学年高中化学第2章第2节第2课时分子的空间结构与分子性质教案鲁科版必修2docWord格式文档下载.docx
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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
“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( )
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.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。
[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]
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?
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.构成不对称碳原子(手性碳原子)的条件?
与碳原子连接的四个原子或基团均不相同。
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( )
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。
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( )
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.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
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。
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?
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.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?
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。
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
A2
非极性键
直线形
(对称)
非极性
H2、O2、
Cl2、N2等
AB
极性键
(不对称)
极性
HF、HCl、
CO、NO等
三原子分子
A2B(或
AB2)
CO2、CS2等
(键角180°
角形
H2O(键角
104.5°
)、
SO2(键角
119.5°
)等
四原子分子
AB3
平面三角形(对称)
BF3、BCl3等
三角锥形(不对称)
NH3(键角107.3°
五原子分子
AB4
正四面体形(对称)
CH4、CCl4(键角109°
28′)等
ABnC4-n(n<
4且为整数)
四面体形(不对称)
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
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.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
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.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,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、CH4
1.下列分子为手性分子的是( )
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.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
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.下列分子中,属于含有极性键的非极性分子的是( )
A.H2O B.Cl2
C.NH3D.CCl4
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