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第二節 分子的空間結構
第1課時：分子結構的測定、多樣的分子空間結構、價層電子對互斥模型
第二章 分子結構與性質
分子結構的測定
01
多樣的分子空間結構
02
價層電子對互斥模型
03
1.能說出元素電離能、電負性的含義，能描述主族元素第一電離能、電負性變化的一般規律，能從電子排布的角度對這一規律進行解釋。能說明電負性大小與原子在化合物中吸引電子能力的關系，能利用電負性判斷元素的金屬性與非金屬性的強弱，推測化學鍵的極性。
2. 能簡要說明核外電子運動規律的理論探究對研究元素性質及其變化規律的意義。
學習目標
分子結構的測定
分子結構的確定
任務一：探究分子結構測定的方法
2、紅外光譜的測定原理？
學生活動：閱讀教材P41第1、2、3自然段和P42圖2-6，回答下列問題：
1、常見的測定分子結構的方法？
3、紅外光譜的應用？
原子半徑
2、紅外光譜的測定原理？
3、紅外光譜的應用？
紅外光譜、晶體X射線衍射
分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。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，再記錄到圖譜上呈現吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，可以得知各吸收峰是由哪種化學鍵、哪種振動方式引起的。
分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息
分子結構的確定
1、常見的測定分子結構的方法？
原子半徑
2、質譜法的測定原理？
1、質譜法的測定內容？
分子結構的確定
任務二：探究質譜法測定分子的相對分子質量
學生活動：閱讀教材P42科學技術社會，回答下列問題：
3、質譜圖中橫縱坐標的含義？
4、質譜圖的使用方法？
原子半徑
分子結構的確定
1、質譜法的測定內容？
2、質譜法的測定原理？
利用質譜儀測定分子的相對分子質量
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。
分子結構的確定
3、質譜圖中橫縱坐標的含義？
4、質譜圖的使用方法？
縱坐標是相對豐度（與粒子的濃度成正比）
橫坐標是粒子的相對質量與其電荷數之比，簡稱質荷比
質譜圖中，橫坐標最右側，數值最大的質荷比，就是該分子的相對分子質量
2、質譜圖的使用方法：質譜圖中，橫坐標最右側，數值最大的質荷比，就是該分子的相對分子質量
重點識記：
小 結
1、紅外光譜的應用：分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息
對應訓練
【典例1】在研究有機物的組成和結構時，可用于確定化學鍵和官能團
信息的方法是（ ）
A.質譜法 B.紅外光譜法 C.核磁共振氫譜法 D.燃燒法
【解析】A.質譜法用于測定有機物的相對分子質量，不能測定出有機物的化學鍵和官能團，A錯誤；B.紅外光譜法能測定出有機物的官能團和化學鍵，B正確；C.核磁共振氫譜法用于測定有機物分子中氫原子的種類和數目，不能測定出有機物的化學鍵和官能團，C錯誤；D.燃燒法用于元素的定性分析和定量測定，不能確定化學鍵和官能團信息，D錯誤。答案：B。
對應訓練
【典例2】能夠快速、微量、精確測定有機物相對分子質量的物理方法
是 （ ）
A.紅外光譜法 B.質譜法 C.核磁共振氫譜法 D.色譜法
【解析】紅外光譜法主要用于鑒定官能團；質譜法其實是把有機物打成很多帶正電荷的粒子，在記錄儀上會有很多不同的峰出現，從而推測出該有機物的相對分子質量,所以能夠快速、微量、精確測定有機物相對分子質量的物理方法是質譜法；核磁共振氫譜法用于判斷等效氫種類；色譜法是分離混合物的一種方法。綜上所述，B項符合題意。答案：B
對應訓練
【典例3】質譜法能夠對有機分子結構進行分析，其方法是讓極少量的(10-9g)化合物通過質譜儀的離子化室，樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子，然后測定其質荷比。其有機物樣品的質荷比如圖所示（假設離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關）,該有機物可能是（ ）
【解析】從題圖看出質荷比的最大值是16,所以該物質的相對分子質量是16,所以可能是甲烷。答案：B。
多樣的分子空間結構
任務二：探究多樣的分子空間結構
學生活動：閱讀教材P43第1，2，3自然段和P44資料卡片，回答下列問題：
1、三原子分子的空間結構—— 形和 形（又稱 形）
多樣的分子空間結構
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構名稱
CO2
H2O
2、大多數四原子分子常見的空間結構—— 形和 形
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構名稱
CH2O
NH3
3、五原子分子常見的空間結構—— 形：
4、C2H6的椅式和船式的穩定性強弱？
多樣的分子空間結構
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構名稱
CH4
1、三原子分子的空間結構—— 形和 形（又稱 形）
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構名稱
CO2
H2O
多樣的分子空間結構
直線
V
角
O=C=O
180
直線形
105
V形
四原子分子的空間結構大多數為平面三角形和三角錐形，也有的為直線形(如C2H2)、正四面體形(如P4)等
多樣的分子空間結構
2、大多數四原子分子常見的空間結構—— 形和 形
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構名稱
CH2O
NH3
平面三角
三角錐
約120
平面三角形
107
三角錐形
多樣的分子空間結構
3、五原子分子常見的空間結構—— 形：
化學式 電子式 結構式 鍵角 空間結構名稱
CH4
四面體
109 28
正四面體形
4、C2H6的椅式和船式的穩定性強弱？
C2H6的椅式比船式穩定
小 結
重點識記：
1、常見三原子分子的電子式、結構式、鍵角和空間結構
2、常見四原子分子的電子式、結構式、鍵角和空間結構
3、常見五原子分子的電子式、結構式、鍵角和空間結構
【典例1】下列分子的空間結構模型正確的是 （ ）
A.CO2的空間結構模型
B.H2O的空間結構模型
C.NH3的空間結構模型
D.CH4的空間結構模型
對應訓練
【解析】CO2的空間結構模型為直線形，A項錯誤；H2O的空間結構模型為V形，B項錯誤；NH3的空間結構模型為三角錐形，C項錯誤；CH4的空間結構模型為正四面體形，D項正確。答案：D。
【典例2】下列分子的空間結構與分子中共價鍵鍵角對應正確
的是 （ ）
A.V形：105° B.平面正三角形：120°
C.三角錐形：109°28 D.正四面體形：109°28
對應訓練
【解析】A.二氧化硫分子為V形，鍵角不是105°,故A錯誤；C.氨氣分子為三角錐形，鍵角為107°,故C錯誤；D.白磷分子為正四面體形，鍵角為60°,故D錯誤。答案：B。
【典例3】下列物質分子的空間結構與CH4相同的是（ ）
A. H2O B. P4 C. NH3 D. CO2
對應訓練
【解析】CH4是正四面體形結構，H2O是V形結構，NH3是三角錐形結構，P4是正四面體形結構，CO2是直線形結構。答案：B。
價層電子對互斥模型
任務四：探究價層電子對互斥模型的相關內容
學生活動：閱讀教材P44和P45及表格2-3，小組合作，回答下列問題：
1、價層電子對互斥模型的應用？
2、價層電子對互斥模型的內容？
3、σ鍵電子對數如何確定？
價層電子對互斥模型
價層電子對互斥模型
4、中心原子上的孤電子對數如何確定，公式中各個字母代表的涵義？
公式中各字母的含義填寫下列表格：
a 主族元素
陽離子
陰離子
x b H
其他原子
1、價層電子對互斥模型的應用？
預測分子的空間結構
價層電子對互斥模型
2、價層電子對互斥模型的內容？
價層電子對互斥模型認為，分子的空間結構是中心原子周圍的“價層電子對”相互排斥的結果。 VSEPR的“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鍵電子對。
3、σ鍵電子對數如何確定？
由化學式確定
價層電子對互斥模型
4、中心原子上的孤電子對數如何確定，公式中各個字母代表的涵義？
公式中各字母的含義填寫下列表格：
a 主族元素
陽離子
陰離子
x b H
其他原子
中心原子的價層電子數
=最外層電子數
=中心原子的價電子數-離子的電荷數
=中心原子的價電子數+︱離子的電荷數︱
與中心原子結合的原子數
與中心原子結合的原子最多能接受的電子數
=1
=8-該原子的價層電子數
價層電子對互斥模型
【思考與討論】
(1)以S和P為例，說明如何根據主族元素在周期表中的位置確定它的價電子數。
(2)以N和C1為例，說明如何根據主族元素在周期表中的位置確定它最多能接受的電子數。
依據元素周期表可判斷主族元素的族序數等于最外層電子數，也等于價電子數。S和P都分別處于第三周期第VIA族和第VA族，因此S和P的價電子數分別為6和5。
首先依據N和Cl在元素周期表中的位置，判斷其價電子數分別為5和7，它們最多能接受的電子數為“8減去原子的價電子數”，因此N和Cl最多能接受的電子數分別為3和1。
對應訓練
【典例1】下列分子或離子中含有孤電子對的是（ ）
A.H2O B. CH4 C. SiH4 D.NH4+
【解析】H2O有2對孤電子對，其余均無孤電子對。答案：A。
對應訓練
【典例2】SO32—的中心原子孤電子對計算公式為1/2(a-xb)中，下列對
應的數值正確的是（ ）
A.a=8 x=3 b=2 B.a=6 x=3 b=2
C.a=4 x=2 b=3 D.a=6 x=2 b=3
【解析】SO32—的中心原子孤電子對計算公式1/2(a-xb)中，a指中心原子價電子個數，x指配原子個數，b指配原子形成穩定結構需要的電子個數，因此a=6+2=8,x=3,b=2。答案：A。
對應訓練
【典例3】下列有關價層電子對互斥模型的描述正確的是（ ）
A.價層電子對就是σ鍵電子對
B.孤電子對數由分子式來確定
C.分子的空間結構是價層電子對互斥的結果
D.孤電子對數等于π鍵數
【解析】價層電子對數是σ鍵電子對數與孤電子對數之和，孤電子對數是指沒有成鍵的價電子對數，其與中心原子價層電子總數、與中心原子結合的原子最多能接受的電子數及與中心原子結合的原子數有關，A、B、D項錯誤。答案：B
價層電子對互斥模型
任務五：探究用價層電子對互斥模型判斷分子的空間結構
學生活動：閱讀教材P46第一自然段和P47 第一自然段及表2-4，回答下列問題：
1、中心原子的價層電子對數如何確定？
2、VSEPR模型與分子的空間構型有什么關系？
3、價層電子對互斥模型不能用于預測什么樣的分子？
價層電子對互斥模型
1、中心原子的價層電子對數如何確定？
2、VSEPR模型與分子的空間構型有什么關系？
3、價層電子對互斥模型不能用于預測什么樣的分子？
σ鍵電子對數+孤電子對數=價層電子對數
略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對，便可得到分子的空間結構
價層電子對互斥模型對分子空間結構的預測少有失誤，但它不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子
價層電子對互斥模型
常見分子或離子的空間結構的推測
分子或離子 中心原子上的孤電子對數 中心原子上的價層電子對數 VSEPR模型 VSEPR模型名稱 空間結構 空間結構名稱
CO2、BeCl2
CO32—、BF3
SO2、PbCl2
0
2
直線形
直線形
0
1
3
平面三角形
平面三角形
V形
價層電子對互斥模型
分子或離子 中心原子上的孤電子對數 中心原子上的價層電子對數 VSEPR模型 VSEPR模型名稱 空間結構 空間結構名稱
CH4、CCl4
NH3、NF3
H2O、H2S
0
1
2
4
正四面體形
四面體形
正四面體形
三角錐形
V形
價層電子對互斥模型
常見分子或離子的空間結構的推測
分子或離子 中心原子上的孤電子對數 中心原子上的價層電子對數 VSEPR模型 VSEPR模型名稱 空間結構 空間結構名稱
CO2、BeCl2 0 2 直線形 直線形
CO32—、BF3 0 3 平面三角形 平面三角形
SO2、PbCl2 1 V形
CH4、CCl4 0 4 正四面體形 正四面體形
NH3、NF3 1 四面體形 三角錐形
H2O、H2S 2 V形
價層電子對互斥模型
說明：
1、中心原子不含孤電子對的分子(或離子)，VSEPR模型與分子(或離子)的空間結構一致
2、中心原子若有孤電子對，孤電子對也要占據中心原子周圍的空間，并與成鍵電子對互相排斥，則 VSEPR模型與分子的空間結構不一致。推測分子的立體模型必須略去 VSEPR模型中的孤電子對
3、氨氣與水的VSEPR模型一致，但空間構型不同的原因是：孤電子對之間的斥力>孤電子對與成鍵電子對之間的斥力>成鍵電子對之間的斥力
價層電子對互斥模型
【思考與討論】確定BF3、NH4+和SO32-的VSEPR模型和它們的空間結構，并與同學討論
BF3的σ鍵電子對數為3，中心原子B的孤電子對數為0，所以BF3的價層電子對數為3。BF3的VSEPR模型為平面三角形，BF3的空間結構為平面三角形
NH4+的σ鍵電子對數為4，中心原子N的孤電子對數為0,所以NH4+的價層電子對數為4。NH4+的VSEPR模型為正四面體形，NH4+的空間結構為正四面體形
SO32-的σ鍵電子對數為3，中心原子S的孤電子對數為1，所以SO32-的價層電子對數為4。SO32-的VSEPR模型為四面體形，SO32-的空間結構為三角錐形
小 結
重點識記：
1、利用價層電子對互斥模型預測分子的空間結構
2、常見分子或離子的空間結構的推測表格的應用
對應訓練
【典例1】用價層電子對互斥模型預測H2S和COCl2的空間結構，兩個
結論都正確的是（ ）
A.直線形；三角錐形 B.V形；三角錐形
C.直線形；平面三角形 D.V形；平面三角形
【解析】H2S中的中心原子S上的孤電子對數是1/2×(6-1×2)=2,則說明H2S中的中心原子的價層電子對數為4,因此空間結構是V形；而COCl2中的中心原子C上的孤電子對數是1/2×(4-2×1-1×2)=0,因此COCl2中的中心原子的價電子對數是3,是平面三角形結構。答案：D。
對應訓練
【典例2】下列分子的空間結構為正四面體形的是（ ）
①P4 ②NH3 ③CCl4 ④CH4 ⑤H2S ⑥CO2
A.①③④⑤ B.①③④⑤⑥ C.①③④ D.④⑤
【解析】P4白磷的結構，正四面體形；氨氣三角錐形，四氯化碳和甲烷是正四面體形，硫化氫是V形，二氧化碳是直線形。答案：C。
對應訓練
【典例3】用 VSEPR模型預測下列分子或離子的空間結構，其中不正
確的是（ ）
A. NH4+為正四面體形 B.CS2為直線形
C.HCN為V形 D.PCl3為三角錐形
【解析】NH4+、CS2、HCN中心原子上的價電子都用于形成共價鍵，沒有孤電子對，所以其空間結構分別為正四面體形、直線形、直線形；PCl3中心P原子上有一對孤電子對，未用于形成共價鍵，其空間結構為三角錐形。答案：C。
知識
總結
質譜圖的使用方法:橫坐標最右側，數值最大的質荷比，就是該分子的相對分子質量
紅外光譜的應用：分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息
常見分子或離子的空間結構的推測表格的應用
利用價層電子對互斥模型預測分子的空間結構
常見三原子、四原子、五原子分子的電子式、結構式、鍵角和空間結構
延時符
第1課時：分子結構的測定、多樣的分子空間結構、價層電子對互斥模型

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