分子的空間結(jié)構(gòu) 第一課時(shí)：分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣性 價(jià)層電子對(duì)互斥模型【知識(shí)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(shí)分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣性價(jià)層電子對(duì)互斥模型1.了解分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法2.通過(guò)典型分子結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)微觀結(jié)構(gòu)對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價(jià)分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性3.通過(guò)價(jià)層電子對(duì)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(cè)定1.早年的科學(xué)家主要靠對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后推測(cè)分子的結(jié)構(gòu)。2.如今，科學(xué)家應(yīng)用了許多測(cè)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(dòng)的，而是不斷地振動(dòng)著的。當(dāng)一束紅外線透過(guò)分子時(shí)，分子會(huì)吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率相同的紅外線，再記錄到譜圖上呈現(xiàn)吸收峰。通過(guò)和已有譜圖庫(kù)比對(duì)，或通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算，可以得知各吸收峰是由哪種化學(xué)鍵、哪種振動(dòng)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(tuán)的信息。紅外光譜儀某有機(jī)物分子式為C2H6O，其紅外光譜圖如下，則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是A.CH3CH2OH

B.CH3OCH3相對(duì)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(duì)質(zhì)量，它們?cè)诟邏弘妶?chǎng)加速后，通過(guò)狹縫進(jìn)入磁場(chǎng)得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)家對(duì)這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量。質(zhì)譜儀相對(duì)分子質(zhì)量＝最大質(zhì)荷比甲苯的相對(duì)分子質(zhì)量為921.可以準(zhǔn)確判斷有機(jī)物分子中含有哪些官能團(tuán)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(jī)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其方法是讓極少量的(10-9g)化合物通過(guò)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(cè)定其質(zhì)荷比。某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖所示(假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān)),該有機(jī)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(shí)分析一下，空間分布的兩個(gè)點(diǎn)是否一定在同一直線？遷移:兩個(gè)原子構(gòu)成的分子，將這2個(gè)原子看成兩個(gè)點(diǎn)，則它們?cè)诳臻g上可能構(gòu)成幾種形狀？O2HCl2、利用幾何知識(shí)分析一下，空間分布的三個(gè)點(diǎn)是否一定在同一直線上？遷移：三個(gè)原子構(gòu)成的分子，將這3個(gè)原子看成三個(gè)點(diǎn)，則它們?cè)诳臻g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(gè)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(duì)成鍵電子對(duì)根據(jù)分子的電子式，再對(duì)照其球棍模型，運(yùn)用分類(lèi)、對(duì)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(duì)占有一定空間，對(duì)其他成鍵電子對(duì)存在排斥力，影響分子的空間結(jié)構(gòu)。價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPRmodels)1.內(nèi)容

價(jià)層電子對(duì)互斥模型認(rèn)為,分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周?chē)摹皟r(jià)層電子對(duì)”相互排斥的結(jié)果。

“價(jià)層電子對(duì)”是指分子中的中心原子與結(jié)合原子間的σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)。

多重鍵只計(jì)其中的σ鍵電子對(duì),不計(jì)π鍵電子對(duì)。2.價(jià)層電子對(duì)數(shù)的計(jì)算

價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝σ鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)①σ鍵電子對(duì)數(shù)可從化學(xué)式來(lái)確定。

ABn型分子，A為中心原子，B為與A用共價(jià)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(gè)數(shù)，即σ鍵電子對(duì)的數(shù)量。σ鍵電子對(duì)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(duì)數(shù)H2OO2NH3N3SO3S3233②中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)1°根據(jù)電子式直接確定2°公式計(jì)算中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝(a-xb)211、a為中心原子的價(jià)電子數(shù)（對(duì)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(jià)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(duì)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(duì)數(shù)對(duì)于陽(yáng)離子，a=價(jià)電子數(shù)-離子電荷數(shù)；對(duì)于陰離子，a=價(jià)電子數(shù)+|離子電荷數(shù)|。3.價(jià)層電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu)（VSEPR模型）價(jià)層電子對(duì)數(shù)n=2n=3n=4n=5n=6VSEPR模型VSEPR模型名稱(chēng)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(jià)層電子對(duì)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(duì)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(duì)，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)。含孤電子對(duì)的VSEPR模型分子的空間結(jié)構(gòu)模型105°由于孤電子對(duì)有較大排斥力，含孤電子對(duì)的分子的實(shí)測(cè)鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預(yù)測(cè)值。價(jià)層電子對(duì)互斥模型對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)少有失誤，但它不能用于預(yù)測(cè)以過(guò)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(qǐng)解釋原因。價(jià)層電子對(duì)之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：孤電子對(duì)－孤電子對(duì)＞孤電子對(duì)－成鍵電子對(duì)＞成鍵電子對(duì)－成鍵電子對(duì)

隨著孤電子對(duì)數(shù)目的增多，成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力減小，鍵角減小。109°28′分子或離子孤電子對(duì)數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)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