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第二节 分子的空间结构
2.2.1 分子结构的测定和多样性
价层电子对互斥模型
人教版高中化学选必二
课程导入
分子的世界形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。那么分子结构又是怎么测定的呢
目录
价层电子对互斥模型
03
04
分子结构的测定
01
多样的分子空间结构
02
PART 01
·分子结构的测定·
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分子结构的测定方法
早年的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后推测分子的结构。
如今，科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法， 如红外光谱、质谱仪、晶体X射线衍射等。
红外光谱仪
质谱仪
X射线衍射仪
红外光谱
检测仪
样品
棱镜
光源
红
橙
黄
绿
蓝
靛
紫
紫外
红外
红外图谱
分子吸收跟它某些化学键振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。
——分析出化学键或官能团
通过和已有谱图库对比，或通过量子化学计算，可以得知各吸收峰对应的化学键。
红外光谱
通过红外光谱图，发现未知物中含有O-H、C-H和C-O的振动吸收，可初步推测该未知物中含有羟基。
化学式：C2H6O
质谱仪
下一章还将介绍晶体X射线衍射。
质谱仪原理示意图
——测定分子的相对分子质量
相对分子质量＝最大质荷比，甲苯的相对分子质量为92。
电子流轰击样品分子后变成不同相对质量的分子离子和碎片离子。通过狭缝进入磁场后分离，在记录仪上呈现一系列峰。
PART 02
·多样的分子空间结构·
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多样的分子空间结构
大多数分子是由两个以上原子构成的，分子就有了原子的几何学关系和形状，即分子的空间结构。
O2
HCl
双原子分子的结构为直线形。
三原子分子的空间结构
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型 CO2
H2O
O
:
:
:
C
O
:
:
:
:
:
H
:
O
H
:
:
:
O=C=O
180°
直线形
V形
105°
——直线形和V形
四原子分子的空间结构
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型 CH2O
NH3
H
:
C
O
:
:
:
:
:
H
H
:
N
H
:
:
:
H
120°
107°
平面三角形
三角锥形
——平面三角形和三角锥形
四原子分子的空间结构
四原子分子的其他立体构型（直线形、正四面体形）
C2H2
180° 直线形
P4
60° 正四面体形
五原子分子的空间结构
——正四面体形
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型 CH4
109°28'
正四面体形
H
:
C
H
:
:
:
H
H
其他多原子分子的空间结构模型
分子的空间结构与其稳定性有关，如椅式C6H12比船式C6H12稳定。
PART 03
·价层电子对互斥模型·
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价层电子对互斥模型-思考与讨论
CO2和H2O都是三原子分子，NH3和CH2O都是四原子分子，为什么它们的空间结构不同？
三原子分子
四原子分子
CO2
H2O
NH3
直线形
V形
三角锥形
CH2O
平面三角形
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
一种比较简单的理论，可用来预测分子或离子的空间结构。
价层电子对互斥模型认为：分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。
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结构，以使彼此之间斥力最小，分子或离子的能量最低，最稳定。
孤电子对
σ键电子对
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
价层电子对数与VSEPR模型的关系
直线形
平面三角形
正四面体形
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
价层电子对数＝σ键电子对数+孤电子对数
σ键电子对数由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对（σ键电子对数=中心原子结合的原子数）。
分子或离子 中心原子 中心原子结合的原子数 σ键电子对数
H2O O 2
NH3 N 3
SO3 S 3
SO42- S 4
2
3
3
4
——σ键电子对数的确定
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
价层电子对数＝σ键电子对数+孤电子对数
——孤电子对数的确定
(1)根据电子式确定
0对
1对
2对
SO3和SO42-的中心原子的孤电子对数是多少？
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
——孤电子对数的确定
(2)公式计算
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 。
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)
中心原子
8－该原子的价电子数
中心原子上的孤电子对数＝ (a－xb)
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
——孤电子对数的确定
4
2
4
3
0
1
0
2
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
——预测分子或离子结构
由于价层电子对相互排斥，得到含有孤电子对的分子VSEPR模型
略去VSEPR模型中的中心原子上的 ，可得到分子的空间结构。
孤电子对
分子或离子 σ键电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型及其名称 分子或离子的
空间结构及其名称
CO2
SO2
1
2+1=3
2
0
0+2=2
2
直线形
直线形
平面三角形
V形
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
分子或离子 σ键电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型及其名称 分子或离子的
空间结构及其名称
CO32-
CH4
BF3
0
3+0=3
3
平面三角形
平面三角形
0
4+0=4
4
正四面体形
正四面体形
3+0=3
3
0
——预测分子或离子结构
平面三角形
平面三角形
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
分子或离子 σ键电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型及其名称 分子或离子的
空间结构及其名称
SO32-
NH4+
I3 -
1
3+1=4
3
平面三角形
三角锥形
0
4+0=4
4
正四面体形
正四面体形
2+2=4
2
2
V形
正四面体形
——预测分子或离子结构
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
分子或离子 σ键电子对数 中心原子上的孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型及其名称 分子或离子的
空间结构及其名称
HCN
PCl5
SF6
0
2+0=2
2
0
5+0=5
6
三角双锥形
三角双锥形
6+0=6
5
0
正八面体形
正八面体形
——预测分子或离子结构
直线形
直线形
价层电子对互斥模型(VSEPR model)
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。
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。
课堂小结
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
课堂练习
√
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
课堂练习
√
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
课堂练习
√
3.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
课堂练习
√
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
课堂练习
5.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____________； _________； _____；
HCHO____________；HCN________。
平面三角形
直线形
V形
平面三角形
直线形
(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____120° (填“>”“<”或“＝”，下同) 。
＜
②PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角_____109°28′。
＜
课 程 结 束
人教版高中化学选必二

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