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人教版2019高中化學選擇性必修2
第二章 分子結構與性質
第二節 分子的空間結構
第1課時 分子的空間結構、價層電子對互斥模型
【課程目標】
1.知道分子的結構可以通過波譜等技術進行測定。
2.結合實例了解共價分子具有特定的空間結構。
3.在理解價層電子對互斥模型的基礎上，對分子的空間結構進行解釋和預測。
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
紅外光譜儀
【任務一：分子結構的測定】
肉眼不能看到分子，科學家是怎樣知道分子的結構的呢？
分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。分子的空間結構是分子中的原子處于平衡位置時的模型。
【任務一：分子結構的測定】
一、紅外光譜
分子振動需要能量，所以當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，記錄到圖譜上呈現吸收峰。
【任務一：分子結構的測定】
一、紅外光譜
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。
a．GNPs/PB-MWCNTs-CS/Au;
b. r-Ab/GNPs/PB-MWCNTs-CS/Au;
c. IgG/r-Ab/GNPs/PB-MWCNTs-CS/Au
通過紅外光譜圖，發現未知物中含有O-H、C-H和C-O的振動吸收，可初步推測該未知物中含有羥基。
化學式：C2H6O
乙醇 CH3CH2OH 二甲醚 CH3OCH3
【任務一：分子結構的測定】
一、紅外光譜
二、質譜
縱坐標表示相對豐度，橫坐標表示粒子的相對質量與其電荷數之比（m/z），簡稱荷質比，化學家通過分析得知，被測物的相對分子質量是92，該物質是甲苯。
1、2002年諾貝爾化學獎獲得者的貢獻之一是發明了對有機分子的結構進行分析的質譜法。其方法是讓極少量(10－9 g左右)的化合物通過質譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2H、C2H、C2H……然后測定其質荷比β。設H＋的質荷比為1，某有機物樣品的質荷比如圖(假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子多少有關)，則該有機物可能
(　　)
D
A．CH3OH B．C3H8
C．C2H4 D．CH4
【課堂練習】
三、研究分子的空間結構的意義
多樣的分子空間結構
O2
HCl
1.雙原子分子 直線形
大多數分子是由兩個以上原子構成的，于是分子就有了原子的幾何學關系和形狀，這就是分子的空間結構。
2.三原子分子
直線形和V形
3.四原子分子 平面三角形和三角錐形等
4.五原子分子
最常見的是四面體形
C
H
H
H
H
··
··
··
··
空間結構：正四面體形 鍵角：109°28′
為什么甲烷分子的空間結構是正四面體形而不是正方形？
【思考交流】
電子對數
電子對互斥
氣球空間互斥
2
3
4
直線形
平面三角形
正四面體形
空間構型
“氣球空間互斥”類比“電子對互斥”
CO2 直線形 180°
H2O V形 105°
CH2O 平面三角形 約120°
NH3 三角錐形 107°
三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，為什么它們的空間結構不同？
【思考交流】
寫出分子的電子式，再對照其球棍模型，運用分類、對比的方法，分析結構不同的原因。
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
化學式 電子式 分子的空間結構模型
【學生活動】
化學式 電子式 分子的空間結構模型
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
成鍵電子對
孤電子對
孤電子對：未用于形成共價鍵的電子對
結論：由于中心原子的孤電子對占有一定空間，對其他成鍵電子對存在排斥力，影響其分子的空間結構。
【學生活動】
分子的空間結構除了和中心原子與結合原子間的成鍵電子對有關，還和中心原子的孤電子對有關，兩者合稱為中心原子的“價層電子對”。
【歸納小結】
實驗測得NH3的鍵角為107°，H2O的鍵角為105°,為什么NH3和H2O的鍵角均小于109°28′？
相較成鍵電子對，孤電子對有較大的排斥力
109°28′
107°
105°
【思考交流】
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。
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電子對。多重鍵只計其中的σ鍵電子對，不計π電子對。
一、價層電子對互斥（VSEPR）模型
Valence-shell Electron-pair Repulsion
【任務二：價層電子互斥理論】
二、預測分子的空間構型
【任務二：價層電子互斥理論】
中心原子無孤電子對的分子
中心原子有孤電子對的分子
CH4
H2O
NH3
含孤電子對的VSEPR模型
分子的空間結構模型
中心原子無孤電子對的分子：VSEPR理想模型就是其分子的空間結構。
若有：先判斷VSEPR理想模型，后略去孤電子對，便可得到分子的空間結構
二、預測分子的空間構型
【任務二：價層電子互斥理論】
如何計算價層電子對數
【思考交流】
思考
1、σ鍵電子對數
【任務二：價層電子互斥理論】
多重鍵只計其中的σ鍵電子對，不計π鍵電子對
σ鍵電子對數 ＝ 結合原子數
σ鍵電子對可由化學式確定
分子 中心原子 共價鍵 鍵數 鍵電子對數
H2O O O－H 2
NH3 N N－H 3
SO3 S S=O 3
3
2
3
方法一：根據電子式直接確定
2、計算中心原子上的孤電子對數
【任務二：價層電子互斥理論】
方法二：公式計算中心原子上的孤電子對數＝ (a-xb)
CH4
×(4-4×1)＝0
NH3
×(5-3×1)＝1
H2O
×(6-2×1)＝2
2
1
2
1
2
1
2
1
a為中心原子的價電子數（對于主族元素等于原子的最外層電子數）；
x為與中心原子結合的原子數；
b為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
為“8減去該原子的價電子數”，氧和氧族元素中的S、Se等均為2，
鹵族元素均為1
分子或離子 中心原子 a x b 中心原子上的
孤電子對數
CO2
SO2
CO32-
NH4+
2、計算中心原子上的孤電子對數＝ (a xb)
2
1
C
4
2
2
(4-2×2)÷2＝0
S
6
2
2
(6-2×2)÷2＝1
【課堂練習】
陽離子：a＝中心原子的價電子數-離子的電荷數
陰離子：a＝中心原子的價電子數＋離子的電荷數(絕對值)
x和b的計算方法不變
分子或離子 孤電子對數 價層電子對數 VSEPR理想模型 VSEPR理想模型名稱 分子或離子的空間結構 分子或離子的空間結構名稱
CO2 0
SO2 1
CO 0
NH 0
2-
3
+
4
0+2＝2
1+2＝3
0+3＝3
0+4＝4
直線形
平面
三角形
平面
三角形
正四
面體形
直線形
V形
平面
三角形
正四
面體形
【歸納小結】
預測分子的空間結構的步驟
1.計算中心原子的成鍵電子對數＝結合原子數
2.計算中心原子上的孤電子對數
3.價層電子對數＝σ鍵電子對數＋孤電子對數
4.確定VSEPR模型
5.略去孤電子對，確定分子的空間結構
VSEPR模型的應用
【歸納小結】
3、下列說法中正確的是(　　)
A. SO2中S原子無孤電子對
B. NF3的VSEPR模型與其分子的空間結構一致
C. O3和SO2空間結構相同
D. BeCl2的空間結構為V形
【課堂練習】
電子對數目 電子對的空間構型 成鍵電子對數 孤電子
對 數 電子對的
排列方式 分子的
空間結構 實 例
2 直 線形 2 0 直線形 BeCl2
CO2
3 三角形 3 0 三角形 BF3
SO3
2 1 V形 SnBr2
PbCl2
【課堂小結】
電子對數目 電子對的空間構型 成鍵電子對數 孤電子
對 數 電子對的
排列方式 分子的
空間構型 實 例
4 四面體 4 0 四面體 CH4
CCl4
NH4＋
SO42-
3 1 三角錐 NH3
PCl3
SO32－
H3O+
2 2 V形 H2O
電子對數目 電子對的空間構型 成鍵電子對數 孤電子
對 數 電子對的
排列方式 分子的
空間構型 實 例
5 三角
雙錐 5 0 三角雙錐 PCl5
4 1 變形
四面體 SF4
3 2 T形 BrF3
2 3 直線形 XeF2
價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規律：
孤電子對－孤電子對＞孤電子對－成鍵電子對＞成鍵電子對－成鍵電子對。
隨著孤電子對數目的增多，孤電子對與成鍵電子對之間的斥力增大，鍵角減小。
價層電子對互斥模型不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子

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