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第二节　分子的空间结构
第1课时　分子结构的测定和多样性　价层电子对互斥模型
[核心素养发展目标]　1.了解分子结构的测定方法。2.通过对典型分子空间结构的学习，认识微观结构对分子空间结构的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性。3.通过对价层电子对互斥模型的探究，建立解决复杂分子结构判断的思维模型。
一、分子结构的测定
1．分子结构的确定——红外光谱法
当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。
如乙醇的红外光谱：
读谱：该有机物分子中有3种不同的化学键，分别是C—H、O—H、C—O。
2．相对分子质量的确定——质谱法
用高能电子流轰击样品分子，使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。分子离子和碎片离子各自具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的相对分子质量。
如甲苯分子的质谱图：
读谱：相对分子质量＝最大质荷比，甲苯的相对分子质量为92。
1．某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图只有C—H、O—H、C—O的振动吸收，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是(　　)
A．CH3CH2OCH3
B．CH3CH(OH)CH3
C．CH3CH2OH
D．CH3COOH
2．如图是有机物A的质谱图，则A的相对分子质量是(　　)
A．29 B．43 C．57 D．72
二、多样的分子空间结构
观察下列几种简单的分子的空间结构模型。
(1)填写下表：
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构
三原子 分子 CO2
H2O
四原子分子 BF3
NH3
CH2O
五原子 分子 CH4
CH3Cl
(2)分析上表，各种分子的空间结构与下列哪些因素有关？
①原子数目　②键能　③键长　④键角
⑤孤电子对
(1)所有的三原子分子都是直线形结构(　　)
(2)所有的四原子分子都是平面三角形结构(　　)
(3)五原子分子的空间结构都是正四面体(　　)
(4)正四面体形的键角均为109°28′(　　)
(5)SiCl4、SiH4、NH、CH3Cl均为正四面体结构(　　)
(6)SF6分子的空间结构为正八面体形(　　)
(7)椅式C6H12比船式C6H12稳定(　　)
1．四原子分子都是平面三角形或三角锥形吗？
2．空间结构相同的分子，其键角完全相同吗？
1．下列分子结构为正四面体形的是(　　)
①P4　②NH3　③CCl4　④CH4　⑤SO2　⑥CO2
A．①③④⑤ B．①③④⑤⑥
C．①③④ D．④⑤
2．(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S的夹角接近90°，说明H2S分子的空间结构为________________________________________________________________________。
(2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C==S的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为________________________________________________________________________。
(3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是__________(填字母)。
a．两个键之间的夹角为109°28′
b．C—H为极性共价键
c．4个C—H的键能、键长都相等
d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)
常见的空间结构为直线形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等；常见的空间结构为V形的分子有H2O、H2S、SO2等；常见的空间结构为平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等；常见的空间结构为三角锥形的分子有PH3、PCl3、NH3等；常见的空间结构为正四面体形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。记住常见分子的空间结构，可类推出同类别物质的空间结构。
三、价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥模型(VSEPR model)
对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的________和未成键的________)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥最弱的那种结构，以使彼此之间斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。
2．价层电子对的计算
(1)中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。
(2) σ键电子对数的计算
由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中， O有____对σ键电子对，NH3分子中， N有________对σ键电子对。
(3)中心原子上的孤电子对数的计算
中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
①a表示中心原子的价电子数；
对于主族元素：a＝____________；
对于阳离子：a＝________________；
对于阴离子：a＝________________。
②x表示与________结合的原子数。
③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子为_______________。
3．价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)
4．VSEPR模型的应用——预测分子空间结构
由于价层电子对的相互排斥，可得到含有孤电子对的分子的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的________，便可得到分子的空间结构。
(1)中心原子不含孤电子对
分子或离子 价层电子对数 VSEPR模型及名称 分子或离子的空间结构及名称
CO2 直线形 直线形
CO 平面三角形 平面三角形
CH4 正四面体形 正四面体形
(2)中心原子含孤电子对
分子或离子 价层电子对数 孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子或离子的空间结构及名称
NH3 四面体形 三角锥形
H2O 四面体形 V形
H3O＋
SO2 平面三角形 V形
(1)若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥模型把双键或三键作为一个电子对看待。
(2)由于孤电子对有较大斥力，含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于VSEPR模型的预测值。
价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对与孤电子对＞孤电子对与成键电子对＞成键电子对与成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。
(3)价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。
(1)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的(　　)
(2)SO2与CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同(　　)
(3)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的键角小于180°(　　)
(4)根据价层电子对互斥模型可以判断H3O＋与NH3的分子(或离子)的空间结构一致(　　)
1．价层电子对的VSEPR模型与分子的空间结构一定一致吗？什么时候一致？
2．试解释CH4键角(109°28′)、NH3键角(107°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。
3．乙醇和乙酸可以用“价层电子对相互排斥而尽量远离”的原则快速地判断它们的分子结构。
(1)根据上述图示，结合价层电子对互斥模型，分析判断乙醇分子中C—O—H的空间结构是什么？
(2)根据上述图示，结合价层电子对互斥模型分析判断乙酸分子结构中的空间结构是什么？
(3)根据上述图示，结合价层电子对互斥模型分析乙醇、乙酸分子中的空间结构是什么？
1．下列物质中，分子的空间结构与氨分子相似的是(　　)
A．CO2 B．H2S
C．PCl3 D．SiCl4
2．用价层电子对互斥模型完成下列问题(加“·”的原子为中心原子)。
σ键电子对数 孤电子对数 空间结构
H2
Cl2
Cl3
O2
O
F2
F
3.试回答下列问题：
(1)利用价层电子对互斥模型推断下列分子或离子的空间结构：
SeO3____________；NO____________；
NO____________；HCHO____________；
HCN____________。
(2)利用价层电子对互斥模型推断键角的大小：
①SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角________(填“>”“<”或“＝”，下同)120°。
②PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角________109°28′。
分子空间结构的确定思路
中心原子价层电子对数n


分子的空间结构——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间
1．下列微粒中，中心原子含有孤电子对的是(　　)
A．SiH4 B．H2O
C．CH4 D．NH
2．若ABn型分子的中心原子A上没有孤电子对，运用价层电子对互斥模型，判断下列说法正确的是(　　)
A．若n＝2，则分子的空间结构为V形
B．若n＝3，则分子的空间结构为三角锥形
C．若n＝4，则分子的空间结构为正四面体形
D．以上说法都不正确
3．有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，其空间结构模型如图所示：，。下列说法错误的是(　　)
A．X的组成为CH
B．Y的组成为CH
C．X的价层电子对数为4
D．Y中键角小于120°
4．美国化学家鲍林教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能大体上想象出这种物质的分子结构模型。多核离子所带电荷可以认为是中心原子得失电子所致，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面上的一组是(　　)
A．NO和NH B．H3O＋和ClO
C．NO和CO D．PO和SO
5．(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的空间结构。PO：____________；CS2：____________；AlBr3(共价分子)：__________。
(2)按要求写出第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式。
平面三角形分子：________，三角锥形分子：__________，四面体形分子：________。
(3)为了解释和预测分子的空间结构，科学家在归纳了许多已知的分子空间结构的基础上，提出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类：一类是______________________________；另一类是________________________。BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是________，NF3的中心原子是________；BF3分子的空间结构与NF3分子的空间结构不同的原因是________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
第二节　分子的空间结构
第1课时　分子结构的测定和多样性
价层电子对互斥模型
一、
应用体验
1．B　[A中不存在O—H；C中有机物的相对分子质量不是60；D中还存在C==O。]
2．D　[由有机物A的质谱图可以看出，最大质荷比为72，故A的相对分子质量为72。]
二、
(1) 　 O==C==O　180°　直线形　　　105°　V形(角形)　　　120°　平面正三角形　　　107°　三角锥形　 　120°　平面三角形　 　109°28′　正四面体形　　　四面体形
(2)①③④⑤
正误判断
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√
深度思考
1．不是。H2O2分子的结构类似于一本打开的书，两个氧原子在两页书的交接处，两个氢原子分别在翻开的书的两页上。而白磷(P4)分子为正四面体形。
2．不一定，如P4和CH4均为正四面体形，但P4的键角是60°，CH4的键角为109°28′。
应用体验
1．C　[NH3的空间结构是三角锥形，SO2的空间结构是V形，CO2的空间结构是直线形。]
2．(1)V形　(2)直线形　(3)ad
三、
1．σ键电子对　孤电子对
2. (2)2　3　(3)①最外层电子数　价电子数－离子电荷数　价电子数＋离子电荷数(绝对值)　②中心原子　③8－该原子的价电子数
3．直线形　平面三角形　正四面体形
4．孤电子对　(1)2　3　4　(2)4　1　4　2　4　1　3　1
正误判断
(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
深度思考
1．不一定一致，中心原子有孤电子对时，二者结构不一致；当中心原子无孤电子对时，二者结构一致。
2．CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1个孤电子对，H2O分子中O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角依次减小。
3．(1)乙醇分子结构中，羟基上的氧原子有2个成键电子对和2个孤电子对(见图中乙醇结构的①、②、③、④)，价层电子对数是4，共有4个空间取向，中心氧原子上的价电子对相互排斥而远离，呈四面体形，略去中心原子(氧原子)上的孤电子对可得C—O—H呈V形。
(2)在乙酸分子中，中心原子是羰基()上的碳原子，中心碳原子(羰基碳)上有3个成键电子对(见图中乙酸结构中的①、②、③)，孤电子对数为0；上的成键电子对仅有一个空间取向，因此，中心碳原子的价电子对共有3个空间取向，相互排斥而远离，因此，呈平面三角形。
(3)在乙醇、乙酸分子结构中，甲基碳()是中心原子，中心碳原子上的价层电子对数是4，孤电子对数是0，中心碳原子上的4对成键电子对共有4个空间取向，相互排斥而远离，故呈四面体结构。
应用体验
1．C
2.
σ键电子对数 孤电子对数 空间结构
H2 2 2 V形
Cl2 2 2 V形
Cl3 3 1 三角锥形
O2 2 1 V形
O 4 0 正四面体形
F2 2 2 V形
F 2 2 V形
3．(1)平面三角形　直线形　V形　平面三角形　直线形　(2)①＜　②＜
解析　(1)SeO3中，Se的价层电子对数为3＋＝3，孤电子对数为0，SeO3的空间结构为平面三角形；NO中，N的价层电子对数为2，孤电子对数为0，NO的空间结构为直线形；NO中N的价层电子对数为3，孤电子对数为1，NO的空间结构为V形；HCHO中有1个碳氧双键，看作1对成键电子，2个C—H单键为2对成键电子，C的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO的空间结构为平面三角形；HCN的结构式为H—C≡N，含有1个C≡N，看作1对成键电子，1个C—H为1对成键电子，故C的价层电子对数为2，无孤电子对，所以HCN的空间结构为直线形。(2)①SnBr2中，Sn的价层电子对数是2＋＝3，成键电子对数为2，孤电子对数为1，由于孤电子对对Sn—Br的排斥作用大于Sn—Br之间的排斥作用，故键角<120°。②PCl3中，P的价层电子对数为3＋＝4，含有1个孤电子对，由于孤电子对对P—Cl的排斥作用大于P—Cl间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109°28′。
随堂演练　知识落实
1．B　2.C
3．C　[由图可知，X为平面三角形结构，其碳原子应该有3个价层电子对，其组成为CH，A项正确、C项错误；Y为三角锥形，其碳原子有四个价层电子对，故其组成为CH，键角小于120°，B、D项正确。]
4．C　[NO中心原子的价层电子对数为2＋＝3，含有1个孤电子对，空间结构为V形，NH中心原子的价层电子对数为4＋＝4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形，故A不选；H3O＋中心原子的价层电子对数为3＋＝4，含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，ClO中心原子的价层电子对数为3＋＝4，含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，故B不选；NO中心原子的价层电子对数为3＋＝3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，CO中心原子的价层电子对数为3＋＝3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，故C选；PO中心原子的价层电子对数为4＋＝4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形，SO中心原子的价层电子对数为4＋＝4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形，故D不选。]
5．(1)正四面体形　直线形　平面三角形
(2)BF3　NF3　CF4
(3)中心原子上的价电子都用于形成共价键 　中心原子上有孤电子对　B　N　BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键，而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有一对未成键的电子对，占据了N原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形
解析　(1)PO是AB4型，成键电子对数是4，为正四面体形。CS2是AB2型，成键电子对数是2，是直线形。AlBr3是AB3型，成键电子对数是3，是平面三角形。(2)第二周期非金属元素构成的中性分子，呈三角锥形的是NF3，呈平面三角形的是BF3，呈四面体形的是CF4。

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