第2章-第2節(jié)-第1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(講義)

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1課時(shí)分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣性價(jià)層電子對(duì)互斥模型學(xué)習(xí)導(dǎo)航1.了解分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法。2.通過(guò)對(duì)典型分子空間結(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)對(duì)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。教學(xué)過(guò)程一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定早年科學(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)律后進(jìn)行推測(cè)，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。1．紅外光譜在測(cè)定分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用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。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，可分析分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。2．質(zhì)譜法在測(cè)定分子相對(duì)分子質(zhì)量中的應(yīng)用現(xiàn)代化學(xué)常利用質(zhì)譜儀測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量。它的基本原理是在質(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。二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結(jié)構(gòu)，多原子分子中存在原子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀，即所謂“分子的空間結(jié)構(gòu)”。1．三原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CO2O=C=O180°直線形H2O105°V形2.四原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CH2O約120°平面三角形NH3107°三角錐形3．五原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CH4109°28′正四面體形CCl4109°28′正四面體形4.其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型1．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。2．價(jià)層電子對(duì)的計(jì)算(1)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)。(2)σ鍵電子對(duì)數(shù)的計(jì)算由化學(xué)式確定，即中心原子形成幾個(gè)σ鍵，就有幾對(duì)σ鍵電子對(duì)。如H2O分子中，O有2對(duì)σ鍵電子對(duì)。NH3分子中，N有3對(duì)σ鍵電子對(duì)。(3)中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)的計(jì)算中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)①a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)。②x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。③b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)。3．價(jià)層電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)價(jià)層電子對(duì)數(shù)目：234VSEPR模型：直線形平面三角形正四面體形4．VSEPR模型的應(yīng)用——預(yù)測(cè)分子空間結(jié)構(gòu)由價(jià)層電子對(duì)的相互排斥，得到含有孤電子對(duì)的VSEPR模型，然后，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)。(1)中心原子不含孤電子對(duì)分子或離子σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型及名稱分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)及名稱CO220直線形直線形COeq\o\al(2－,3)30平面三角形平面三角形CH440正四面體形正四面體形(2)中心原子含孤電子對(duì)分子或離子價(jià)層電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型及名稱分子的空間結(jié)構(gòu)及名稱NH341四面體形三角錐形H2O42四面體形V形SO231平面三角形V形【歸納總結(jié)】分子空間結(jié)構(gòu)的確定思路中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)n??分子的空間結(jié)構(gòu)——略去孤電子對(duì)在價(jià)層電子對(duì)互斥模型中占有的空間課時(shí)訓(xùn)練1．下列敘述中錯(cuò)誤的是A．氣態(tài)和中心原子的孤電子對(duì)數(shù)目相等B．某晶體不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電，可以較充分說(shuō)明該晶體是離子晶體C．分子與H+結(jié)合成，O原子的雜化類型未發(fā)生改變D．離子空間結(jié)構(gòu)：正四面體形2．下列有關(guān)和的說(shuō)法正確的是A．和的空間結(jié)構(gòu)都是三角錐形B．中N原子上的孤電子對(duì)數(shù)為1，中B原子上無(wú)孤電子對(duì)C．和形成的化合物中各原子最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)D．和的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)均為43．下列微粒的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)正確的是A．HCHO3 B．CS21 C．BCl32 D．SO324．根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，NCl3、SO2、SO3、BF3的氣態(tài)分子中，中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)不同于其他分子的是A．NCl3 B．SO2 C．SO3 D．BF35．下列分子或高中，VSEPR模型為四面體形，但分子或離子的空間結(jié)構(gòu)為V形的是A． B．BF3 C．PH3 D．OF26．下列表達(dá)方式或說(shuō)法正確的是A．NH3、H2O、CO2、HCl四分子中孤電子對(duì)最多的是CO2B．氯化銨的電子式：C．硫離子的核外電子排布式1s22s22p63s23p4D．基態(tài)到激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的光譜是發(fā)射光譜7．氮及其化合物的轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖所示，下列說(shuō)法正確的是A．過(guò)程Ⅰ可表示為，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，故產(chǎn)率和原子利用率不可能達(dá)到100%B．加入催化劑a可增大單位體積內(nèi)的活化分子百分?jǐn)?shù)，改變反應(yīng)的活化能C．催化劑b表面生成的產(chǎn)物與空氣接觸后生成的紅棕色氣體為酸性氧化物D．過(guò)程Ⅰ的產(chǎn)物的VSEPR模型名稱為正四面體形8．下列說(shuō)法正確的是A．凡是中心原子采取sp3雜化的分子，其立體構(gòu)型都是正四面體形B．白磷分子和CH4都是正四面體形分子且鍵角都為109°28'C．若ABn型分子的中心原子A上沒(méi)有孤電子對(duì)，則ABn為非極性分子D．NH3和PH3分子的VSEPR模型為正四面體形，PH3中P—H鍵鍵角大于NH3中N—H鍵鍵角9．(1)CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為_(kāi)_________和__________。(2)NH4H2PO4中，電負(fù)性最高的元素是______；P的_______雜化軌道與O的2p軌道形成_______鍵。(3)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機(jī)化合物，分子中氮、碳的雜化類型分別是__________、__________。(4)H2S的VSEPR模型為_(kāi)_______，其分子的空間構(gòu)型為_(kāi)_______；結(jié)合等電子體的知識(shí)判斷離子的空間構(gòu)型為_(kāi)_______。(5)LiAlH4是有機(jī)合成中常用的還原劑，LiAlH4中的陰離子空間構(gòu)型是_________，中心原子的雜化形式為_(kāi)_______。LiAlH4中，存在________(填標(biāo)號(hào))。A．離子鍵B．σ鍵C．π鍵D．氫鍵10．I.有下列分子或離子：BF3、H2O、NH、SO2、HCHO、PCl3、CO2(1)粒子構(gòu)型為直線型的為：______(2)粒子的立體構(gòu)型為V型的為：______(3)粒子的立體構(gòu)型為平面三角形的為：______(4)粒子的立體構(gòu)型為三角錐型的為：______(5)粒子的立體構(gòu)型為正四面體的為_(kāi)_____II.在下列分子中，①H2，②CO2，③H2O2，④HCN(填序號(hào))。分子中只有σ鍵的是______，分子中含有π鍵的是______，分子中所有原子都滿足最外層為8個(gè)電子結(jié)構(gòu)的是______，分子中含有由兩個(gè)原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是______，分子中含有由一個(gè)原子的s軌道與另一個(gè)原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是______，分子中既含有極性鍵又含有非極性鍵的是______。答案解析1．A【詳解】A．通過(guò)公式計(jì)算中心原子的孤電子對(duì)數(shù)，，所以二者的孤電子對(duì)數(shù)目不相等，故A錯(cuò)誤；B．離子晶體是電解質(zhì)，晶體不能導(dǎo)電，但水溶液或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電，因此，某晶體不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電，可以較充分說(shuō)明該晶體是離子晶體，故B正確；C．分子與H+結(jié)合成，結(jié)合前后O原子的雜化類型都為sp3雜化，故C正確；D．中心原子S提供6個(gè)電子，氧不提供，得到兩個(gè)電子，所以電子數(shù)為8，孤對(duì)電子數(shù)為4，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故D正確；故選A。2．B【詳解】A．的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，A錯(cuò)誤;B．中N原子上的孤電子對(duì)數(shù)，中B原子上的孤電子對(duì)數(shù)，正確，B正確;C．中氫原子形成2電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，Ｃ錯(cuò)誤;D．中N原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為，中B原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為，D錯(cuò)誤;答案選B。3．A【詳解】A．在HCHO中，碳原子形成3個(gè)σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為0，故價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，A正確；B．在CS2中，碳原子形成2個(gè)σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為0，故價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，B錯(cuò)誤；C．在BCl3中，B原子形成3個(gè)σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為0，故價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，C錯(cuò)誤；D．在SO3中，S原子形成3個(gè)σ鍵，孤電子對(duì)數(shù)為0，故價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，D錯(cuò)誤；故合理選項(xiàng)是A。4．A【詳解】NCl3態(tài)分子中，中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為：，SO2氣態(tài)分子中，中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為：，SO3氣態(tài)分子中，中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為，BF3氣態(tài)分子中，中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為：，則與其他分子不同的是NCl3，故B正確；故選B。5．D【詳解】A．的中心原子N的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=，由于此時(shí)N原子不含孤對(duì)電子，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論知VSEPR模型與實(shí)際構(gòu)型相同，均為正四面體形，A不符合題意；B．BF3的中心原子B的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=，由于此時(shí)B原子不含孤對(duì)電子，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論知BF3VSEPR模型與實(shí)際構(gòu)型相同，均為正三角形，B不符合題意；C．PH3的中心原子P的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=，對(duì)應(yīng)VSEPR模型為四面體形，由于中心P含有1對(duì)孤對(duì)電子，故其實(shí)際構(gòu)型為三角錐形，C不符合題意；D．OF2的中心原子O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=，對(duì)應(yīng)VSEPR模型為四面體形，由于中心O含有2對(duì)孤對(duì)電子，故其實(shí)際構(gòu)型為V形，D符合題意；故答案選D。6．A【詳解】A．NH3分子中N原子有一對(duì)孤電子對(duì)，H2O分子中O原子有兩對(duì)，HCl分子中Cl原子有3對(duì)，CO2分子中兩個(gè)O原子共有2×2=4對(duì)，孤電子對(duì)最多的是CO2，A正確；B．氯離子最外層有8個(gè)電子，電子式應(yīng)為，B錯(cuò)誤；C．S2-核外有18個(gè)電子，核外電子排布式為1s22s22p63s23p6，C錯(cuò)誤；D．基態(tài)到激發(fā)態(tài)需要吸收能量，產(chǎn)生的光譜為吸收光譜，D錯(cuò)誤；綜上所述答案為A。7．B【詳解】A．該反應(yīng)雖然為可逆反應(yīng)，但是其原子利用率為100%，故A錯(cuò)誤；B．加入催化劑a降低反應(yīng)的活化能，可增大單位體積內(nèi)的活化分子百分?jǐn)?shù)，故B正確；C．催化劑表面生成的產(chǎn)物為NO，接觸空氣后生成，但與堿反應(yīng)生成和，不屬于酸性氧化物，故C錯(cuò)誤；D．中含有3個(gè)鍵和1個(gè)孤電子對(duì)，故其VSEPR模型不應(yīng)為正四面體形，而應(yīng)為四面體形，故D錯(cuò)誤。故選B。8．C【詳解】A．通過(guò)sp3雜化形成的中性分子，分子中價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，若不含孤電子對(duì)，如CH4或CF4，分子為正四面體結(jié)構(gòu)；分子中價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，若含有一個(gè)孤電子對(duì)，如NH3或NF3，分子為三角錐形結(jié)構(gòu)；分子中價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4，若含有兩個(gè)孤電子對(duì)，如H2O，分子為V形結(jié)構(gòu)，A錯(cuò)誤；B．P4的空間結(jié)構(gòu)為正四面體，體中心無(wú)原子，鍵角是60°，B錯(cuò)誤；C．若ABn型分子的中心原子A上沒(méi)有孤對(duì)電子，則ABn為非極性分子，這是判斷極性分子和非極性分子的重要經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，C正確；D．由于電負(fù)性N強(qiáng)于P，中心原子的電負(fù)性越大，成鍵電子對(duì)離中心原子越近，成鍵電子對(duì)之間的距離越小，成鍵電子對(duì)之間的排斥力越大，因此鍵角變大，即PH3中P—H鍵鍵角小于NH3中N—H鍵鍵角，D錯(cuò)誤；故選C。9．spsp3Osp3σsp3sp3正四面體型V型直線型正四面體型sp3AB【詳解】(1)對(duì)于CO2，根據(jù)VSEPR理論，其價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+=2，且不含孤電子對(duì)，根據(jù)雜化軌道理論，C的雜化方式為sp雜化；CH3OH分子中，C形成4根σ鍵，所以C的雜化方式為sp3雜化；答案為sp；sp3。(2)元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性越大，NH4H2PO4中元素的非金屬性H＜P＜N＜O，則電負(fù)性最高的是O；P原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=4+=4且不含孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷空間構(gòu)型為正四面體結(jié)構(gòu)，中心原子的雜化方式為sp3，雜化軌道只能形成單鍵，即P的sp3雜化軌道與O的2p軌道形成σ鍵；答案為O；sp3；σ。(3)每個(gè)N原子形成的共價(jià)鍵有2個(gè)N-H鍵、1個(gè)N-C鍵，且還含有1個(gè)孤電子對(duì)；每個(gè)C原子形成的共價(jià)鍵有2個(gè)C-H鍵、2個(gè)C-N鍵，所以N、C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)都是4，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷N、C原子雜化類型分別為sp3，sp3；答案為sp3；sp3。(4)H2S中，中心原子S的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=2+=2+2=4且含有二對(duì)孤電子對(duì)，則VSEPR模型為正四面體型，中心原子S的雜化方式為sp3；在VSEPR模型基礎(chǔ)上忽略孤對(duì)電子可得分子的空間構(gòu)型為V型；與CO2互為等電子體，二者價(jià)鍵結(jié)構(gòu)相似，空間構(gòu)型相同，CO2為直線型，則為直線型；答案為正四面體型；V型；直線型。(5)LiAlH4的陰離子中中心原子Al的價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=4+=4且不含孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷其空間構(gòu)型為正四面體型，中心原子雜化方式分sp3雜化；LiAlH4中，陰陽(yáng)離子之間存在離子鍵、Al和H原子之間存在極性共價(jià)單鍵、配位鍵，所以含有的化學(xué)鍵為離子鍵、σ鍵、