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年 级：高二 学 科：化学（人教版）
课时2.2 分子的结构
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科
第二节 分子的空间结构
2.2.1 多样的分子空间结构
第二章 分子结构与性质
1.认识共价分子结构的多样性和复杂性。
2．学会用价层电子对互斥模型来判断分子的立体构型。
1.认识物质的空间结构可以借助某些实验手段,通过这些手段所获得的信息为建立物质结构模型或解释相关理论提供支撑。
2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测,培养证据推理与模型认知的核心素养。
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
？
C60
C20
C40
C70
1．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。
2．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。
分子结构的测定
1、红外光谱在测定分子结构中的应用
(1)红外光谱工作原理：分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。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，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种化学键或官能团的信息 (2)红外光谱仪原理示意图
(3)作用：可以初步判断有机物中含有何种化学键或官能团
测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析官能团、化学键。
(2)红外光谱仪原理示意图
例如，通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如上图所示，发现有O—H、C—H、和C—O的振动吸收。因此，可以初步推测该未知物中含有羟基（—OH）
2、质谱法在测定分子相对分子质量中的应用(1)质谱仪的工作原理：用高能电子流等轰击样品分子，使该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、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(2)质荷比：分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。用质谱法测定分子的相对分子质量，在质谱图中质荷比最大的数据代表所测物质的相对分子质量。
如：由图可知，样品分子的相对分子质量为46
【对点训练1】
多样的分子
空间结构
在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺序不一样，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。这就是所谓的分子的立体构型。
二、多样的分子空间结构单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构，多原子分子中存在原子的几何学关系和形状，即所谓“分子的空间结构”1、三原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间填充模型 球棍模型 空间结构名称
CO2 O==C==O 180° 直线形
H2O 105° V形
2、四原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间填充模型 球棍模型 空间结构名称
CH2O 约120° 平面三角形
NH3 107° 三角锥形
C2H2 180°
P4 60°正四面体形
BF3平面正三角形120°
3、五原子分子
化学式 电子式 结构式 键角 空间填充模型 球棍模型 空间结构名称
CH4 109°28′ 正四面体形
CCl4 109°28′ 正四面体形
4、其他多原子分子的空间结构
【对点训练2】
分子的立体构型与键角的关系：
分子类型 键角 立体构型 实例
AB2 180° CO2、BeCl2、CS2
<180° H2O、H2S
AB3 120° BF3、BCl3
<120° NH3、H3O＋、PH3
AB4 109°28′ CH4、NH4+、CCl4
直线形
V形
平面三角形
三角锥形
正四面体形
三、价层电子对互斥模型1、价层电子对互斥理论的基本内容：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(1)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σ键电子对和未成键的孤电子对)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)分子中的价层电子对由于斥力作用，而趋向尽可能彼此远离以减小排斥力，分子尽可能采取对称的空间构型(3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小
【微点拨】①中心原子：分子或离子中原子数目最少的原子 (或与之成键的原子)②中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数③价层电子对在球面上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低④成键电子对：价电子中参与成键的电子对(即：σ键电子对)未成键电子对：价电子中未参与成键的电子对(即：孤电子对)
2、中心原子上价层电子对的计算中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数(1)方法1 ①σ键电子对数的计算：由分子式确定，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2对σ键电子对，NH3分子中，N有3对σ键电子对，即：ABn型的分子或离子就有n个σ键②中心原子上的孤电子对的计算：中心原子上的孤电子对数ⅰ、a表示中心原子的价电子数对于主族元素：a＝原子的最外层电子数对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)
ⅱ、x表示与中心原子结合的原子数
ⅲ、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＝8－该原子的价电子数
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 中心原子价层电子对数
SO2 S 6 2 2 1 3
NH4+ N 5－1＝4 4 1 0 4
CO32－ C 4+2＝6 3 2 0 3
几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数
(2)方法2：
【微点拨】 ①配位原子是指中心原子以外的其它原子，即：与中心原子结合的原子 ②若是离子，则应加上或减去与离子所带的电荷数，即：阴加阳减 ③氧、硫原子若为配位原子，则其化合价规定为"零”，若为中心原子，则价电子数为6
分子或离子 中心原子 价层电子对数 σ键电子对 心原子上的孤电子对数
SO2 S 2 1
NH4+ N 4 0
CO32－ C 3 0
3、价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间构型的具体方法
以“CH4、NH3、H2O”为例
CH4、NH3、H2O的价层电子对数均为4，根据价层电子对互斥理论，为确保电子对之间的斥力最小，电子的排列方式应为(①)，由此可推知VSEPR模型为均四面体形(② )，CH4的中心原子上无孤对电子对，NH3的中心原子上有1个孤对电子对，H2O的中心原子上有2个孤对电子对，在分子或离子的空间构型中必须略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，因此NH3由VSEPR模型为四面体形(③)略去1个孤对电子对变成了空间构型为三角锥形(④)，H2O由VSEPR模型为四面体形(⑤)略去2个孤对电子对变成了空间构型为V形( ⑥ )
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
(1)价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间构型的具体步骤中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数由
电子的排列方式
VSEPR模型
分子或离子的空间结构
(2)VSEPR模型的应用——预测分子空间结构的具体思路
价层电子对数 电子对的排列方式 VSEPR模型及名称 孤电子对数 略去孤电子对的空间结构 分子(或离子)的空间结构名称
2 直线形 0 直线形
1 直线形
3 平面三角形 0 平面三角形
1 V形
2 直线形
4 正四面体形 0 正四面体形
1 三角锥形
2 V形
3 直线形
【微点拨】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，则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待②价层电子对互斥构型是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对)，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致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④价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－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，如：CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。⑤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⑥常见的分子立体构型：直线形、V形、平面三角形、三角锥形、四面体形等
常见的分子或离子的空间构型的判断方法
分子或离子 中心原子 价层电子对数 σ键电子对数 孤电子对数 电子对构型 分子或离子的空间构型
CO2
CS2
BeCl2
BF3
BCl3
SO3
SO2
CH4
常见的分子或离子的空间构型的判断方法
分子或离子 中心原子 价层电子对数 σ键电子对数 孤电子对数 电子对构型 分子或离子的空间构型
CCl4
NH3
NF3
PCl3
H2O
H2S
NO3－
SO32－
SO42－
常见的分子或离子的空间构型的判断方法
分子或离子 中心原子 价层电子对数 σ键电子对数 孤电子对数 电子对构型 分子或离子的空间构型
NH4+
PO43－
H3O+
CO32－
ClO3－
PCl5
SF6
XeF4
IF5
【对点训练3】

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