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第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
一、分子结构的测定
红外光谱仪
X射线衍射仪
质谱仪
（一）红外光谱仪
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，综合这此信息，可分析出分中含有何种化学键或官能团的信息。
某物质的红外光谱图
该物质含有O-H、C-H和C-O的振动吸收
学以致用 提升关键能力 校本P33
1. 的一种标准谱图如图所示，它是( )
A.核磁共振氢谱 B.质谱 C.红外光谱 D.紫外光谱
C
校本P37
2.某有机化合物的分子式为 ，其红外光谱如图所示。该有机化合物
的结构简式为( )
A.
B.
C.
D.
B
（二）质谱仪
现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。它的基本原理是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。
纵坐标表示相对丰度（与粒子的浓度成正比），横坐标表示粒子的相对质量与其电荷数之比（m/z），简称荷质比，化学家通过分析得知，被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯。
最大的质荷比就是相对分子质量
校本P33
1.如图是有机化合物A的质谱图。A的相对分子质量是( )
A.29 B.43 C.57 D.72
D
校本P37
3.设 的质荷比为 ，某有机化合物样品的质荷比如图所示（假设离子
均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关），则该有机化合物
可能是( )
A.甲醇
B.甲烷
C.丙烷
D.乙烯
B
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
CH2O
NH3
CH4
O
:
:
:
C
O
:
:
:
:
:
H
:
O
H
:
:
:
H
:
C
O
:
:
:
:
:
H
H
:
N
H
:
:
:
H
H
:
C
H
:
:
:
H
H
180°
109°28′
107°
约120°
105°
直线形
正四面体形
三角锥形
平面三角形
V形
二、多样的分子空间结构
正四面体，键角60°
椅式比船式稳定
皇冠型
正八面体形

学以致用 提升关键能力 校本P34
1.下列分子的空间结构模型正确的是( )
A.&2& B.&3& C.&4& D.&5&
D
校本P34
2.现有分子： ； ； ； ； 。
其空间结构为正四面体形的是( )
A.①②③ B.①③⑤ C.②③④ D.③④⑤
A
③价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ键电子对
和中心原子上的孤电子对。
三、价层电子对互斥模型（VSEPR）
②中心原子周围的电子对按尽可能互相远离的位置排布，使彼此间
的排斥能最小，能量最低，物质最稳定。
阅读教材P44-46
①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
2
4
3
5
6
（1）VSEPR模型：
（二）价层电子对数目与立体结构
立体结构
价层电子对数
一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布
　 2 3 4
直线形 平面三角形 四面体
5
三角双锥体
6
八面体
★确定中心原子价层电子对
（1）σ键电子对：
由分子式确定，即σ键个数
（三）根据价层电子对互斥模型判断分子立体构型
（2）中心原子上的孤电子对
=(a―xb)/2
中心原子为主族元素时，
a等于最外层电子数（价电子数）
x为与中心原子结合的原子数
b为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 - 价电子数
中心原子价层电子对数目=σ键电子对+中心原子上的孤对电子数
分子或离子 σ键电子对 中心原子 a x b 中心原子上的 孤电子对数 价层电子对数
CO2
SO2
C
4
2
2
2
(a-xb)/2=0
S
6
2
2
3
(a-xb)/2=1
NH4+
N
4
4
1
4
(a-xb)/2=0
CO32-
C
6
3
2
3
(a-xb)/2=0
（1）对于阳离子来说， a=中心原子的价电子数 - 离子的电荷数
（2）对于阴离子来说，a=中心原子的价电子数 + 离子的电荷数
2
2
4
3
分子或离子 中心原子 σ键电子对 a x b 中心原子上的孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型
CH4
NH3
H2O
SO32-
CH2O
H2O
NH3
CH4
正四面体形
三角锥形
V形
正四面体
三角锥形
正四面体
V形
在VSEPR模型基础上，把孤电子对所占方向忽略后，所得到的几何体就是分子的空间构型。
① 价层电子对数=2
VSEPR模型：
分子的立体构型：
直线形
在VSEPR模型基础上，把孤电子对所占方向忽略后，所得到的几何体就是分子的空间构型。
② 价层电子对数=3
VSEPR模型：
分子的立体构型：
平面三角形或V形
③ 价层电子对数=4
VSEPR模型：
分子的立体构型：
四面体、三角锥形、V形
在VSEPR模型基础上，把孤电子对所占方向忽略后，所得到的几何体就是分子的空间构型。
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 立体构型
BF3
NH4+
SO32-
HCN
CH2O
分子立体构型的推断
小 结
①确定价层电子对数
②判断VSEPR模型
③再次判断孤电子对数确立分子的立体构型
完成教材P51 8
学以致用 提升关键能力 校本P36
1.下列关于价层电子对互斥（VSEPR）模型的叙述不正确的是( )
A. 模型可用于预测分子的空间结构
B. 模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子
C.中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥
D.分子中键角越大,价层电子对相互排斥力越大,分子越稳定
D
①价层电子对间的互斥作用：
孤对—孤对＞孤对—成键＞成键—成键
★键角大小的判断
【思考】试解释 、 键角却分别为 、，依次减小的原因。
C
【练习】PCl3的分子结构是（ ）
A、平面三角形，键角小于1200
B、平面三角形，键角1200
C、三角锥形，键角小于109028’
D、三角锥形，键角109028’
ABn 型分子的VSEPR模型和立体结构
价层电子对数 VSEPR模型 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布模型 立体结构 实 例
平面
三角
形
AB2
CO2
AB3
AB2
BF3
V形
SO2
直线形
2
2
1
3
0
0
平面三角形
直线形
2
3
价层电子对数 VSEPR 模型 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对的排布模型 分子构型 实 例
4
四面
体
4 0
3 1
2 2
正四面体
NH3
V形
H2O
CH4
AB3
AB2
AB4
三角锥形
【回顾】1.甲烷分子中的C原子形成几个共价键，属于什么空间构型？
甲烷分子中的C原子可形成4个共价键，正四面体形。
2.画出基态C原子的轨道表达式
3.针对这一矛盾，鲍林是如何解决的？
基态
激发态
2s
2p
2s
2p
阅读教材P47-49
甲烷(CH4)的分子结构为例:
思考:如果C原子就以1个2s轨道和3个2p轨道上的单电子，分别与四个H原子的1s轨道上的单电子重叠成键，所形成的四个共价键能否完全相同？这与CH4分子的实际情况是否吻合？
基态
激发态
2s
2p
2s
2p
激发态
杂化态
2s
2p
杂化
杂化态
形成4个σ键
（1）轨道的杂化：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合（混杂）形成一组新轨道的过程；
（2）杂化轨道：产生的新的原子轨道叫做杂化轨道。
（一）杂化、杂化轨道的概念
2s
2p
C的基态
2s
2p
激发态
正四面体形
sp3 杂化态
激发
杂化
四、杂化轨道理论
（1）杂化轨道形成目的：满足分子对称性要求，从而使分子的整体能
量最低，最稳定。
（2）原子轨道杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化的。
②只有能量相近的轨道才能杂化。
（3）形成的杂化轨道与原轨道相比：
①发生轨道杂化的原子一定是中心原子；
（二）杂化轨道理论的要点
（4）杂化后所得到杂化轨道的成分相同、能量相等、电子云形状相同， 但方向不同。
———解释分子的立体构型
成分、能量、形状、伸展方向发生改变，轨道数目不变
校本P41
1.下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.并不是所有的原子轨道都参与杂化
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中，有利于牢固成键
D.杂化轨道都用来成键
D
（三）杂化轨道的类型
SP3杂化、SP2杂化、SP杂化
——根据原子轨道的种类和数目的不同
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子轨道及数目
杂化轨道的数目 ____ ____ ____
2
3
4
1个s轨道
1个p轨道
1个s轨道
2个p轨道
1个s轨道
3个p轨道
sp3杂化轨道的形成过程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
109°28′
①sp3杂化轨道由1个s轨道和3个p轨道杂化而得到四个sp3杂化轨道。
②每个sp3杂化轨道的成分都含:s成分为1/4，p成分为3 /4，
③sp3杂化轨道间夹角互成109 28′，空间分布呈四面体。
sp2杂化轨道的形成过程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
120°
①sp2杂化轨道由1个s轨道和2个p轨道杂化而得到三个sp2杂化轨道；
②每个sp2杂化轨道的成分都含:s成分为1/3，p成分为2 /3；
③三个杂化轨道在空间分布在同一平面上，互成120 ，呈平面三角形。
sp杂化轨道的形成过程
x
y
z
x
y
z
z
x
y
z
x
y
z
180°
①sp杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得到两个sp杂化轨道；
②两个杂化轨道在空间分布呈直线型，互成180 ，呈直线型。
【自我诊断】校本P39
（1） 杂化轨道中轨道数为4，且4个杂化轨道能量相同( )
√
（2）杂化轨道既能形成 键，又能形成 键( )
×
（3） 杂化轨道最多可形成 2 个 键( )
×
（4） 轨道和 轨道能形成 杂化轨道 ( )
×
（5）原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不
可能发生杂化( )
√
四、杂化轨道类型的确定
①先确定分子或离子的VSEPR模型，
②后确定中心原子的杂化轨道类型。
杂化轨道数=价层电子对数
价层电子对数 2 3 4
杂化轨道数
常见杂化轨道类型
2
3
4
sp
sp2
sp3
完成课本p51第9题
原子总数 粒子 中心原子上的孤电子对数 中心原子杂化轨道类型 空间构型
3 CO2
SO2
H2O
HCN
4 BF3
NH3
H3O+
CH2O
5 CH4
SO42-
0
sp
直线形
1
sp2
V形
2
sp3
V形
0
sp
直线形
0
sp2
平面三角形
1
sp3
三角锥形
1
sp3
三角锥形
0
sp2
平面三角形
0
sp3
正四面体形
0
sp3
正四面体形
中心原子的杂化类型和空间结构有关，二者之间可以相互判断
分子组成 中心原子上的孤电子对数 中心原子杂化轨道类型 空间构型
AB2 0 sp 直线形
1 sp2 V形
2 sp3 V形
AB3 0 sp2 平面三角形
1 sp3 三角锥形
AB4 0 sp3 正四面体形
校本P39
3.(2023·湖南师大附中高二期末)下列分子或离子的中心原子为 杂化，
且杂化轨道容纳了1个孤电子对的是( )
A. 、 B. 、 C. 、 D. 、
D
校本P41 学以致用
3.下列中心原子的杂化轨道类型和分子的空间结构不正确的是( )
A. 中 原子采取 杂化，空间结构为三角锥形
B. 中 原子采取 杂化，空间结构为正四面体形
C. 中 原子采取 杂化，空间结构为直线形
D. 中 原子采取 杂化，空间结构为 形
C
校本P41 课堂巩固
2.如图为乙烯的空间结构模型。在乙烯分子中有5个 键和1个 键，它
们分别是( )
A. 杂化轨道形成 键，未杂化的 轨道形成 键
B. 杂化轨道形成 键，未杂化的 轨道形成 键
C. 与 之间是 杂化形成 键， 与 之间是未参加杂化
的 轨道形成 键
D. 与 之间是 杂化形成 键， 与 之间是未参加杂化
的 轨道形成 键
A
【练习】多中心分子的原子轨道杂化方式的判断
CH3CH3
H2O2
N2H4
CH3—C—CH3
O=
【问题探究】
1、判断 、 、 分子中杂化轨道类型并比较其键角大小。
、 、 分子中杂化轨道类型依次为 、 、 ，
其键角：
2、判断 、SO2分子中杂化轨道类型及其孤电子对数并比较其键角大小。
、SO2分子中杂化轨道类型均为 ，
BF3孤电子对数为0，SO2孤电子对数为1
其键角：
比较键角时，
①中心原子的杂化类型不同时，键角一般 > > 杂化；
②中心原子杂化类型相同时，中心原子上的孤电子对数越多，键角越小。
3、判断 、 分子中杂化轨道类型及其孤电子对数并比较其键角大小。
、 分子中杂化轨道类型均为 ，孤电子对数均为1
其键角： NH3>PH3
比较键角时，
①中心原子的杂化类型不同时，键角一般 > > 杂化
②中心原子杂化类型相同时，中心原子上的孤电子对数越多，键角越小
③中心原子杂化类型及孤电子对数均相同，比较中心原子电负性，中心
原子电负性大，共用电子对中心原子更近，斥力更大，键角就越大

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