粒属于等电子体的是(　　)‎ A．12CO2和14CO B．H2O和NH3‎ C．NO＋和CN－ D．NO和CO ‎【解析】　根据等电子体的条件①原子总数相同，②最外层电子数之和相等判断，NO＋和CN－属于等电子体。‎ ‎【答案】　C ‎7．(2016·南京高二质检)1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。‎ ‎(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：________和________；________和________。‎ ‎(2)此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。由短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有________。‎ ‎【解析】　(1)仅由第二周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，N2与CO均为14个电子，N2O与CO2均为22个电子，符合题意。‎ ‎(2)依据等电子原理的发展，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO是三原子构成的离子，其外层电子数(即价电子)之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3也是三原子，价电子总数为6×3＝18。‎ ‎【答案】　(1)N2　CO　N2O　CO2　(2)SO2、O3‎ 学业分层测评(八)　分子的空间构型与分子性质 ‎(建议用时：45分钟)‎ ‎[学业达标]‎ ‎1．下列分子是由极性键构成的非极性分子的是(　　)‎ A．CH4 B．NH3　　　C．H2O　　　D．HF ‎【答案】　A ‎2．已知H2O2的分子空间结构可在二面角中表示，如图所示，则有关H2O2的结构的说法中正确的是(　　)‎ A．分子的正、负电荷重心重合 B．分子的正、负电荷重心不重合 C．H2O2是含极性键的非极性分子 D．H2O2是只含非极性键的极性分子 ‎【解析】　由H2O2分子的空间结构可知，正、负电荷重心不重合，H2O2为含极性键和非极性键的极性分子。‎ ‎【答案】　B ‎3．下列电子式表示的物质中，属于极性分子的是(　　)‎ ‎【解析】　A项为离子化合物，不存在分子；B项为非极性分子；D项为阳离子；C项正确。‎ ‎【答案】　C ‎4．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原子所连成的直线的中央 D．CO2是非极性分子，‎ 分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央 ‎【解析】　本题主要考查常见物质的极性和空间构型。NH3是三角锥形的立体极性分子，A错；CCl4是以C原子为中心的正四面体形结构，B错；CO2是C原子在2个O原子中央的直线形分子，D错；而水分子是O原子在2个H原子中间的V形分子，即，故选C。‎ ‎【答案】　C ‎5．膦又称磷化氢，化学式为PH3，在常温下是一种无色有大蒜气味的有毒气体，它的分子呈三角锥形。以下关于PH3的叙述中正确的是(　　)‎ A．PH3是非极性分子 B．PH3中有未成键电子对 C．PH3是一种强氧化剂 D．PH3分子中P—H键是非极性键 ‎【解析】　N、P属同一主族，故PH3的分子空间构型应与NH3的相似，即为极性键形成的极性分子，有一对孤对电子，无强氧化性。‎ ‎【答案】　B ‎6．使用微波炉加热，具有使物质受热均匀、表里一致、速度快、热效率高等优点。其工作原理是炉内的微波场以几亿次的高频改变外电场的方向，水分子因而能高频振动，产生热效应，这是因为(　　)‎ A．水分子具有极性共价键 B．水分子中有共用电子对 C．水由氢、氧两元素组成 D．水分子是极性分子 ‎【解析】　只有极性分子才能在电场中定向移动，非极性分子几乎不发生定向移动。水分子是由极性键构成的极性分子，故选D。‎ ‎【答案】　D ‎7．2001年诺贝尔化学奖授予在“手性碳原子的催化氢化、氧化反应”研究领域做出贡献的美、日三位科学家。在有机物分子中，当碳原子连有4个不同的原子或原子团时，这种碳原子称为“手性碳原子”，凡具有一个手性碳原子的化合物一定具有光学活性。下列分子中含有“手性碳原子”的是(　　)‎ A．CBr2F2 B．CH3CH2OH C．CH3CH2CH3 D．CH3CH(OH)COOH ‎【解析】　手性碳原子连接四个不同的原子或原子团。‎ ‎【答案】　D ‎8．下列各组物质中，都是由极性键构成的极性分子的一组是(　　)‎ A．CH4和H2O B．CO2和HCl C．NH3和H2S D．HCN和BF3‎ ‎【解析】　CH4、CO2、BF3是由极性键构成的非极性分子；H2O、HCl、NH3、H2S、HCN是由极性键构成的极性分子。‎ ‎【答案】　C ‎9．X、Y为两种不同元素，由它们组成的下列物质的分子中，肯定有极性的是(　　)‎ A．XY4 B．XY3‎ C．XY2 D．XY ‎【解析】　若A、B、C空间结构均匀对称，即：A为正四面体结构，B为平面三角形，C为直线形，则均为非极性分子，但D为双原子构成的化合物一定为极性分子。‎ ‎【答案】　D ‎10．3氯2丁氨酸的结构简式为：‎ 一个3氯2丁氨酸分子中含有________个手性碳原子。其中一对镜像异构体用简单的投影式表示为：和 则另一对镜像异构体的简单投影式为 和________。‎ ‎【解析】　根据手性碳原子周围连接四个不同的原子或基团这一规律可以判断该物质的手性碳原子个数；参照例子可以知道对应异构体关系就像我们照镜子一样，其另一种就是该物质在镜子中的“镜像”。‎ ‎【答案】　2　 ‎ ‎11．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：‎ ‎【导学号：66240017】‎ 微粒 A B C D E 原子核数 双核 多核 单核 多核 多核 电荷数 ‎1－‎ ‎0‎ ‎2＋‎ ‎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两种分子的空间构型分别为：B________，‎ E________。‎ ‎【解析】　常见的10电子微粒有：(1)分子：CH4、NH3、H2O、HF、Ne；(2)离子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、F－、O2－、N3－、OH－、NH、H3O＋等。据题给信息可知A为OH－、C为Mg2＋、B为NH3、D为NH、E为H2O。‎ ‎【答案】　(1)OH－　Mg2＋　H2O　(2)极性　＜　(3)三角锥形　V形 ‎12．下列物质结构图中，•代表原子序数从1到10的元素的原子实(原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分)，小黑点代表形成共价键的最外层电子，短线代表共价键，如F2‎ ‎(1)试写出四种图示所代表的分子式：‎ A________，B________，C________，D________。‎ ‎(2)将上述四种物质的液体呈细流流下，用带静电的玻璃棒靠近细流，细流发生偏转的是________(填分子式)。‎ ‎(3)写出B分子中极性共价键的类型和个数________________。‎ ‎(4)A、C分子中，中心原子以何种类型杂化轨道成键？其分子空间构型是什么形状？‎ ‎【解析】　根据题给条件，很容易判断出A、B、C、D四种物质分别为NH3、HCN、BF3、CO(NH2)2；其中，NH3、HCN、CO(NH2)2为极性分子，易被静电吸引或排斥而偏移，BF3为非极性分子；H—C≡N中，一个C—H σ键，一个C—N σ键，两个π键。‎ ‎【答案】　(1)NH3　HCN　BF3　CO(NH2)2‎ ‎(2)NH3、HCN、CO(NH2)2　(3)2个σ键，2个π键 ‎(4)NH3分子中N原子以sp3杂化轨道成键，呈三角锥形，BF3分子中，B原子以sp2杂化轨道成键，呈平面正三角形。‎ ‎[能力提升]‎ ‎13．科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。　‎ 已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法正确的是(　　)‎ A．分子中N、O间形成的共价键是非极性键 B．分子中四个氮原子共平面 C．该物质既有氧化性又有还原性 D．该分子为非极性分子 ‎【解析】　由于N、O为不同原子，其电负性不同，所以N、O间形成极性键，A错；如图四个氮原子形成三角锥形结构，所以B错。该分子结构不对称，所以它是极性分子，D错。‎ ‎【答案】　C ‎14．(2016·郑州一中高二质检)NH3、H2S等是极性分子，CO2、BF3、CCl4等是极性键形成的非极性分子。根据上述事实可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是(　　)‎ A．分子中不能含有氢原子 B．在ABn分子中A原子的所有价电子都参与成键 C．在ABn分子中每个共价键都相同 D．在ABn分子中A的相对原子质量应小于B的相对原子质量 ‎【解析】　A．如CH4为非极性分子却含有H原子。‎ B．电子式：、，价电子中有孤对电子，而中心原子所有价电子都参与成键，故B正确。‎ C．如：NH3、H2S每个共价键都相同却为极性分子。‎ D．如：CH4中C的相对原子质量大于H的却为非极性分子。‎ ‎【答案】　B ‎15．通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．CH4和NH是等电子体，键角均为60°‎ B．NO和CO是等电子体，空间结构相同 C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构 D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道 ‎【解析】　CH4和NH都是正四面体结构，键角均为109.5°，A 项不正确；NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构，B项正确；H3O＋和PCl3价电子总数不相等，不是等电子体，C项不正确；B3N3H6结构与苯相似，也存在“肩并肩”式重叠的轨道，D项不正确。‎ ‎【答案】　B ‎16．有A、B、C、D、E五种短周期元素，它们的核电荷数按C、A、B、D、E的顺序依次增大。C、D都能分别与A按原子个数比为1∶1或2∶1形成化合物。CB可与EA2反应生成C2A和气态物质EB4。E的M层电子数是K层电子数的2倍。‎ ‎【导学号：66240018】‎ ‎(1)写出元素的名称A：________；E：________。‎ ‎(2)画出E的原子结构示意图______________。‎ ‎(3)写出电子式D2A2______________。‎ ‎(4)C2A是由________键形成的________分子；EB4是由________键形成的________分子(填“极性”或“非极性”，上同)。‎ ‎(5)任写一种与C2A互为等电子体的微粒________(写化学式)。‎ ‎【解析】　E的M层电子数是K层电子数的2倍，故E应为Si，且可知EA2为SiO2，气态EB4为SiF4，则有4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O，C为H，A为O，C、D分别与A形成原子个数比为1∶1或2∶1的化合物，可判断D为Na。‎ ‎【答案】　(1)氧　硅　(2) ‎ ‎(3) 　(4)极性　极性　极性　非极性　(5)H2S