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第二节 分子的空间结构
第1课时 分子结构的测定 多样的分子 空间结构 价层电子对互斥理论
【思考】肉眼不能看到分子，科学家是怎样知道分子的结构的呢？
1.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。
2.知道分子的结构可以通过波谱等技术进行测定。
1.通过认识分子结构，能够辨识分子结构的多样性及复杂性。（宏观辨识与微观探析）
2.结合价层电子对互斥理论与分子的空间结构，能够论证证据与模型的建立及其发展之间的关系。（证据推理与模型认知）
P4O6
SF6
NH3
P4
肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分子的结构的呢？
一些分子的空间结构模型
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
分子结构
推测
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、质谱法、晶体X射线衍射(下一章讲)等
测定
一、分子结构的测定
(1)原理：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。
1．红外光谱法
红外光谱仪
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）。
透过率/%
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
质谱仪原理示意图
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
分子
分子离子
碎片离子
失去电子
高压电场加速
通过狭缝进
入磁场分离
记录仪
质谱图
2.质谱法
30
40
50
60
100
70
80
110
90
65
91
92
相对丰度/％
质荷比（ ）
m
z
甲苯分子的质谱图
纵坐标表示相对丰度，横坐标表示粒子的相对质量与其电荷数之比（m/z），简称质荷比，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。
通过质谱图测定分子的相对分子质量：
相对分子质量＝最大质荷比
甲苯的相对分子质量为92
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
1.双原子分子（直线形）
O2
HCl
直线形180°
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间填充模型 球棍模型 CO2
H2O
O
:
:
:
C
O
:
:
:
:
:
H
:
O
H
:
:
:
O=C=O
180°
直线形
V形
105°
2.三原子(AB2型)分子的空间结构——直线形和V形
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间填充模型 球棍模型 CH2O
NH3
H
:
C
O
:
:
:
:
:
H
H
:
N
H
:
:
:
H
120°
107°
平面三角形
三角锥形
3.四原子(AB3型)分子的空间结构——平面三角形和三角锥形
四原子分子其他空间结构（直线形、正四面体形）
（平面三角形，三角锥形）
C2H2 180°
P4 60°正四面体形
BF3
平面正三角形 120°
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间填充模型 球棍模型 CH4
109°28'
正四面体形
H
:
C
H
:
:
:
H
H
4.五原子(AB4型)分子的空间结构——正四面体形
P4O6
SF6
P4
P4O10
C60
S8
椅式C6H12
船式C6H12
5.其他多原子分子
同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结构却不同
同为四原子分子，CH2O与 NH3 分子的的空间结构也不同，什么原因？
【思考与讨论】
三、价层电子对互斥理论
分子的立体构型是“价层电子对”相互排斥的结果。
----又称“VSEPR模型”可用来预测分子的立体结构
1、中心原子：对ABn型分子，B围绕A成键，则A 为中心原子。n值为中心原子结合的原子数
2、价层电子对：分子中的中心原子A上的电子对
（1）σ键电子对：中心原子A上形成σ键的电子对--- σ键电子对数 = 中心原子结合的原子数n
（2）中心原子上的孤电子对：未用于形成共价键的中心原子A上的电子对
价层电子对数 = σ键电子对数 + 中心原子上的孤电子对数
如何确定中心原子上的孤电子对数？
【方法1】：写出分子的电子式，可快速确定
O C O
::
::
:
:
:
:
:
:
:
H O H
:
:
:
:
H N H
:
H
:
:
:
H C H
:
H
H
H2O
CO2
NH3
CH4
2
0
1
0
【方法2】：用公式计算
中心原子上的孤电子对数=
（a - xb）
2
a----中心原子的价电子数
x----与中心原子结合的原子数
b----与中心原子结合的原子最多能接受的电子数
（H为1，其它原子等于“8 – 该原子的价电子数”）
【例】：SO2 a = 6
x = 2
b = 2
孤电子对数=1
【注意】：用公式计算时，阴、阳离子a不同
中心原子上的孤电子对数=
（a - xb）
2
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
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的
孤电子对数
SO2 S 6 2 2 1
NH4+ N 5-1=4 4 1 0
CO32- C 4+2=6 3 2 0
计算价层电子对数=中心原子的σ键电子对数+孤电子对数
代表物 电子式 中心原子结合的原子数 σ键 电子对数 孤电子数 价层电子对数
H2O
NH3
CO2
CH4
:
:
:
H O H
:
:
:
:
H N H
:
H
:
:
:
H C H
:
H
H
O C O
::
::
:
:
:
:
2
3
4
2
2
2
4
3
1
4
4
0
4
2
0
2
价层电子对（σ键电子对和未成键的孤电子对）
由于斥力作用，若有两对价层电子，则夹角180°；若有三对价层电子，夹角120°；若有四对价层电子，夹角109°。
一个分子或离子中的价层电子对在空间的分布
3．确定价层电子对互斥模型（VSEPR模型）
直线形
价层电子对数目：
平面三角形
四面体形
三角双锥形
八面体形
VSEPR模型
4．VSEPR模型的应用——预测分子或离子空间结构
(1)基本思路：ABn型分子
无孤对电子：
有孤对电子：
价层电子对数
→
VSEPR
模型
VSEPR模型即分子空间结构
略去孤对电子，剩下是分子或离子空间结构
分子或 离子 价层电子对数 VSEPR模型及名称 分子或离子
空间结构及名称
CO2
CH4
(2)具体实例
①中心原子不含孤电子对
2 直线形 直线形
3 平面三角形 平面三角形
4 正四面体形 正四面体形
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 分子或离子的
空间结构及名称
NH3
H2O
H3O＋
SO2
4 1 四面体形 三角锥形
4 2 四面体形 V形
4 1 四面体形 三角锥形
3 1 平面三角形 V形
A的价层电子对数 δ键电子对数 孤对电子对数 VSEPR 模型名称 分子的空间结构
2 2 0
3 3 0
2 1
BeCl2 CO2
(直线形）
BF3 BCl3
（平面三角形）
SnBr2 PbCl2
（V形）
直线形
平面三角形
平面三角形
【小结】分子空间结构的确定
A的价层电子对数 δ成键电子对数 孤对电子对数 VSEPR模型名称 分子的空间结构
4 4 0
3 1
2 2
CH4 CCl4
（正四面体）
NH3 PH3
（三角锥）
H2O H2S
（V形）
正四面体
正四面体
正四面体
A的价层电子对数 δ成键电 子对数 孤对电子对数 VSEPR模型名称 分子空间结构
5 5 0
6 6 0
4 2
三角双锥
（PCl5）
正八面体
（ SF6）
平面正方形
（ XeF4）
八
面
体
思考：【2021年全国乙卷】H2O的键角小于CH4 、NH3的，分析原因。
CH4
H2O
NH3
提示：CH4、H2O、NH3的价层电子对均为4，VSEPR模型均为四面体形，但由于孤电子对有较大的斥力，孤电子对越多，与成键电子对之间的排斥力越大，键角越小。
（1）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。
（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。
（2）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。
【特别提醒】
价层电子对数
价层电子对
互斥理论
VSEPR模型
略去孤电子对
分子的空间结构
σ键电子对
中心原子上的
孤电子对数目
2.价层电子对互斥理论
1.分子结构的测定
红外光谱——化学键或官能团
质谱——相对分子质量
1．下列分子结构与分子中共价键键角对应错误的是( 　)
A．直线形分子：180°　
B．平面正三角形：120°
C．三角锥形：109°28′
D．正四面体形：109°28′
C
2．下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是(　　)
A．价层电子对就是σ键电子对
B．孤电子对数由分子式来确定
C．分子的空间结构是价层电子对互斥的结果
D．孤电子对数等于π键数
C
4．下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是(　　)
A．H2O B．HCl　　 C．NH4＋　　D．PCl3
3.下列分子中,空间结构不是直线形的是(　　)
A.CO B.H2O C.CO2 D.C2H2
B
A
5.运用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间结构。
(1)BeCl2　　 　　　; (2)SCl2　　　 ;
(3)SO32-　　　 ; (4)PF3　　 　 ;
直线形
V形
三角锥形
三角锥形
(5)H2Se　　　 ; (6)BBr3　　 　;
(7)CHCl3　 　　; (8)SiF4　　　 。
V形
平面三角形
四面体形
正四面体形

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