資源簡介

(共67張PPT)
第二章　
分子結構與性質
第二節　
分子的空間結構
第1課時　
分子空間結構
[明確學習目標]
1．了解常見的分子結構測定方法。
2．認識共價分子結構的多樣性和復雜性。
3．理解價層電子對互斥理論的意義。
4．能根據有關理論判斷簡單分子或離子的構型。
[核心素養對接]
1．宏觀辨識與微觀探析：通過認識分子結構，辨識分子結構的多樣性及復雜性。
2．科學探究與創新意識：認識科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動。
3．證據推理與模型認知：結合價層電子對互斥理論與分子的空間結構，能論證證據與模型建立及其發展之間的關系。
課前篇
·
自主學習固基礎
一、分子結構的測定
[知識梳理]
1．紅外光譜在測定分子結構中的應用
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________的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現________。
化學鍵　
吸收峰
通過和已有________比對，或通過_________計算，可以得知各吸收峰是由哪種________、哪種________方式引起的，綜合這些信息，可分析出分子中含有何種________或________的信息。
譜圖庫
量子化學　
化學鍵
振動
化學鍵
官能團
2．質譜法在測定分子相對分子質量中的應用
現代化學常利用質譜儀測定分子的相對分子質量。它的基本原理是在質譜儀中使分子失去電子變成帶________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。
正電荷
二、價層電子對互斥模型
1．價層電子對互斥模型(VSEPR model)
對ABn型的分子或離子，中心原子A的價層電子對(包括成鍵的__________和未成鍵的__________)之間由于存在排斥力，將使分子的空間結構總是采取電子對________最弱的那種結構，以使彼此之間________最小，分子或離子的體系能量最低，最穩定。
σ鍵電子對
孤電子對
相互排斥　
斥力
2．價層電子對的計算
(1)中心原子價層電子對數＝σ鍵電子對數＋孤電子對數。
(2)σ鍵電子對數的計算
由化學式確定，即中心原子形成幾個σ鍵，就有幾對σ鍵電子對。如H2O分子中，O有____個σ鍵電子對。NH3分子中，N有____個σ鍵電子對。
2　
3　
(3)中心原子上的孤電子對數的計算21
中心原子上的孤電子對數＝(a－xb)
①a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＝_________________________________。
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
②x表示與_________結合的原子數。
③b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＝________________________。
中心原子
8－該原子的價電子數
3．價層電子對的空間結構(即VSEPR模型)
　　　 　 　
價層電子對數目： 2　　 3　 　　　4
VSEPR模型：________　__________　____________
直線形
平面三角形
正四面體形
4．VSEPR模型的應用——預測分子空間結構
由價層電子對相互排斥，得到含有孤電子對的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的________，便可得到分子的空間結構。
(1)中心原子不含孤電子對
分子或 離子 價層電 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
孤電子對　
2　
0　
分子或 離子 價層電 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
CO32-
CH4
續表
3
0　
4　
0　
(2) 中心原子含孤電子對
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
H2O
4　
1　
4　
2　
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
SO2
續表
3　
1
[自我排查]
一、微判斷
(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角錐形(　　)
(2)正四面體形的鍵角均為109°28′(　　)
(3)SiCl4、SiH4、NH4＋、CH3Cl均為正四面體結構(　　)
(4)SF6分子的空間結構為正八面體形(　　)




(5)椅式C6H12比船式C6H12穩定(　　)
(6)分子的VSEPR模型和相應分子的空間結構是相同的
(　　)
(7)所有的三原子分子都是直線形結構(　　)
(8)SO2與CO2的分子組成相似，故它們分子的空間結構相同(　　)




(9)由價層電子對互斥模型可知SnBr2分子中Sn─Br的鍵角小于180°(　　)
(10)根據價層電子對互斥模型可以判斷H3O＋與NH3的分子(或離子)的空間結構一致(　　)


二、嘗試解答
試解釋CH4鍵角(109°28′)、NH3鍵角(107°)、H2O鍵角(105°)依次減小的原因。
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：CH4分子中的C原子上沒有孤電子對，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。
研習1 紅外光譜
紅外光譜原理示意圖
[探究活動]
[問題探討]
1．紅外光譜的作用
初步判斷有機物分子中含有何種________或________。
化學鍵　　
官能團
2．原理
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________。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，從而可以獲得分子中含有何種__________或_________的信息。
吸收峰　
化學鍵
官能團
3．示例：未知物質A的紅外光譜圖為
由上述紅外光譜圖判斷物質A中有________、________和________的振動吸收，推測物質A中含有的官能團是________。
O—H　
C—H　
C—O
—OH
[重點講解]
分子結構的測定
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。
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(如圖)。通過和已有的譜圖庫比對，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，綜合這些信息，可分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。
紅外光譜儀原理示意圖
例如，通過紅外光譜儀測得某未知物的紅外光譜如圖所示，發現有O—H、C—H和C—O的振動吸收。因此，可以初步推測該未知物中含有羥基。
某未知物的紅外光譜
[典例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＋6、C2H＋5、C2H＋4……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)，則該有機物可能是(　　)
A．CH3OH　　 B．C3H8　　 C．C2H4　　 D．CH4
解析：有機物樣品的質荷比的最大值為該物質的相對分子質量，根據有機物樣品的質荷比圖可知該物質的相對分子質量為16，甲醇、丙烷、乙烯、甲烷的相對分子質量分別為32、44、28、16，因此該有機物是甲烷。
[舉一反三]
1．用紅外光譜儀測得乙偶姻分子的紅外光譜圖如下：
則乙偶姻分子中含有的化學鍵是____________________
_______________________，
推測其含有的官能團是____________________________
_________________________。
O—H、C—H和CO
—OH、
2．某有機物的化學式為C8H8O2，分子中只含有一個苯環，其紅外光譜如圖所示：
該分子中的化學鍵除 和C==O外還含有____
___________________________，推測其含有的官能團為
_______________________________。
C—H和C—O—C(醚鍵)
C—O—C和
研習2 價層電子對互斥理論
[探究活動]
[問題探討]
1．甲烷分子中的中心原子是什么？寫出CH4的電子式，中心原子上有幾對成鍵電子？其VSEPR模型是什么？分子的空間結構是什么？
提示：甲烷分子中的中心原子是C，甲烷的電子式為
，中心原子上有4對成鍵電子；其VSEPR模
型為正四面體形，分子的空間結構是正四面體。
2．氨分子中的中心原子是什么？寫出NH3的電子式，中心原子上有幾對成鍵電子，幾對孤電子對？其VSEPR模型是什么？略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對后得到NH3的空間結構是什么？
提示：氨分子中的中心原子是N，NH3的電子式為 ，中心原子上有3對成鍵電子，1對孤電子對；其VSEPR模型是四面體形，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對后得到NH3的空間結構是三角錐形。
3．水分子中的中心原子是什么？寫出水分子的電子式，中心原子上有幾對成鍵電子，幾對孤電子對？其VSEPR模型是什么？略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對后得到水分子的空間結構是什么？
提示：水分子中的中心原子是O，水分子的電子式是 ，中心原子上有2對成鍵電子，2對孤電子對；其VSEPR模型為四面體形，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對后得到H2O的空間結構是V形。
[重點講解]
1．價層電子對互斥理論要點
(1)對于ABx型分子中，空間結構主要取決于中心原子A價層電子對的相互排斥。價層電子對數＝σ鍵電子對數＋中心原子上的孤電子對數。
(2) 中心原子的價層電子對數和空間結構的關系
價層電 子對數 2 3 4 5 6
空間 結構 直線形 平面三 角形 正四 面體 三角 雙錐 正八
面體
(3) 價層電子對之間相互排斥作用大小
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
2．用價層電子對理論判斷共價分子或離子空間結構
(1)確定中心原子的價層電子對數
①對于ABx型分子，σ鍵電子對＝B原子的個數，如H2O的中心原子是O，有2對σ鍵電子對。
②中心原子上的孤電子對數＝(a－xb)，其中a為中心原子的價電子數，x為B原子的個數，b為B最多能接受的電子數。
③對于陽(或陰)離子來說，a為中心原子的價電子數減去(或加上)離子所帶的電荷數。
④中心原子的價層電子數＝σ鍵電子對數＋中心原子的孤電子對數。
(2) 根據中心原子價層電子對數確定VSEPR模型
(3) 略去孤電子對，確定分子的空間結構
σ鍵電子對數 孤電子對 數 價層 電子 對數 電子對的排列方式 VSEPR模型 分子或離 子的空間 結構 實例
2 0 2 直線形 直線形 HgCl2、BeCl2、
CO2
3 0 3 平面 三角形 平面 三角形 BF3、BCl3
σ鍵電子對數 孤電子對 數 價層 電子 對數 電子對的排列方式 VSEPR模型 分子或離 子的空間 結構 實例
2 1 3 平面 三角形 V形 SnBr2、
PbCl2
4 0 4 四面 體形 正四面 體形 CH4、
CCl4
續表
σ鍵電子對數 孤電子對 數 價層 電子 對數 電子對的排列方式 VSEPR模型 分子或離 子的空間 結構 實例
3 1 4 四面 體形 三角 錐形 NH3、
NF3
2 2 4 四面 體形 V形 H2O
續表
[典例2]　下列分子的中心原子含有一個孤電子對的是
(　　)
A．H2O B．BeCl2
C．CH4 D．PCl3
D
解析：根據公式：中心原子上的孤電子對數＝(a－xb)，式中a為中心原子的價電子數，對主族元素來說，價電子數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，其他原子等于“8－該原子的價電子數”。將各選項中的數據代入計算，可得各分子中中心原子上的孤電子對數依次為2、0、0、1，D項符合要求。
1．下列用價層電子對互斥模型分別預測H2S和BF3的空間結構的結論正確的是(　　)
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
[舉一反三]
D
解析：根據價層電子對互斥模型，H2S的中心原子上的價層電子對數為4，孤電子對數為2，孤電子對和σ鍵電子對相互排斥而形成V形；BF3的中心原子上的價層電子對數為3，孤電子對數為0，故其空間結構為平面三角形。
2．下列各組微粒的空間結構相同的是(　　)
A．CO2與SO2 B．CH4與CCl4
C．NH3與BF3 D．H3O＋與SO3
B
解析：CO2分子中C原子的價層電子數為2＋＝2，孤電子對數為0，空間結構為直線形；
SO2分子中S原子的價層電子對數為2＋ ＝3，孤電子對數為1，空間結構為V形，A錯誤。
CH4與CCl4分子中C原子的價層電子對數均為4＋ ＝4，孤電子對數均為0，空間結構均為正四面體形，B正確。
NH3中N原子的價層電子對數為3＋ ＝4，孤電子對數為1，空間結構為三角錐形；
BF3中B原子的價層電子對數為3＋ ＝3，孤電子對數為0，空間結構為平面三角形，C錯誤。
H3O＋中O原子的價層電子對數為3＋ ＝4，孤電子對數為1，空間結構為三角錐形；
SO3分子中S原子的價層電子對數為3＋＝3，孤電子對數為0，空間結構為平面三角形，D錯誤。
演習篇
·
學業測試速達標
1．若ABn型分子的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤對電子，運用價層電子對互斥模型，下列說法正確的是(　　)
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
解析：根據價層電子對互斥理論知，ABn型分子的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤對電子，若n＝2，則分子的空間結構為直線形；若n＝3，則分子的空間結構為平面三角形；若n＝4，則分子的空間結構為正四面體形。
2．下列各組分子或離子的空間結構不相似的是(　　)
A．NH、CH4
B．H3O＋、NH3
C．CO、BF3
D．CO2、SO2
D
解析：NH中N原子價層電子對數＝4＋ ＝4，且不含孤電子對，CH4中C原子價層電子對數＝4＋ ＝4，且不含孤電子對，所以二者都是正四面體結構，故A不選；
H3O＋中O原子價層電子對數＝3＋ ＝4，且含有一對孤電子對，NH3中N原子價層電子對數＝3＋＝4，且含有一對孤電子對，所以二者都是三角錐形，故B不選，
CO32-中C原子價層電子對數＝3＋ ＝3，且不含孤電子對，BF3中B原子價層電子對數＝3＋ ＝3，且不含孤電子對，所以二者都是平面三角形，故C不選；
二氧化碳是直線形分子，二氧化硫分子中S原子價層電子對數＝2＋ ＝3，且含有一對孤電子對，所以為V形，二者空間結構不相似，故D選。
3．用價層電子對互斥理論預測H2O和BF3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
D
解析：H2O分子的中心原子O原子上含有2個σ鍵，中心原子上的孤電子對數＝(a－xb)＝(6－2×1)＝2，所以H2O分子的VSEPR模型是四面體形，略去孤電子對后，實際上其空間結構是V形；BF3分子的中心原子B原子上含有3個σ鍵，中心原子上的孤電子對數＝(a－xb)＝(3－3×1)＝0，所以BF3分子的VSEPR模型是平面三角形，中心原子上沒有孤電子對，所以其空間結構是平面三角形。
4．運用價層電子對互斥理論，分析下列分子的空間結構，對應關系都正確的是(　　)
選項 BeCl2 OF2 BCl3 SO3 CO
A V形 直線形 平面三角形 三角錐形 三角錐形
B V形 直線形 三角錐形 三角錐形 三角錐形
C 直線形 V形 平面三角形 平面三角形 平面三角形
D 直線形 V形 三角錐形 平面三角形 平面三角形
C
解析：BeCl2中心原子B的價層電子對數＝(2－1×2)＋2＝2，沒有孤電子對，屬于直線形；OF2中心原子O的價層電子對數＝(6－1×2)＋2＝4，有2對孤電子對，屬于V形；BCl3中心原子B的價層電子對數＝(3－1×3)＋3＝3，沒有孤電子對，屬于平面三角形；SO3中心原子S的價層電子對數＝(6－2×3)＋3＝3，沒有孤電子對，屬于平面三角形；CO32-中心原子C的價層電子對數＝(4＋2－2×3)＋3＝3，沒有孤電子對，屬于平面三角形。
5．有下列分子或離子：①CS2、②PCl3、③H2S、④CO、⑤H3O＋、⑥NH、⑦BF3、⑧SO2。
粒子的空間結構為直線形的是________；粒子的空間結構為V形的有________；粒子的空間結構為平面三角形的有________；粒子的空間結構為三角錐形的有________；粒子的空間結構為正四面體形的有________。
①　
③⑧　
④⑦
②⑤　
⑥
解析：中心原子上孤電子對數及粒子的空間結構如表。
ABn 中心原子孤 電子對數 分子或離子 分子或離子的
空間結構
AB2 0 CS2 直線形
AB3 CO、BF3 平面三角形
AB4 NH 正四面體形
AB2 1 SO2 V形
AB3 PCl3H3O＋ 三角錐形
AB2 2 H2S V形
本課結束
This lesson is over
THANKS!

展開更多......

收起↑