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(共67张PPT)
第二章　
分子结构与性质
第二节　
分子的空间结构
第1课时　
分子空间结构
[明确学习目标]
1．了解常见的分子结构测定方法。
2．认识共价分子结构的多样性和复杂性。
3．理解价层电子对互斥理论的意义。
4．能根据有关理论判断简单分子或离子的构型。
[核心素养对接]
1．宏观辨识与微观探析：通过认识分子结构，辨识分子结构的多样性及复杂性。
2．科学探究与创新意识：认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动。
3．证据推理与模型认知：结合价层电子对互斥理论与分子的空间结构，能论证证据与模型建立及其发展之间的关系。
课前篇
·
自主学习固基础
一、分子结构的测定
[知识梳理]
1．红外光谱在测定分子结构中的应用
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________的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现________。
化学键　
吸收峰
通过和已有________比对，或通过_________计算，可以得知各吸收峰是由哪种________、哪种________方式引起的，综合这些信息，可分析出分子中含有何种________或________的信息。
谱图库
量子化学　
化学键
振动
化学键
官能团
2．质谱法在测定分子相对分子质量中的应用
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________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。
正电荷
二、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________最弱的那种结构，以使彼此之间________最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。
σ键电子对
孤电子对
相互排斥　
斥力
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____个σ键电子对。NH3分子中，N有____个σ键电子对。
2　
3　
(3)中心原子上的孤电子对数的计算21
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；
对主族元素：a＝_________________________________；
对于阳离子：a＝_________________________________；
对于阴离子：a＝_________________________________。
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
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＝________________________。
中心原子
8－该原子的价电子数
3．价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)
　　　 　 　
价层电子对数目： 2　　 3　 　　　4
VSEPR模型：________　__________　____________
直线形
平面三角形
正四面体形
4．VSEPR模型的应用——预测分子空间结构
由价层电子对相互排斥，得到含有孤电子对的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 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
孤电子对　
2　
0　
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
CO32-
CH4
续表
3
0　
4　
0　
(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 分子的空间结构及名称
NH3
H2O
4　
1　
4　
2　
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
SO2
续表
3　
1
[自我排查]
一、微判断
(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角锥形(　　)
(2)正四面体形的键角均为109°28′(　　)
(3)SiCl4、SiH4、NH4＋、CH3Cl均为正四面体结构(　　)
(4)SF6分子的空间结构为正八面体形(　　)




(5)椅式C6H12比船式C6H12稳定(　　)
(6)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的
(　　)
(7)所有的三原子分子都是直线形结构(　　)
(8)SO2与CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同(　　)




(9)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn─Br的键角小于180°(　　)
(10)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(　　)


二、尝试解答
试解释CH4键角(109°28′)、NH3键角(107°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：CH4分子中的C原子上没有孤电子对，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。
研习1 红外光谱
红外光谱原理示意图
[探究活动]
[问题探讨]
1．红外光谱的作用
初步判断有机物分子中含有何种________或________。
化学键　　
官能团
2．原理
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________。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，从而可以获得分子中含有何种__________或_________的信息。
吸收峰　
化学键
官能团
3．示例：未知物质A的红外光谱图为
由上述红外光谱图判断物质A中有________、________和________的振动吸收，推测物质A中含有的官能团是________。
O—H　
C—H　
C—O
—OH
[重点讲解]
分子结构的测定
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(如图)。通过和已有的谱图库比对，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，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。
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如图所示，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。
某未知物的红外光谱
[典例1]　2002年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机分子的结构进行分析的质谱法。其方法是让极少量(10－9 g左右)的化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到C2H＋6、C2H＋5、C2H＋4……然后测定其质荷比β。设H＋的质荷比为1，某有机物样品的质荷比如图(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子多少有关)，则该有机物可能是(　　)
A．CH3OH　　 B．C3H8　　 C．C2H4　　 D．CH4
解析：有机物样品的质荷比的最大值为该物质的相对分子质量，根据有机物样品的质荷比图可知该物质的相对分子质量为16，甲醇、丙烷、乙烯、甲烷的相对分子质量分别为32、44、28、16，因此该有机物是甲烷。
[举一反三]
1．用红外光谱仪测得乙偶姻分子的红外光谱图如下：
则乙偶姻分子中含有的化学键是____________________
_______________________，
推测其含有的官能团是____________________________
_________________________。
O—H、C—H和CO
—OH、
2．某有机物的化学式为C8H8O2，分子中只含有一个苯环，其红外光谱如图所示：
该分子中的化学键除 和C==O外还含有____
___________________________，推测其含有的官能团为
_______________________________。
C—H和C—O—C(醚键)
C—O—C和
研习2 价层电子对互斥理论
[探究活动]
[问题探讨]
1．甲烷分子中的中心原子是什么？写出CH4的电子式，中心原子上有几对成键电子？其VSEPR模型是什么？分子的空间结构是什么？
提示：甲烷分子中的中心原子是C，甲烷的电子式为
，中心原子上有4对成键电子；其VSEPR模
型为正四面体形，分子的空间结构是正四面体。
2．氨分子中的中心原子是什么？写出NH3的电子式，中心原子上有几对成键电子，几对孤电子对？其VSEPR模型是什么？略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对后得到NH3的空间结构是什么？
提示：氨分子中的中心原子是N，NH3的电子式为 ，中心原子上有3对成键电子，1对孤电子对；其VSEPR模型是四面体形，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对后得到NH3的空间结构是三角锥形。
3．水分子中的中心原子是什么？写出水分子的电子式，中心原子上有几对成键电子，几对孤电子对？其VSEPR模型是什么？略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对后得到水分子的空间结构是什么？
提示：水分子中的中心原子是O，水分子的电子式是 ，中心原子上有2对成键电子，2对孤电子对；其VSEPR模型为四面体形，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对后得到H2O的空间结构是V形。
[重点讲解]
1．价层电子对互斥理论要点
(1)对于ABx型分子中，空间结构主要取决于中心原子A价层电子对的相互排斥。价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数。
(2) 中心原子的价层电子对数和空间结构的关系
价层电 子对数 2 3 4 5 6
空间 结构 直线形 平面三 角形 正四 面体 三角 双锥 正八
面体
(3) 价层电子对之间相互排斥作用大小
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
2．用价层电子对理论判断共价分子或离子空间结构
(1)确定中心原子的价层电子对数
①对于ABx型分子，σ键电子对＝B原子的个数，如H2O的中心原子是O，有2对σ键电子对。
②中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，其中a为中心原子的价电子数，x为B原子的个数，b为B最多能接受的电子数。
③对于阳(或阴)离子来说，a为中心原子的价电子数减去(或加上)离子所带的电荷数。
④中心原子的价层电子数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数。
(2) 根据中心原子价层电子对数确定VSEPR模型
(3) 略去孤电子对，确定分子的空间结构
σ键电子对数 孤电子对 数 价层 电子 对数 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离 子的空间 结构 实例
2 0 2 直线形 直线形 HgCl2、BeCl2、
CO2
3 0 3 平面 三角形 平面 三角形 BF3、BCl3
σ键电子对数 孤电子对 数 价层 电子 对数 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离 子的空间 结构 实例
2 1 3 平面 三角形 V形 SnBr2、
PbCl2
4 0 4 四面 体形 正四面 体形 CH4、
CCl4
续表
σ键电子对数 孤电子对 数 价层 电子 对数 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离 子的空间 结构 实例
3 1 4 四面 体形 三角 锥形 NH3、
NF3
2 2 4 四面 体形 V形 H2O
续表
[典例2]　下列分子的中心原子含有一个孤电子对的是
(　　)
A．H2O B．BeCl2
C．CH4 D．PCl3
D
解析：根据公式：中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，式中a为中心原子的价电子数，对主族元素来说，价电子数等于原子的最外层电子数；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，其他原子等于“8－该原子的价电子数”。将各选项中的数据代入计算，可得各分子中中心原子上的孤电子对数依次为2、0、0、1，D项符合要求。
1．下列用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3的空间结构的结论正确的是(　　)
A．直线形　三角锥形
B．V形　三角锥形
C．直线形　平面三角形
D．V形　平面三角形
[举一反三]
D
解析：根据价层电子对互斥模型，H2S的中心原子上的价层电子对数为4，孤电子对数为2，孤电子对和σ键电子对相互排斥而形成V形；BF3的中心原子上的价层电子对数为3，孤电子对数为0，故其空间结构为平面三角形。
2．下列各组微粒的空间结构相同的是(　　)
A．CO2与SO2 B．CH4与CCl4
C．NH3与BF3 D．H3O＋与SO3
B
解析：CO2分子中C原子的价层电子数为2＋＝2，孤电子对数为0，空间结构为直线形；
SO2分子中S原子的价层电子对数为2＋ ＝3，孤电子对数为1，空间结构为V形，A错误。
CH4与CCl4分子中C原子的价层电子对数均为4＋ ＝4，孤电子对数均为0，空间结构均为正四面体形，B正确。
NH3中N原子的价层电子对数为3＋ ＝4，孤电子对数为1，空间结构为三角锥形；
BF3中B原子的价层电子对数为3＋ ＝3，孤电子对数为0，空间结构为平面三角形，C错误。
H3O＋中O原子的价层电子对数为3＋ ＝4，孤电子对数为1，空间结构为三角锥形；
SO3分子中S原子的价层电子对数为3＋＝3，孤电子对数为0，空间结构为平面三角形，D错误。
演习篇
·
学业测试速达标
1．若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，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
C
解析：根据价层电子对互斥理论知，ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，若n＝2，则分子的空间结构为直线形；若n＝3，则分子的空间结构为平面三角形；若n＝4，则分子的空间结构为正四面体形。
2．下列各组分子或离子的空间结构不相似的是(　　)
A．NH、CH4
B．H3O＋、NH3
C．CO、BF3
D．CO2、SO2
D
解析：NH中N原子价层电子对数＝4＋ ＝4，且不含孤电子对，CH4中C原子价层电子对数＝4＋ ＝4，且不含孤电子对，所以二者都是正四面体结构，故A不选；
H3O＋中O原子价层电子对数＝3＋ ＝4，且含有一对孤电子对，NH3中N原子价层电子对数＝3＋＝4，且含有一对孤电子对，所以二者都是三角锥形，故B不选，
CO32-中C原子价层电子对数＝3＋ ＝3，且不含孤电子对，BF3中B原子价层电子对数＝3＋ ＝3，且不含孤电子对，所以二者都是平面三角形，故C不选；
二氧化碳是直线形分子，二氧化硫分子中S原子价层电子对数＝2＋ ＝3，且含有一对孤电子对，所以为V形，二者空间结构不相似，故D选。
3．用价层电子对互斥理论预测H2O和BF3的空间结构，两个结论都正确的是(　　)
A．直线形；三角锥形
B．V形；三角锥形
C．直线形；平面三角形
D．V形；平面三角形
D
解析：H2O分子的中心原子O原子上含有2个σ键，中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)＝(6－2×1)＝2，所以H2O分子的VSEPR模型是四面体形，略去孤电子对后，实际上其空间结构是V形；BF3分子的中心原子B原子上含有3个σ键，中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)＝(3－3×1)＝0，所以BF3分子的VSEPR模型是平面三角形，中心原子上没有孤电子对，所以其空间结构是平面三角形。
4．运用价层电子对互斥理论，分析下列分子的空间结构，对应关系都正确的是(　　)
选项 BeCl2 OF2 BCl3 SO3 CO
A V形 直线形 平面三角形 三角锥形 三角锥形
B V形 直线形 三角锥形 三角锥形 三角锥形
C 直线形 V形 平面三角形 平面三角形 平面三角形
D 直线形 V形 三角锥形 平面三角形 平面三角形
C
解析：BeCl2中心原子B的价层电子对数＝(2－1×2)＋2＝2，没有孤电子对，属于直线形；OF2中心原子O的价层电子对数＝(6－1×2)＋2＝4，有2对孤电子对，属于V形；BCl3中心原子B的价层电子对数＝(3－1×3)＋3＝3，没有孤电子对，属于平面三角形；SO3中心原子S的价层电子对数＝(6－2×3)＋3＝3，没有孤电子对，属于平面三角形；CO32-中心原子C的价层电子对数＝(4＋2－2×3)＋3＝3，没有孤电子对，属于平面三角形。
5．有下列分子或离子：①CS2、②PCl3、③H2S、④CO、⑤H3O＋、⑥NH、⑦BF3、⑧SO2。
粒子的空间结构为直线形的是________；粒子的空间结构为V形的有________；粒子的空间结构为平面三角形的有________；粒子的空间结构为三角锥形的有________；粒子的空间结构为正四面体形的有________。
①　
③⑧　
④⑦
②⑤　
⑥
解析：中心原子上孤电子对数及粒子的空间结构如表。
ABn 中心原子孤 电子对数 分子或离子 分子或离子的
空间结构
AB2 0 CS2 直线形
AB3 CO、BF3 平面三角形
AB4 NH 正四面体形
AB2 1 SO2 V形
AB3 PCl3H3O＋ 三角锥形
AB2 2 H2S V形
本课结束
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