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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 價層電子對互斥理論
【思考】肉眼不能看到分子，科學家是怎樣知道分子的結構的呢？
1.結合實例了解共價分子具有特定的空間結構，并可運用相關理論和模型進行解釋和預測。
2.知道分子的結構可以通過波譜等技術進行測定。
1.通過認識分子結構，能夠辨識分子結構的多樣性及復雜性。（宏觀辨識與微觀探析）
2.結合價層電子對互斥理論與分子的空間結構，能夠論證證據與模型的建立及其發展之間的關系。（證據推理與模型認知）
P4O6
SF6
NH3
P4
肉眼不能看到分子，那么，科學家是怎樣知道分子的結構的呢？
一些分子的空間結構模型
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
分子結構
推測
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、質譜法、晶體X射線衍射(下一章講)等
測定
一、分子結構的測定
(1)原理：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。
1．紅外光譜法
紅外光譜儀
測分子體結構：紅外光譜儀→吸收峰→分析官能團、化學鍵。
(2)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圖如上圖所示，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（—OH）。
透過率/%
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
質譜儀原理示意圖
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
分子
分子離子
碎片離子
失去電子
高壓電場加速
通過狹縫進
入磁場分離
記錄儀
質譜圖
2.質譜法
30
40
50
60
100
70
80
110
90
65
91
92
相對豐度/％
質荷比（ ）
m
z
甲苯分子的質譜圖
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），簡稱質荷比，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。
通過質譜圖測定分子的相對分子質量：
相對分子質量＝最大質荷比
甲苯的相對分子質量為92
在多原子構成的分子中，由于原子間排列的空間順序不一樣，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。這就是所謂的分子的立體構型。
二、多樣的分子空間結構
1.雙原子分子（直線形）
O2
HCl
直線形180°
化學式 電子式 結構式 鍵角 分子的空間結構模型 空間結構
空間填充模型 球棍模型 CO2
H2O
O
:
:
:
C
O
:
:
:
:
:
H
:
O
H
:
:
:
O=C=O
180°
直線形
V形
105°
2.三原子(AB2型)分子的空間結構——直線形和V形
化學式 電子式 結構式 鍵角 分子的空間結構模型 空間結構
空間填充模型 球棍模型 CH2O
NH3
H
:
C
O
:
:
:
:
:
H
H
:
N
H
:
:
:
H
120°
107°
平面三角形
三角錐形
3.四原子(AB3型)分子的空間結構——平面三角形和三角錐形
四原子分子其他空間結構（直線形、正四面體形）
（平面三角形，三角錐形）
C2H2 180°
P4 60°正四面體形
BF3
平面正三角形 120°
化學式 電子式 結構式 鍵角 分子的空間結構模型 空間結構
空間填充模型 球棍模型 CH4
109°28'
正四面體形
H
:
C
H
:
:
:
H
H
4.五原子(AB4型)分子的空間結構——正四面體形
P4O6
SF6
P4
P4O10
C60
S8
椅式C6H12
船式C6H12
5.其他多原子分子
同為三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空間結構卻不同
同為四原子分子，CH2O與 NH3 分子的的空間結構也不同，什么原因？
【思考與討論】
三、價層電子對互斥理論
分子的立體構型是“價層電子對”相互排斥的結果。
----又稱“VSEPR模型”可用來預測分子的立體結構
1、中心原子：對ABn型分子，B圍繞A成鍵，則A 為中心原子。n值為中心原子結合的原子數
2、價層電子對：分子中的中心原子A上的電子對
（1）σ鍵電子對：中心原子A上形成σ鍵的電子對--- σ鍵電子對數 = 中心原子結合的原子數n
（2）中心原子上的孤電子對：未用于形成共價鍵的中心原子A上的電子對
價層電子對數 = σ鍵電子對數 + 中心原子上的孤電子對數
如何確定中心原子上的孤電子對數？
【方法1】：寫出分子的電子式，可快速確定
O C O
::
::
:
:
:
:
:
:
:
H O H
:
:
:
:
H N H
:
H
:
:
:
H C H
:
H
H
H2O
CO2
NH3
CH4
2
0
1
0
【方法2】：用公式計算
中心原子上的孤電子對數=
（a - xb）
2
a----中心原子的價電子數
x----與中心原子結合的原子數
b----與中心原子結合的原子最多能接受的電子數
（H為1，其它原子等于“8 – 該原子的價電子數”）
【例】：SO2 a = 6
x = 2
b = 2
孤電子對數=1
【注意】：用公式計算時，陰、陽離子a不同
中心原子上的孤電子對數=
（a - xb）
2
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
分子或離子 中心原子 a x b 中心原子上的
孤電子對數
SO2 S 6 2 2 1
NH4+ N 5-1=4 4 1 0
CO32- C 4+2=6 3 2 0
計算價層電子對數=中心原子的σ鍵電子對數+孤電子對數
代表物 電子式 中心原子結合的原子數 σ鍵 電子對數 孤電子數 價層電子對數
H2O
NH3
CO2
CH4
:
:
:
H O H
:
:
:
:
H N H
:
H
:
:
:
H C H
:
H
H
O C O
::
::
:
:
:
:
2
3
4
2
2
2
4
3
1
4
4
0
4
2
0
2
價層電子對（σ鍵電子對和未成鍵的孤電子對）
由于斥力作用，若有兩對價層電子，則夾角180°；若有三對價層電子，夾角120°；若有四對價層電子，夾角109°。
一個分子或離子中的價層電子對在空間的分布
3．確定價層電子對互斥模型（VSEPR模型）
直線形
價層電子對數目：
平面三角形
四面體形
三角雙錐形
八面體形
VSEPR模型
4．VSEPR模型的應用——預測分子或離子空間結構
(1)基本思路：ABn型分子
無孤對電子：
有孤對電子：
價層電子對數
→
VSEPR
模型
VSEPR模型即分子空間結構
略去孤對電子，剩下是分子或離子空間結構
分子或 離子 價層電子對數 VSEPR模型及名稱 分子或離子
空間結構及名稱
CO2
CH4
(2)具體實例
①中心原子不含孤電子對
2 直線形 直線形
3 平面三角形 平面三角形
4 正四面體形 正四面體形
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 分子或離子的
空間結構及名稱
NH3
H2O
H3O＋
SO2
4 1 四面體形 三角錐形
4 2 四面體形 V形
4 1 四面體形 三角錐形
3 1 平面三角形 V形
A的價層電子對數 δ鍵電子對數 孤對電子對數 VSEPR 模型名稱 分子的空間結構
2 2 0
3 3 0
2 1
BeCl2 CO2
(直線形）
BF3 BCl3
（平面三角形）
SnBr2 PbCl2
（V形）
直線形
平面三角形
平面三角形
【小結】分子空間結構的確定
A的價層電子對數 δ成鍵電子對數 孤對電子對數 VSEPR模型名稱 分子的空間結構
4 4 0
3 1
2 2
CH4 CCl4
（正四面體）
NH3 PH3
（三角錐）
H2O H2S
（V形）
正四面體
正四面體
正四面體
A的價層電子對數 δ成鍵電 子對數 孤對電子對數 VSEPR模型名稱 分子空間結構
5 5 0
6 6 0
4 2
三角雙錐
（PCl5）
正八面體
（ SF6）
平面正方形
（ XeF4）
八
面
體
思考：【2021年全國乙卷】H2O的鍵角小于CH4 、NH3的，分析原因。
CH4
H2O
NH3
提示：CH4、H2O、NH3的價層電子對均為4，VSEPR模型均為四面體形，但由于孤電子對有較大的斥力，孤電子對越多，與成鍵電子對之間的排斥力越大，鍵角越小。
（1）由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預測值。
（3）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。
（2）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，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角也減小。
【特別提醒】
價層電子對數
價層電子對
互斥理論
VSEPR模型
略去孤電子對
分子的空間結構
σ鍵電子對
中心原子上的
孤電子對數目
2.價層電子對互斥理論
1.分子結構的測定
紅外光譜——化學鍵或官能團
質譜——相對分子質量
1．下列分子結構與分子中共價鍵鍵角對應錯誤的是( 　)
A．直線形分子：180°　
B．平面正三角形：120°
C．三角錐形：109°28′
D．正四面體形：109°28′
C
2．下列有關價層電子對互斥理論的描述正確的是(　　)
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
C
4．下列分子或離子的中心原子上未用于成鍵的價電子對最多的是(　　)
A．H2O B．HCl　　 C．NH4＋　　D．PCl3
3.下列分子中,空間結構不是直線形的是(　　)
A.CO B.H2O C.CO2 D.C2H2
B
A
5.運用價層電子對互斥理論推測下列分子或離子的空間結構。
(1)BeCl2　　 　　　; (2)SCl2　　　 ;
(3)SO32-　　　 ; (4)PF3　　 　 ;
直線形
V形
三角錐形
三角錐形
(5)H2Se　　　 ; (6)BBr3　　 　;
(7)CHCl3　 　　; (8)SiF4　　　 。
V形
平面三角形
四面體形
正四面體形

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