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(共30张PPT)
分子的空间结构 价层电子对互斥理论
C2H6
C2H4
C2H2
H2O
CO2
NH3
肉眼不能看到分子，科学家是怎样知道分子的结构的呢？
一、分子结构的测定
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、晶体X射线衍射等。
红外光谱谱仪
一、分子结构的测定
1. 红外光谱
分子中的原子不是固定不动的，而是处于不断振动着的。
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，再记录到谱图上呈现吸收峰。
通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。
一、分子结构的测定
1. 红外光谱
傅里叶变换红外光谱仪
红外光谱仪原理示意图
一、分子结构的测定
1. 红外光谱
举个例子
根据红外光谱图可以看出分子含有O—H、C—H、和C—O的振动吸收。可确定该有机物为CH3CH2OH 。
C2H6可能为：CH3CH2OH或CH3OCH3
一、分子结构的测定
有机物红外光谱帮助我们确定分子中的化学键和官能团，还有什么现代化仪器帮我们确定的结构呢？
质谱仪
一、分子结构的测定
2. 质谱法
在质谱仪中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。
由于生成的离子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。
质谱仪原理示意图
甲苯分子的质谱图
一、分子结构的测定
2. 质谱法
有机分子离子或碎片离子的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。
质谱图中质荷比的最大值等于样品分子的相对分子质量（与相对丰度无关）。
相对分子质量 = 最大质荷比
二、多样的分子空间结构
多原子分子中存在原子的几何学关系和形状，即 “分子的空间结构”。
两个原子构成的分子，原子在空间上可能构成什么形状？
O2
HCl
两个原子构成的分子，空间结构只能是直线形
二、多样的分子空间结构
三原子构成的分子，原子在空间上可能构成什么形状？
空间结构 化学式 结构式 空间填充模型 球棍模型 键角
________ CO2 ________ ____
________ H2O ________ 105°
直线形
O==C==O
180°
V形
二、多样的分子空间结构
四原子构成的分子，原子在空间上可能构成什么形状？
立体结构 化学式 结构式 空间填充模型 球棍模型 键角
_________ _______ ____
________ NH3 ________ 107°
平面三角形
CH2O
120°
三角锥形
最常见的为________形，如________、________等，键角为________。
化学式 结构式 空间填充模型 球棍模型
CH4
正四面体
CH4
CCl4
109°28′
二、多样的分子空间结构
五原子构成的分子，原子在空间上可能构成什么形状？
分子空间结构与其稳定性有关。例如，上图中S8像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式C6H12稳定。
6.其他多原子分子
P4
P4O6
P4O10
C60
SF6
S8
船式C6H12
椅式C6H12
资料卡片
一些分子的空间结构模型
三、价层电子对互斥（VSEPR）模型
若不含孤电子对
1. 分子的空间结构是中心原子的“价层电子对”相互排斥的结果
2.价层电子对是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤对电子对。
三、价层电子对互斥（VSEPR）模型
若不孤电子对
略去孤电子对
略去孤电子对
三、价层电子对互斥（VSEPR）模型
3 .应用：预测分子的空间结构
价层
电子对
互相
排斥
尽量远离
VSEPR
理想模型
分子的
空间结构
中心原子若无孤电子对：VSEPR理想模型即分子的空间结构
中心原子若有孤电子对： VSEPR理想模型略去孤电子对即分子的空间结构
三、价层电子对互斥（VSEPR）模型
4 .中心原子价层电子对数的计算
中心原子价层电子对数 ＝ σ 键电子对数 ＋ 孤电子对数。
不计π键电子对
(1) σ键电子对数 = 结合原子数
对于分子ABn或离子ABnm+ 、Abnm-
σ键电子对数 = n
(2)中心原子上的孤电子对
①根据电子式直接确定
三、价层电子对互斥（VSEPR）模型
(2)中心原子上的孤电子对
a表示中心原子的价电子数；
对主族元素：a＝ ；
对于阳离子：a＝ ；
对于阴离子：a＝ 。
x表示与 结合的原子数。
b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＝ 。
最外层电子数
价电子数－离子所带电荷数
价电子数＋离子所带电荷数
中心原子
8－该原子的价电子数
②公式计算：
中心原子上的孤电子对数＝
分子或离子 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子(或离子)的
空间结构及名称
CO2 __ __ 直线形 直线形
__ __ 平面三角形 平面三角形
CH4 __ __ 正四面体形 正四面体形
中心原子不含孤电子对
2
0
3
0
4
0
三、价层电子对互斥（VSEPR）模型
分子或离子 价层电子对数 孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子的空间
结构及名称
NH3 __ __ 四面体形 三角锥形
H2O __ __ 四面体形 V形
SO2 __ __ 平面三角形 V形
1
4
2
3
1
4
中心原子含孤电子对
三、价层电子对互斥（VSEPR）模型
试解释CH4键角(109°28′)、NH3键角(107°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。
CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子中O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小。
思考与讨论
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
C
2.下列微粒中，中心原子含有孤电子对的是（ ）
A.SiH4
B.H2O
C.CH4
D.NH4+
B
3.若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，运用价层电子对互斥模型，判断下列说法中正确的是（ ）
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
C
4. 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
球棍模型如图所示： ， 。下列说法错误的是（ ）
A.X的组成为CH3+ B.Y的组成为CH3-
C.X的价层电子对数为4 D.Y中键角小于120°
C
5.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. NO2-和NH4+
B. H3O+和ClO3-
C. NO3-和CO32-
D. PO43-和SO42-
C
6.(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的空间结构。
PO43-____________；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_____。
正四面体形
直线形
平面三角形
BF3　 NF3　 CF4
(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分子的空间结构是平面三角形而NF3分子的空间结构是三角锥形的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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

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