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第2章　微粒间相互作用与物质性质
第2节　共价键与分子的空间结构
第3课时　分子的空间结构与分子性质
1.了解手性分子的概念,会判断不对称碳原子。
2.学会判断简单分子的极性情况,知道分子的空间结构与分子极性的关系。
学习目标
一、分子中的原子排布与对称性
知能通关
1.对称分子与对称性(以CH4分子为例)
(1)对称轴
以通过碳原子和氢原子的连线为轴旋转　　　　或　　　　时,分子完全恢复原状,称这条连线为对称轴。
(2)对称面
通过碳原子和其中两个氢原子所构成的平面,分子被分割成　　　　的两部分,称这个平面为对称面。
(3)对称分子和对称性
①依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子称为　　 　　,分子所具有的这种性质称为对称性。
②分子的许多性质如　　　　、　　　　等都与分子的对称性有关。
120°
240°
相同
对称分子
极性
旋光性
2.手性分子
(1)手性
具有　　　　性的分子,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　　　　,因而称这类分子表现出手性。
(2)手性分子和对映异构体
具有手性的分子叫作手性分子,一个手性分子和它的　　　　分子构成一对对映异构体;互为对映异构体的两种手性分子具有相反的　　　　。
(3)不对称碳原子
仅通过　　　　连接其他原子的碳原子,当其所连接的　　　　原子或基团均不相同时,这个碳原子称为不对称碳原子,常用有无不对称碳原子推测分子是否为　　　　分子,进而判断分子有无旋光性。
旋光
重叠
镜像
旋光性
单键
四个
手性
1.分子中含3个不对称碳原子的是(　　)
D
2.下列物质中不存在对映异构体的是(　　)
解析　若同一个碳原子上连接四个不同的原子或基团,则该碳原子称为不对称碳原子,含有不对称碳原子的分子为手性分子,存在对映异构体,D项中不存在对映异构体。
D
3.下列化合物中具有旋光性的是(　　)
D
二、分子中的电荷分布与极性
知能通关
1.极性分子与非极性分子
(1)分子内存在正、负两极的分子,称为极性分子;分子内不存在正、负两极的分子,称为非极性分子。
(2)对于一个分子来说,全部正电荷集中于一点,这一点叫作正电荷重心;全部负电荷集中于一点,这一点叫作负电荷重心。　　　　分子的正、负电荷重心不重合,分子内存在正、负两极;非极性分子的正、负电荷重心重合,分子内不存在正、负两极。
极性
2.分子极性对物质性质的影响
(1)熔、沸点:在相对分子质量　　　　的情况下,极性分子构成的物质比非极性分子构成的物质沸点　　　　,如沸点:N2　　　　CO。
(2)溶解性:极性分子易溶于　　　　溶剂(如水),非极性分子易溶于　　　　溶剂(如四氯化碳),这就是　　 　　原理中的一种类型。
相同
高
<
极性
非极性
相似相溶
3.分子极性的实验证明
在一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液流。
现象:水流的方向发生改变;四氯化碳液流方向不改变
(1)极性分子中一定含有极性键,一定不含非极性键吗
　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　
(2)非极性分子中一定含有非极性键吗
　　　　　　　　　　　
极性分子中不一定含有极性键,如:O3,分子中不含极性键,但是属于极性分子,极性分子可能含有非极性键。
小题对点过
不一定。分子结构对称时,可能含有极性键,可能不含有非极性键。
(1)判断分子极性的一般思路
(2)键的极性与分子极性的关系
4.判断ABn型分子极性的经验规律
(1)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,若不等则为极性分子。
(2)若中心原子有孤电子对,则为极性分子;若无孤电子对,则为非极性分子。
如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子;H2S、SO2、NH3为极性分子。
下列说法不正确的是　 　　　。
①以非极性键结合的双原子分子一定是非极性分子
②以极性键结合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,一定含有非极性共价键
⑤极性分子中不可能含有非极性键
②③④⑤
小题对点过
1.下列分子中,属于非极性分子的是(　　)
A.SO2 B.NH3 C.BBr3 D.COCl2
C
2.下列分子是极性分子的是(　　)
A.PCl3 B.SO3 C.BF3 D.CS2
解析　PCl3中P的最外层有5个电子,其化合价为+3价,中心原子的化合价的绝对值不等于原子的最外层电子数,属于极性分子,A项符合题意;SO3中S的最外层有6个电子,其化合价为+6价,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,B项不符合题意;BF3中B的最外层有3个电子,其化合价为+3价,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,C项不符合题意;CS2中C的最外层有4个电子,其化合价为+4价,中心原子的化合价的绝对值等于原子的最外层电子数,属于非极性分子,D项不符合题意。
A
3.下列物质难溶于水的是(　　)
A.SO2 B.HCHO C.CCl4 D.C2H5OH
解析　SO2、HCHO、C2H5OH均为极性分子,根据相似相溶原理,它们均易溶于水,CCl4为非极性分子,难溶于水。
C
4.在下列物质中:①CO2　②CCl4　③NH3　④BH3　⑤H2O　⑥HBr,分子中电荷的空间分布均匀的是(　　)
A.①②④ B.②④⑤ C.③⑤⑥ D.①②⑤
解析　①CO2呈直线形,键角为180°,分子高度对称,分子中正电荷重心和负电荷重心重合,分子中电荷的空间分布均匀;②CCl4呈正四面体形,键角为109°28',分子高度对称,分子中正电荷重心和负电荷重心重合,分子中电荷的空间分布均匀;③NH3呈三角锥形,键角为107.3°,分子中正电荷重心和负电荷重心不重合,分子中电荷的空间分布不均匀;④BH3呈平面三角形,键角为120°,分子高度对称,分子中正电荷重心和负电荷重心重合,分子中电荷的空间分布均匀;⑤H2O呈角(V)形,键角为104.5°,分子中正电荷重心和负电荷重心不重合,分子中电荷的空间分布不均匀;⑥HBr是双原子分子,分子中正电荷重心和负电荷重心不重合,分子中电荷的空间分布不均匀;分子中电荷的空间分布均匀的是①②④。
A
理解分子极性的三个注意点
(1)一般情况下,单质分子为非极性分子,但O3是角（V）形分子,空间不对称结构,故为极性分子。
(2)AB型分子均为极性分子。
(3)只含有极性键的分子不一定是极性分子(如CH4);极性分子不一定只含有极性键(如C2H5OH);含有非极性键的分子不一定是非极性分子(如H2O2)。
课堂 达标训练
1.I2在水中的溶解度很小,但在CCl4中的溶解度很大,这是因为(　　)
A.CCl4与I2的相对分子质量相差较小,而H2O与I2的相对分子质量相差较大
B.CCl4与I2都是直线形分子,而H2O不是直线形分子
C.CCl4和I2中都不含氢元素,而H2O中含氢元素
D.CCl4和I2都是非极性分子,而H2O是极性分子
解析　根据相似相溶原理,极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂。因H2O分子为极性分子,CCl4、I2分子均为非极性分子,根据“相似相溶”规律,I2在水中的溶解度很小,但在CCl4中的溶解度很大,与相对分子质量无关,与分子构型无关,与所含元素无关,故A、B、C错误,D正确。
D
2.下列分子中指定的碳原子(用*标记)不属于不对称碳原子的是(　　)
A
3.下列说法正确的是(　　)
A.由同一种原子形成的分子可能有极性
B.非极性分子中无极性键
C.三原子分子AB2一定为非极性分子
D.四原子分子AB3一定为非极性分子
A
解析　由同一种原子形成的分子可能有极性,也可能没有极性,如O3是极性分子,而O2为非极性分子,A正确;非极性分子中正、负电荷重心重合,分子中各个化学键的空间排列对称,其中可能含极性键,也可能不含有极性键,如CH4是由C—H极性键构成的非极性分子,P4是由P—P非极性键构成的非极性分子,B错误;三原子分子AB2、四原子分子AB3中若正、负电荷重心不重合,就属于极性分子,如SO2、H2O、NH3为极性分子,C、D错误。
(2)青蒿素是从黄花蒿中提取得到的一种无色针状晶体,分子结构如图所示,则青蒿素分子中含有　　　　个不对称碳原子。
2
sp3
7
(3)下列分子中若有手性分子,请用“*”标出其不对称碳原子;若无手性分子,此小题不必作答。
5.完成下列题目。
(1)ZnF2不溶于有机溶剂,而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是　 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　 　。
(2)SiCl4分子属于　　　　分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)HCN是直线形分子,HCN是　　　　　　分子(填“极性”或“非极性”)。HClO
的电子式为　 　　　。
(4)氨是　　　　分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为　　。
ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小
非极性
极性
极性
sp3
课时精练11
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列各组物质中,都是由极性键构成的极性分子的是(　　)
A.CH4和H2O B.CO2和HCl
C.NH3和H2S D.HCN和BF3
解析　NH3是呈三角锥形的极性分子;H2O、H2S都是呈角(V)形的极性分子;HCl、HCN都是呈直线形的极性分子;CO2是呈直线形的非极性分子;CH4是呈正四面体形的非极性分子,BF3是呈平面三角形的非极性分子。
C
2.下列分子中,不含不对称碳原子的是(　　)
解析　如果一个碳原子连接四个不同的原子或基团,这样的碳原子叫不对称碳原子,B选项中的物质不含这样的碳原子。
B
3.下列各组分子中都属于含极性键的非极性分子的是(　　)
B
4.下列物质的分子不具有对称性的是(　　)
A.CH4 B.C2H4 C.C2H2 D.CH3CHClBr
D
5.下列关于分子的极性的说法中,正确的是(　　)
A.极性分子中可能含有非极性键
B.极性分子中只含有极性键
C.非极性分子中不可能含有极性键,一定含有非极性键
D.非极性分子中只含有非极性键
解析　极性分子中可能只含有极性键,也可能既含有极性键,又含有非极性键。例如H2O2分子为极性分子,既含有极性键,又含有非极性键,故A正确,B不正确;非极性分子中可能只含非极性键,如O2,也可能只含极性键,如CO2,也可能既含极性键,又含非极性键,如C2H2,C、D不正确。
A
6.下列有机物分子中属于手性分子的是(　　)
A.只有① B.①和②
C.①②③ D.①②③④
C
7.(2025·黄冈高二月考)石灰氮(主要成分之一为CaCN2)是一种氮肥,与土壤中的H2O反应生成H2N—C≡N,H2N—C≡N可进一步转化为尿素[CO(NH2)2]。下列有关说法不正确的是(　　)
A.H2N—C≡N为极性分子
B.CaCN2为含有极性键的离子化合物
C.H2N—C≡N分子中σ键和π键的数目之比为6∶1
D.CO(NH2)2分子中不含非极性共价键
C
8.(2025·北京丰台高二期末)SF6可用作高压发电系统的绝缘气体,其分子呈正八面体结构,如图所示。下列有关SF6的说法正确的是(　　)
A.分子中只含极性键 B.是极性分子
C.S与F之间的共用电子对偏向S D.S原子满足8电子稳定结构
解析　SF6中只含有S—F键,为极性键,故A项正确;SF6为正、负电荷重心重合的分子,为非极性分子,故B项错误;由于F的电负性比S的大,S与F之间的共用电子对偏向F,故C项错误;该分子中S原子与F原子形成6个共价键,S原子周围有12个电子,不是8电子稳定结构,故D项错误
A
9.H2O2是常用的氧化剂,其分子结构如图所示,两个氢原子犹如在半展开的书的页面上。下列关于H2O2的说法正确的是(　　)
D
10.下列说法正确的是(　　)
A.甘油(CH2OH—CHOH—CH2OH)分子中含有1个不对称碳原子
B.互为手性异构体的化合物,所含化学键的种类和数目完全相同
C.互为手性异构体的化合物,在三维空间不能重合,但物理、化学性质却几乎完全相同
D.互为手性异构体的化合物,分子组成不同,所以物理、化学性质也不同
B
解析　CH2OH—CHOH—CH2OH分子中不存在不对称碳原子,故A错误;手性异构体为具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,所含化学键的种类和数目完全相同,故B正确;互为手性异构体的化合物,物理性质不同,光学活性不同,故C错误;互为手性异物体的化合物,分子组成相同,故D错误。
11.(2025·福州高二月考)判断物质在不同溶剂中的溶解性时,一般都遵循“相似相溶”规律。下列装置中,不宜用作HCl尾气吸收的是(　　)
C
解析　HCl是极性分子,水是极性分子,四氯化碳是非极性分子,氯化氢易溶于水,难溶于四氯化碳。倒置的漏斗可防倒吸,故A项不符合题意;氯化氢难溶于四氯化碳,可防倒吸,故B项不符合题意;氯化氢易溶于水,会发生倒吸,故C项符合题意;该装置可防止倒吸,故D项不符合题意。
12.将下列粒子的符号填入相应的空格内:CO2、(NH4)2SO4、SiCl4、H2S、C2H4、Cl2、NH3、H2O2、NaOH。
(1)只含非极性键的非极性分子:　　　　。
(2)含极性键的非极性分子:　　　　　　　　　　　　。
(3)既含极性键,又含非极性键的非极性分子:　　　　。
(4)含非极性键的极性分子:　　　　。
(5)含极性键的极性分子:　　　　　　　　　　　　。
(6)既含极性键,又含非极性键的极性分子:　　　　　。
Cl2
CO2、SiCl4、C2H4
C2H4
H2O2
H2S、NH3、H2O2
H2O2
13.回答下列问题。
(1)根据“相似相溶”规律,极性溶质能溶于极性溶剂,非极性溶质一般能溶于非极性溶剂。
①在a.苯　b.CH3OH　c.HCHO　d.CS2　e.CCl4五种溶剂中,碳原子采取sp2杂化的分子有　　　　　(填字母)。CS2分子的空间结构是　　　　,是__________ (填“极性”或“非极性”)分子。
②CrO2Cl2常温下为深红色液体,能与CCl4、CS2等互溶,据此可判断CrO2Cl2是__________(填“极性”或“非极性”)分子。
③金属镍粉在CO气流中轻微加热,生成无色挥发性液体Ni(CO)4,呈正四面体构型。Ni(CO)4易溶于下列　　　　(填字母)。
a.水 b.CCl4 c.C6H6(苯) d.NiSO4溶液
ac
直线形
非极性
非极性
bc
2s22p3
10
非极性
相似
有
有
解析　(2)①N是7号元素,原子核外最外层有5个电子,价电子排布式为2s22p3;氮离子(N3-)核外有10个电子,每个电子的运动状态都不相同,故有10种运动状态不同的电子;N4分子是正四面体形结构,是一种非极性分子。②NH3分子与PH3分子互为等电子体,结构相似;P—H键为不同种元素原子之间形成的共价键,为极性键;PH3分子空间结构为三角锥形,正、负电荷重心不重合,为极性分子。
B
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
14.下列关于物质结构与性质的说法,正确的是(　　)
D
15.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原子连线的中央
D.CO2是非极性分子,分子中C原子不处在2个O原子连线的中央
C
解析　NH3中的N原子以sp3杂化,形成三角锥形结构,电荷分布不对称,是极性分子;CCl4分子中C—Cl键为极性键,碳原子采取sp3杂化,且无孤电子对,分子构型为正四面体形,碳原子位于正四面体的中心;H2O分子中H—O键为极性键,氧采取sp3杂化,且有两对孤电子对,分子构型为角(V)形,整个分子电荷分布不对称,为极性分子;CO2分子中碳采取sp杂化,分子构型为直线形,分子为非极性分子,碳原子位于2个氧原子连线的中央。
16.在极性分子中,正电荷重心与负电荷重心间的距离称为偶极长,通常用d表示。极性分子的极性强弱与偶极长和电荷量(q)有关,一般用偶极矩(μ)来衡量。分子的偶极矩是偶极长和电荷量的乘积,即μ=dq。在非极性分子中,其正、负电荷重心重合,故μ为0。试回答下列问题:
(1)HCl、CS2、H2S、SO2四种分子中μ=0的有　　　　。
(2)实验测得:μ(PF3)=1.03、μ(BCl3)=0。
①由此可知,PF3分子的空间结构为　　　　　　;
②BCl3分子的空间结构为　　　　　　,中心B原子的杂化方式为　　　　。
CS2
三角锥形
平面三角形
sp2杂化
解析　(1)HCl是由极性键形成的双原子极性分子;根据价电子对互斥理论可知,CS2是直线形分子,正、负电荷重心重合,为非极性分子,其偶极矩为0;H2S、SO2都是角(V)形结构,是极性分子,其μ>0。(2)①μ(PF3)=1.03说明PF3是极性分子,则PF3是三角锥形结构。②μ(BCl3)=0说明BCl3是非极性分子,其正、负电荷重心重合,应该是平面三角形结构;中心原子B与3个Cl原子形成3个共价键(没有孤电子对),即B的杂化方式是sp2杂化。
(3)治癌药物Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构,Pt处在四边形中心,NH3和Cl分别处在四边形的4个顶点。已知该化合物有两种同分异构体,棕黄色化合物的μ>0,淡黄色化合物的μ=0。试写出两种同分异构体的结构简式:
　　　　　　　　、　 　　 　　　,在水中溶解度较大的是_______________ (填结构简式)。

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