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分子结构的测定
价层电子对互斥模型
第二章 分子结构与性质
1. 了解分子结构的测定方法，认识共价分子结构的多样性和复杂性。
2.理解价层电子对互斥理论的含义，能够根据价层电子对互斥理论判断简单分子或离子的空间结构。
大多数分子是由两个以上原子构成的，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。
一、分子结构的测定
早年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进行推测，现代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。
红外光谱仪
X射线衍射仪
(将在下一章介绍)
质谱仪
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。分子的空间结构是分子中的原子处于平衡位置时的模型。
红外光谱法
分子振动需要能量，所以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，记录到图谱上呈现吸收峰
红外光谱法
原理：
应用：
判断分子中可能含有的化学键或官能团
例如：某未知物分子式为C2H6O，通过红外光谱仪测得红外光谱图如下，发现有O-H、C-H和C-O的振动吸收，请推测其结构。
乙醇 CH3CH2OH
二甲醚 CH3OCH3
红外光谱法
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
原理：
不同质荷比对应不同的偏转半径
应用：
测定分子的相对分子质量
质谱法
例如：已知甲苯分子的质谱图如下，请推测其相对分子质量。
相对丰度与粒子浓度成正比
最大质荷比 = 相对分子质量
92
2.其有机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)，该有机物可能是（ ）
A.甲醇(CH3OH) B.甲烷
C.丙烷 D.乙烯
1.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是( )
A.核磁共振氢谱 B.质谱
C.红外光谱 D.紫外光谱
C
B
质疑：如果没有测定仪器，有没有预测分子空间结构的方法？
二、价层电子对互斥(VSEPR)模型
分子中的中心原子的价层电子对——σ键电子对和孤电子对由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离均匀分布(使彼此之间斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定)。
两个原子间的成键电子对不论是单键还是多重键，都看作一个空间取向(即只计σ键电子对，不计π键电子对)；一对孤电子对可看作一个空间取向。
因此，我们可以先分析分子中的中心原子的价层电子对存在几个空间取向，再让这几个空间取向尽量彼此远离，就可以推测出分子的空间结构。
基本内容
任务一：请制作气球模型，以“气球空间互斥”类比“价层电子对互斥”，认识价层电子对互斥模型。
模型认知
价电子对数
2对
3对
4对
若把中心原子A视为球心，各价层电子对视为以A为球心的一个球面上的各点，球面上各点相距最远的结构可简单理解为价层电子对最稳定的空间结构。
价层电子对数
电子对互斥
气球空间互斥
VSEPR理想模型空间结构
2
3
4
A
A
A
A
A
A
直线形
平面三角形
正四面体形
若把中心原子A视为球心，各价层电子对视为以A为球心的一个球面上的各点，球面上各点相距最远的结构可简单理解为价层电子对最稳定的空间结构。
价层电子对数
电子对互斥
气球空间互斥
5
6
A
A
A
A
正八面体形
三角双锥形
VSEPR理想模型空间结构
CO2和H2O都是三原子分子，为什么CO2呈直线形而H2O呈V形？CH2O和NH3都是四原子分子，为什么CH2O呈平面三角形而NH3呈三角锥形？
CO2 直线形
H2O V形
CH2O 平面三角形
NH3 三角锥形
任务二：写出下列分子的电子式，再对照分子空间结构模型和VSEPR模型，运用分类、对比的方法，分析空间结构不同的原因。
CO2
H2O
CH2O
NH3
CH4
化学式 电子式 分子的空间结构模型 VSEPR理想模型
成键电子对
孤电子对
结论：VSEPR模型略去孤电子对即是分子的空间结构模型。
直线形
正四面体形
直线形
V形
平面三角形
三角锥形
正四面体形
平面三角形
正四面体形
正四面体形
模型应用
预测分子的空间结构
中心原子无孤电子对的分子：VSEPR理想模型就是其分子的空间结构。
若有：先判断VSEPR理想模型，后略去孤电子对，便可得到分子的空间结构
多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对
σ键电子对数 ＝ 结合原子数
CO2
如何计算中心原子上的孤电子对数
方法一：根据电子式直接确定
CH4
×(4-4×1)＝0
NH3
×(5-3×1)＝1
H2O
×(6-2×1)＝2
方法二：公式计算中心原子上的孤电子对数＝ (a -xb)
2
1
2
1
2
1
2
1
a为中心原子的价电子数（对于主族元素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，其他原子为“8减去该原子的价电子数”，氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1；等等）
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的
孤电子对数
CO2
SO2
NH4+
CO32-
任务三：计算中心原子上的孤电子对数＝ (a -xb)
2
1
阳离子：a＝中心原子的价电子数-离子的电荷数
阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)
x和b的计算方法不变
分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR理想模型 VSEPR理想模型名称 分子或离子的空间结构 分子或离子的空间结构名称
CO2 0
SO2 1
NH 0
CO 0
2-
3
+
4
0+2＝2
1+2＝3
0+4＝4
0+3＝3
直线形
平面
三角形
正四面体形
平面三角形
直线形
V形
正四面体形
平面三角形
模型应用
预测分子的空间结构
任务四：应用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构
分子或离子 中心原子 中心原子上的 孤电子对数 中心原子上的价层电子对数 VSEPR理想模型 分子或离子
的空间结构
BeCl2
BF3
SO32-
HCN
O3
Be
(2-2×1)÷2＝0
0+2＝2
直线形
直线形
B
(3-3×1)÷2＝0
0+3＝3
平面三角形
平面三角形
S
(6+2-3×2)÷2＝1
1+3＝4
正四面体形
三角锥形
C
(4-1×1-1×3)÷2＝0
0+2＝2
直线形
直线形
O
(6-2×2)÷2＝1
1+2＝3
平面三角形
V形
仪器测定分子结构
红外
质谱
预测分子的空间结构
——确定化学键或官能团
——确定相对分子质量
确定
孤电子对数
确定价层
电子对数
VSEPR
理想模型
分子的
空间结构
1.电子式
2.计算 (a-xb)
价层电子对数 VSEPR
理想模型
2 直线形
3 平面三角形
4 正四面体形
略去
孤电子对
2
1
难点
价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数

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