2.2.1分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣性?xún)r(jià)層電子對(duì)互斥模型課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修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)

課時(shí)1分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣性?xún)r(jià)層電子對(duì)互斥模型課堂導(dǎo)入P4O6SF6NH3P4分子是微觀的，肉眼無(wú)法觀察，那科學(xué)家是如何知道分子結(jié)構(gòu)的呢？早年的科學(xué)家主要依靠對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，得出規(guī)律后進(jìn)行推測(cè)。課堂學(xué)習(xí)分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代測(cè)定方法現(xiàn)代科學(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。課堂學(xué)習(xí)分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代測(cè)定方法紅外光譜的測(cè)定原理：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，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。原子與原子結(jié)合依靠的是原子間的化學(xué)鍵，這些化學(xué)鍵就像彈簧，通過(guò)振動(dòng)來(lái)化解原子間的伸縮振動(dòng)(可近似地看成諧振子的簡(jiǎn)諧振動(dòng))，從而保持物質(zhì)的狀態(tài)。分子的空間結(jié)構(gòu)則是分子中的原子處于平衡位置時(shí)的模型。課堂學(xué)習(xí)分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代測(cè)定方法通過(guò)紅外光譜和已有譜圖庫(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，從而分析出分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。通過(guò)紅外光譜圖，發(fā)現(xiàn)未知物質(zhì)的譜圖中中含有O-H、C-H和C-O的振動(dòng)吸收，可初步推測(cè)該未知物中含有羥基。課堂學(xué)習(xí)分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代測(cè)定方法質(zhì)譜儀：測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量。質(zhì)譜儀的測(cè)定原理：在質(zhì)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(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。課堂學(xué)習(xí)分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代測(cè)定方法譜圖坐標(biāo)：縱坐標(biāo)是相對(duì)豐度(與粒子的濃度成正比)；橫坐標(biāo)是粒子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷數(shù)之比，簡(jiǎn)稱(chēng)質(zhì)荷比。譜圖信息：質(zhì)譜圖中，橫坐標(biāo)最右側(cè)，代表著數(shù)值最大的質(zhì)荷比，就是該分子的相對(duì)分子質(zhì)量。如右圖為甲苯的質(zhì)譜圖，其相對(duì)分子質(zhì)量等于最大質(zhì)荷比，故甲苯的相對(duì)分子質(zhì)量為92。課堂學(xué)習(xí)多樣的分子空間結(jié)構(gòu)大多數(shù)分子是由兩個(gè)以上原子構(gòu)成的，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)。剛才的學(xué)習(xí)中我們知道了可以通過(guò)現(xiàn)代手段測(cè)定分子的結(jié)構(gòu)，請(qǐng)你思考是否所有的分子都具有空間結(jié)構(gòu)，你知道哪些物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)？單原子分子(稀有氣體分子)和雙原子分子不存在空間結(jié)構(gòu)，三原子及以上的分子才會(huì)存在空間結(jié)構(gòu)。三原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)名稱(chēng)CO2

180°直線形

H2O

105°V形(角形)

課堂學(xué)習(xí)多樣的分子空間結(jié)構(gòu)四原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)名稱(chēng)CH2O

120°平面三角形

NH3

107°三角錐形

五原子分子CH4109°28′正四面體形CH3Cl-四面體形課堂學(xué)習(xí)多樣的分子空間結(jié)構(gòu)分子的空間結(jié)構(gòu)主要受到原子個(gè)數(shù)、鍵長(zhǎng)、鍵角和孤電子對(duì)等因素的影響，所以同樣的原子個(gè)數(shù)形成的分子空間結(jié)構(gòu)不一定相同，如H2O2、NH3和P4，空間結(jié)構(gòu)相同的分子鍵角也不一定相等，如CH4和P4。課堂學(xué)習(xí)多樣的分子空間結(jié)構(gòu)幾種常見(jiàn)分子的空間結(jié)構(gòu)(1)常見(jiàn)的空間結(jié)構(gòu)為直線形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。(2)常見(jiàn)的空間結(jié)構(gòu)為V形的分子有H2O、H2S、SO2等。(3)常見(jiàn)的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等。(4)常見(jiàn)的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形的分子有PH3、PCl3、NH3等。(5)常見(jiàn)的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等。(6)是四面體形但不是正四面體形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。分子類(lèi)型鍵角空間結(jié)構(gòu)實(shí)例AB2180°直線形CO2、BeCl2、CS2<180°V形H2O、H2SAB3120°平面三角形BF3、BCl3<120°三角錐形NH3、H3O＋、PH3AB4109°28′正四面體形CH4、NH4+、CCl4課堂學(xué)習(xí)價(jià)層電子對(duì)互斥模型通過(guò)剛才的學(xué)習(xí)，你一定發(fā)現(xiàn)了CO2和H2O同為三原子分子，空間結(jié)構(gòu)卻不同，HCHO和NH3同為四原子分子，空間結(jié)構(gòu)也不同，這是為什么？1940年，希吉維克和坡維爾在總結(jié)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上提出了一種簡(jiǎn)單的理論模型，用以預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單分子或離子的立體結(jié)構(gòu)。這種理論模型后經(jīng)吉列斯比和尼霍爾姆在20世紀(jì)50年代加以發(fā)展，定名為價(jià)層電子對(duì)互斥模型，簡(jiǎn)稱(chēng)VSEPR。價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPRmodel)：對(duì)ABn型的分子或離子，中心原子A的價(jià)層電子對(duì)(包括成鍵的σ鍵電子對(duì)和未成鍵的孤電子對(duì))之間由于存在排斥力，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)，以使彼此之間斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩(wěn)定。課堂學(xué)習(xí)價(jià)層電子對(duì)互斥模型價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)a表示中心原子的價(jià)電子數(shù)對(duì)主族元素：a=最外層電子數(shù)；對(duì)于陽(yáng)離子：a=價(jià)電子數(shù)-離子所帶電荷數(shù)；對(duì)于陰離子：a=價(jià)電子數(shù)+離子所帶電荷數(shù)。b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)氫為1，其他原子=8-該原子的價(jià)電子數(shù)。x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。示例：SO2的中心原子為S，S的價(jià)電子數(shù)為6(即S的最外層電子數(shù)為6)，則a＝6；與中心原子S結(jié)合的O的個(gè)數(shù)為2，則x＝2；與中心原子結(jié)合的O最多能接受的電子數(shù)為2，則b＝2；故SO2中的中心原子S上的孤電子對(duì)數(shù)為1；故SO2中的中心原子S上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3。課堂學(xué)習(xí)價(jià)層電子對(duì)互斥模型根據(jù)價(jià)層電子對(duì)的計(jì)算方法補(bǔ)充下列表格分子或離子中心原子axb中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)CO2C422(4-2×2)÷2=

0SO2S622(6-2×2)÷2=

1CO32-C4+2

=632(6-3×2)÷2=

0NH4+N5-1

=

441(4-4×1)÷2=

0分子或離子中心原子axb中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)CO2SO2CO32-NH4+課堂學(xué)習(xí)價(jià)層電子對(duì)互斥模型由于價(jià)層電子對(duì)的相互排斥，價(jià)層電子對(duì)的數(shù)目可以幫助我們預(yù)測(cè)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。價(jià)層電子對(duì)數(shù)234空間結(jié)構(gòu)VSEPR模型直線形平面三角形正四面體形注意事項(xiàng)：VSEPR模型所預(yù)測(cè)的空間結(jié)構(gòu)略去中心原子上的孤電子對(duì)后，才能得到分子的實(shí)際空間結(jié)構(gòu)；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。課堂學(xué)習(xí)價(jià)層電子對(duì)互斥模型分子或離子σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)CO220

直線形直線形CO32-30平面三角形平面三角形CH440

正四面體形

正四面體形NH341正四面體形三角錐形H2O42正四面體形V形H3O+41正四面體形三角錐形分子或離子σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)CO2CO32-CH4NH3H2OH3O+課堂學(xué)習(xí)價(jià)層電子對(duì)互斥模型中心原子不含孤電子對(duì)的分子(或離子)，VSEPR模型與分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)一致；中心原子若有孤電子對(duì)，孤電子對(duì)也要占據(jù)中心原子周?chē)目臻g，并與成鍵電子對(duì)互相排斥，則VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)不一致，此時(shí)推測(cè)分子的立體模型必須略去VSEPR模型中的孤電子對(duì)；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)，即隨著孤電子對(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，鍵角也減??；由于孤電子對(duì)有較大斥力，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。課堂鞏固正誤判斷1.SF6的空間結(jié)構(gòu)為正八面體形。4.由價(jià)層電子對(duì)互斥模型可知SnBr2分子的鍵角小于180°。2.SiH4、CH2Cl2均為正四面體結(jié)構(gòu)。3.SO2與CO2的分子組成相似，空間結(jié)構(gòu)相同。√××√下列粒子中，與NO3-空間結(jié)構(gòu)最