分子的空間結(jié)構(gòu) 第一課時：分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性 價層電子對互斥模型【知識精講+備課精研+高效課堂】 高中化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)第一課時分子結(jié)構(gòu)的測定和多樣性價層電子對互斥模型1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法2.通過典型分子結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識微觀結(jié)構(gòu)對分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性3.通過價層電子對互斥模型的探究，建立解決復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)判斷的思維模型分子的世界形形色色，異彩紛呈，美不勝收，常使人流連忘返。肉眼不能看到的分子，科學(xué)家是怎樣知道分子的結(jié)構(gòu)的呢分子結(jié)構(gòu)的測定1.早年的科學(xué)家主要靠對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后推測分子的結(jié)構(gòu)。2.如今，科學(xué)家應(yīng)用了許多測定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。3.下面先介紹紅外光譜，下一章還將介紹晶體X射線衍射。分子結(jié)構(gòu)的確定——紅外光譜法1.原理：分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當(dāng)一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到譜圖上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學(xué)計算，可以得知各吸收峰是由哪種化學(xué)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(xué)鍵或官能團的信息。紅外光譜儀某有機物分子式為C2H6O，其紅外光譜圖如下，則該有機物的結(jié)構(gòu)簡式是A.CH3CH2OH

B.CH3OCH3相對分子質(zhì)量的確定——質(zhì)譜法1.原理在質(zhì)譜儀中用高能電子流轟擊樣品分子，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(zhì)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(xiàn)一系列峰，化學(xué)家對這些峰進行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對分子質(zhì)量。質(zhì)譜儀相對分子質(zhì)量＝最大質(zhì)荷比甲苯的相對分子質(zhì)量為921.可以準(zhǔn)確判斷有機物分子中含有哪些官能團的分析方法是()A.核磁共振氫譜 B.質(zhì)譜C.紅外光譜 D.紫外光譜C

2.質(zhì)譜法能夠?qū)τ袡C分子結(jié)構(gòu)進行分析，其方法是讓極少量的(10-9g)化合物通過質(zhì)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(zhì)荷比。某有機物樣品的質(zhì)荷比如圖所示(假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，信號強度與該離子的多少有關(guān)),該有機物可能是（）A.甲醇(CH3OH)

B.甲烷

C.丙烷

D.乙烯B紫外光譜核磁共振氫譜1、利用幾何知識分析一下，空間分布的兩個點是否一定在同一直線？遷移:兩個原子構(gòu)成的分子，將這2個原子看成兩個點，則它們在空間上可能構(gòu)成幾種形狀？O2HCl2、利用幾何知識分析一下，空間分布的三個點是否一定在同一直線上？遷移：三個原子構(gòu)成的分子，將這3個原子看成三個點，則它們在空間上可能構(gòu)成幾種形狀？分別是什么？CO2H2O大多數(shù)分子是由兩個以上原子構(gòu)成的，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(xué)關(guān)系和形狀，這就是分子的空間結(jié)構(gòu)。多樣的分子空間構(gòu)型三原子分子的空間結(jié)構(gòu)——直線形和V形化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)空間充填模型球棍模型CO2

H2O

O:::CO:::::H:OH:::O=C=O180°直線形V形105°四原子分子的空間結(jié)構(gòu)——平面三角形和三角錐形化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)空間充填模型球棍模型BF3

NH3

CH2OH:NH:::H107°三角錐形120°H:CO:::::H平面三角形平面正三角形約120°四原子分子其他空間結(jié)構(gòu)（直線形、正四面體形）C2H2180°直線形P460°正四面體形97°94°H2O2五原子分子的空間結(jié)構(gòu)——正四面體形和四面體形化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)空間充填模型球棍模型CH4

CH3Cl109°28'正四面體形H:CH:::HH四面體形P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6正八面體形其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)C60C20C40C70CO2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(jié)構(gòu)不同？化學(xué)式電子式分子的空間結(jié)構(gòu)模型CO2H2OCH2ONH3CH4孤電子對成鍵電子對根據(jù)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(jié)構(gòu)不同的原因。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，影響分子的空間結(jié)構(gòu)。價層電子對互斥模型(VSEPRmodels)1.內(nèi)容

價層電子對互斥模型認(rèn)為,分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍的“價層電子對”相互排斥的結(jié)果。

“價層電子對”是指分子中的中心原子與結(jié)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。2.價層電子對數(shù)的計算

價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)+孤電子對數(shù)①σ鍵電子對數(shù)可從化學(xué)式來確定。

ABn型分子，A為中心原子，B為與A用共價鍵結(jié)合的原子。n為結(jié)合的數(shù)量，也等于A與B之間結(jié)合的σ鍵個數(shù)，即σ鍵電子對的數(shù)量。σ鍵電子對數(shù)=中心原子結(jié)合的原子數(shù)分子中心原子中心原子結(jié)合的原子數(shù)σ鍵電子對數(shù)H2OO2NH3N3SO3S3233②中心原子上的孤電子對數(shù)1°根據(jù)電子式直接確定2°公式計算中心原子上的孤電子對數(shù)＝(a-xb)211、a為中心原子的價電子數(shù)（對于主族元素等于原子的最外層電子數(shù)）；2、x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)；3、b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)（氫為1，其他原子為“8減去該原子的價電子數(shù)”，如氧和氧族元素中的S、Se等均為2，鹵族元素均為1；等等）CH4×(4-4×1)＝0NH3×(5-3×1)＝1H2O×(6-2×1)＝2212121分子或離子中心原子

a

x

b中心原子上的孤電子對數(shù)

SO2

NH4+

CO32-

CO2

SO42-SNCCS0145-1=412264+2=646+2=8324200220幾種分子或離子的中心原子上的孤電子對數(shù)對于陽離子，a=價電子數(shù)-離子電荷數(shù)；對于陰離子，a=價電子數(shù)+|離子電荷數(shù)|。3.價層電子對的空間結(jié)構(gòu)（VSEPR模型）價層電子對數(shù)n=2n=3n=4n=5n=6VSEPR模型VSEPR模型名稱直線形平面三角形四面體形三角雙錐八面體形中心原子的價層電子對之間存在排斥力，將使分子的空間結(jié)構(gòu)總是采取電子對相互排斥最弱的那種結(jié)構(gòu)，以使彼此之間的排斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩(wěn)定。3.分子的空間結(jié)構(gòu)得到VSEPR模型以后，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(jié)構(gòu)。含孤電子對的VSEPR模型分子的空間結(jié)構(gòu)模型105°由于孤電子對有較大排斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預(yù)測值。價層電子對互斥模型對分子空間結(jié)構(gòu)的預(yù)測少有失誤，但它不能用于預(yù)測以過渡金屬為中心原子的分子。CH4、H2O、NH3的鍵角分別是109°28′、105°、107°，請解釋原因。價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規(guī)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(shù)目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角減小。109°28′分子或離子孤電子對數(shù)σ鍵電子對數(shù)價層電子對數(shù)VSEPR模型分子空間結(jié)構(gòu)

CO2

CH4

NH4+SO42-

SO3CO32-H2OSO2

NH3HCN022直線形直線形044正