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(共30張PPT)
分子的空間結構 價層電子對互斥理論
C2H6
C2H4
C2H2
H2O
CO2
NH3
肉眼不能看到分子，科學家是怎樣知道分子的結構的呢？
一、分子結構的測定
早年的科學家主要靠對物質的化學性質進行系統總結得出規律后推測分子的結構。如今，科學家應用了許多測定分子結構的現代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。
紅外光譜譜儀
一、分子結構的測定
1. 紅外光譜
分子中的原子不是固定不動的，而是處于不斷振動著的。
紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到譜圖上呈現吸收峰。
通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，可以得知分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。
一、分子結構的測定
1. 紅外光譜
傅里葉變換紅外光譜儀
紅外光譜儀原理示意圖
一、分子結構的測定
1. 紅外光譜
舉個例子
根據紅外光譜圖可以看出分子含有O—H、C—H、和C—O的振動吸收。可確定該有機物為CH3CH2OH 。
C2H6可能為：CH3CH2OH或CH3OCH3
一、分子結構的測定
有機物紅外光譜幫助我們確定分子中的化學鍵和官能團，還有什么現代化儀器幫我們確定的結構呢？
質譜儀
一、分子結構的測定
2. 質譜法
在質譜儀中使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。
由于生成的離子具有不同的相對質量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進入磁場得以分離，在記錄儀上呈現一系列峰，化學家對這些峰進行系統分析，便可得知樣品分子的相對分子質量。
質譜儀原理示意圖
甲苯分子的質譜圖
一、分子結構的測定
2. 質譜法
有機分子離子或碎片離子的相對質量與電荷數的比值，即質荷比。
質譜圖中質荷比的最大值等于樣品分子的相對分子質量（與相對豐度無關）。
相對分子質量 = 最大質荷比
二、多樣的分子空間結構
多原子分子中存在原子的幾何學關系和形狀，即 “分子的空間結構”。
兩個原子構成的分子，原子在空間上可能構成什么形狀？
O2
HCl
兩個原子構成的分子，空間結構只能是直線形
二、多樣的分子空間結構
三原子構成的分子，原子在空間上可能構成什么形狀？
空間結構 化學式 結構式 空間填充模型 球棍模型 鍵角
________ CO2 ________ ____
________ H2O ________ 105°
直線形
O==C==O
180°
V形
二、多樣的分子空間結構
四原子構成的分子，原子在空間上可能構成什么形狀？
立體結構 化學式 結構式 空間填充模型 球棍模型 鍵角
_________ _______ ____
________ NH3 ________ 107°
平面三角形
CH2O
120°
三角錐形
最常見的為________形，如________、________等，鍵角為________。
化學式 結構式 空間填充模型 球棍模型
CH4
正四面體
CH4
CCl4
109°28′
二、多樣的分子空間結構
五原子構成的分子，原子在空間上可能構成什么形狀？
分子空間結構與其穩定性有關。例如，上圖中S8像頂皇冠，如果把其中一個向上的硫原子倒轉向下，盡管也可以存在，卻不如皇冠式穩定；又如，椅式C6H12比船式C6H12穩定。
6.其他多原子分子
P4
P4O6
P4O10
C60
SF6
S8
船式C6H12
椅式C6H12
資料卡片
一些分子的空間結構模型
三、價層電子對互斥（VSEPR）模型
若不含孤電子對
1. 分子的空間結構是中心原子的“價層電子對”相互排斥的結果
2.價層電子對是指分子中的中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤對電子對。
三、價層電子對互斥（VSEPR）模型
若不孤電子對
略去孤電子對
略去孤電子對
三、價層電子對互斥（VSEPR）模型
3 .應用：預測分子的空間結構
價層
電子對
互相
排斥
盡量遠離
VSEPR
理想模型
分子的
空間結構
中心原子若無孤電子對：VSEPR理想模型即分子的空間結構
中心原子若有孤電子對： VSEPR理想模型略去孤電子對即分子的空間結構
三、價層電子對互斥（VSEPR）模型
4 .中心原子價層電子對數的計算
中心原子價層電子對數 ＝ σ 鍵電子對數 ＋ 孤電子對數。
不計π鍵電子對
(1) σ鍵電子對數 = 結合原子數
對于分子ABn或離子ABnm+ 、Abnm-
σ鍵電子對數 = n
(2)中心原子上的孤電子對
①根據電子式直接確定
三、價層電子對互斥（VSEPR）模型
(2)中心原子上的孤電子對
a表示中心原子的價電子數；
對主族元素：a＝ ；
對于陽離子：a＝ ；
對于陰離子：a＝ 。
x表示與 結合的原子數。
b表示與中心原子結合的原子最多能接受的電子數，氫為1，其他原子＝ 。
最外層電子數
價電子數－離子所帶電荷數
價電子數＋離子所帶電荷數
中心原子
8－該原子的價電子數
②公式計算：
中心原子上的孤電子對數＝
分子或離子 σ鍵電子對數 孤電子對數 VSEPR模型及名稱 分子(或離子)的
空間結構及名稱
CO2 __ __ 直線形 直線形
__ __ 平面三角形 平面三角形
CH4 __ __ 正四面體形 正四面體形
中心原子不含孤電子對
2
0
3
0
4
0
三、價層電子對互斥（VSEPR）模型
分子或離子 價層電子對數 孤電子對數 VSEPR模型及名稱 分子的空間
結構及名稱
NH3 __ __ 四面體形 三角錐形
H2O __ __ 四面體形 V形
SO2 __ __ 平面三角形 V形
1
4
2
3
1
4
中心原子含孤電子對
三、價層電子對互斥（VSEPR）模型
試解釋CH4鍵角(109°28′)、NH3鍵角(107°)、H2O鍵角(105°)依次減小的原因。
CH4分子中的C原子沒有孤電子對，NH3分子中N原子上有1對孤電子對，H2O分子中O原子上有2對孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用增大，故鍵角減小。
思考與討論
1.下列物質中，分子的空間結構與氨分子相似的是（ ）
A.CO2
B.H2S
C.PCl3
D.SiCl4
C
2.下列微粒中，中心原子含有孤電子對的是（ ）
A.SiH4
B.H2O
C.CH4
D.NH4+
B
3.若ABn型分子的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤電子對，運用價層電子對互斥模型，判斷下列說法中正確的是（ ）
A. 若n＝2，則分子的空間結構為V形
B. 若n＝3，則分子的空間結構為三角錐形
C. 若n＝4，則分子的空間結構為正四面體形
D. 以上說法都不正確
C
4. 有X、Y兩種活性反應中間體微粒，均含有1個碳原子和3個氫原子，其
球棍模型如圖所示： ， 。下列說法錯誤的是（ ）
A.X的組成為CH3+ B.Y的組成為CH3-
C.X的價層電子對數為4 D.Y中鍵角小于120°
C
5.美國化學家鮑林教授具有獨特的化學想象力：只要給他物質的分子式，他就能大體上想象出這種物質的分子結構模型。多核離子所帶電荷可以認為是中心原子得失電子所致，根據VSEPR模型，下列離子中所有原子都在同一平面上的一組是（ ）
A. NO2-和NH4+
B. H3O+和ClO3-
C. NO3-和CO32-
D. PO43-和SO42-
C
6.(1)利用VSEPR模型推斷分子或離子的空間結構。
PO43-____________；CS2 ________；AlBr3(共價分子)____________。
(2)按要求寫出第二周期非金屬元素構成的中性分子的化學式。
平面三角形分子_____，三角錐形分子_____，四面體形分子_____。
正四面體形
直線形
平面三角形
BF3　 NF3　 CF4
(3)為了解釋和預測分子的空間結構，科學家在歸納了許多已知的分子空間結構的基礎上，提出了一種十分簡單的理論模型——價層電子對互斥模型。這種模型把分子分成兩類：一類是___________________________
_________；另一類是_____________________。BF3和NF3都是四個原子的分子，BF3的中心原子是_____，NF3的中心原子是_____；BF3分子的空間結構是平面三角形而NF3分子的空間結構是三角錐形的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
中心原子上的價電子都用于形
成共價鍵
中心原子上有孤電子對
B
N
BF3分子中B原子的3個價電子都與F原子形成共價鍵，而NF3分子中N原子的3個價電子與F原子形成共價鍵，還有一對未成鍵的電子對，占據了N原子周圍的空間，參與相互排斥，形成三角錐形

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