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分子结构的测定和多样性　价层电子对互斥模型
第1课时
第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构
学习目标
LEARNING GOALS
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。　
3.能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能利用相关理论解释简单共价分子的空间结构。
分子结构的测定
01
分子结构的测定
复习导入
键参数
键能
键长
键角
决定
共价键的稳定性
决定
分子的空间结构
决定分子的性质
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。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
新知构建
红外光谱仪
晶体X射线衍射仪
分子结构的测定
新知构建
测定原理
光源
棱镜
红
黄
蓝
紫
光谱
橙
绿
靛
样品
检测仪
红外图谱
紫外
红外
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，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。
分子结构的测定
新知构建
测定原理
根据红外光谱图可以初步判断分子中 共价键 或 官能团 的类型
分子结构的测定
新知构建
质谱仪
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。
基本原理
分子结构的测定
新知构建
30
40
50
60
70
80
90
100
91
92
相对丰度%
质荷比(m/z)
CH2+
CH3+
65
质谱仪
最大值是该物质的相对分子质量
分子结构的测定
应用评价
如图所示是某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为(　　)
A
A．CH3COOCH2CH3
B．CH3CH2CH2COOH
C．HCOOCH2CH2CH3
D．(CH3)2CHCH2COOH
√
×
×
×
该物质分子中至少含有两个甲基，且不对称，含有碳氧双键和碳氧单键
(CH3)2CHCH2COOH分子中存在对称—CH3，不存在C—O—C，且含有5个碳原子
CH3CH2CH2COOH分子中含有1个—CH3，且不存在C—O—C
HCOOCH2CH2CH3分子中只含有1个—CH3
多样的分子空间结构
02
多样的分子空间结构
新知构建
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。
化学式 结构式 键角 分子的空间结构 分子的空间结构模型
CO2
H2O
O=C=O
O
H
H
105°
直线形
180°
V形
多样的分子空间结构
新知构建
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。
化学式 结构式 键角 分子的空间结构 分子的空间结构模型
CH2O
NH3
O=C
105°
平面三角形
180°
三角锥形
H
H
N
H
H
H
多样的分子空间结构
新知构建
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。
化学式 结构式 键角 分子的空间结构 分子的空间结构模型
CH4
正四面体形
109°28′
H
H
C
H
H
CCl4
Cl
C
Cl
Cl
Cl
正四面体形
109°28′
多样的分子空间结构
新知构建
一些分子的空间结构模型
多样的分子空间结构
交流研讨
(1)H2S中，两个H—S的键角接近90°，BeCl2中两个Be—Cl的键角是180°，推测H2S和BeCl2的分子的空间结构分别是怎样的？
(2)CH3Cl分子是正四面体形结构吗？
(3)白磷分子为正四面体形，其键角是否与甲烷一样也为109°28′？
H2S的空间结构是V形，BeCl2的空间结构是直线形。
C—H键与C—Cl键的键长不同，所以CH3Cl是四面体形，但不是正四面体形。
不是。白磷分子中四个P原子位于四面体顶点，因此其键角为60°。
多样的分子空间结构
应用评价
(1)所有的三原子分子都是直线形结构。( )
(2)所有的四原子分子都是平面三角形结构。 ( )
(3)五原子分子的空间结构都是正四面体。 ( )
(4)正四面体形的键角均为109°28′。 ( )
(5) SiCl4、SiH4、NH、CH3Cl均为正四面体结构。( )
×
×
×
×
有些三原子分子是V形结构，如H2O
有些五原子分子如CHCl3的空间结构是四面体，而非正四面体
有些四原子分子是三角锥形结构如NH3 ，有些四原子分子是正四面体形结构如P4 。
CH3Cl为四面体结构而非正四面体结构
×
正误判断：
P4为正四面体，键角为60°
价层电子对互斥模型
03
价层电子对互斥模型
新知构建
为什么甲烷分子的空间结构是正四面体形而不是正方形？
空间结构：正四面体形 键角：109°28′
C
H
H
H
H
··
··
··
··
成键电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能远离，因此分子的空间结构受到影响。一般地，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力
价层电子对互斥模型
新知构建
电子对互斥
气球空间互斥
直线形
“气球空间互斥”类比“电子对互斥”
正四面体形
平面三角形
空间构型
电子对数
2
3
4
价层电子对互斥模型
新知构建
理论要点：价层电子对互斥理论认为，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。价层电子对是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。
内容
对ABn型的分子或离子，中心原子A“价层电子对”(包括成键σ键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低，最稳定
多重键只计σ键的电子对，不计π键的电子对
价层电子对互斥模型
新知构建
价层电子对互斥模型
新知构建
A B n
中心原子
配位体(可以是原子、分子或原子团)
配位体个数
价层电子对 ==
σ 键电子对 + 孤电子对。
多重键只计其中的σ键电子对，
不计π电子对。
价层电子对互斥模型
新知构建
σ键电子对数的计算
σ键电子对数可由化学式确定，中心原子有几个σ键，就有几个σ键电子对。
2
3
2
4
价层电子对互斥模型
新知构建
中心原子孤电子对数的计算
表示中心原子的价电子数
孤电子对数=
2
--
1
原子数
与中心原子结合的原子最多能接受的电子数
对主族元素：a＝　　　　　　；
对于阳离子：a＝　　　　－　　　　；
对于阴离子：a＝　　　　＋　　　　。
价电子数
8﹣该原子的价电子数
最外层电子数
电荷数
价电子数
电荷数
b: H为1，
其他原子=
价层电子对互斥模型
新知构建
中心原子孤电子对数的计算
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数
H2O O
NH3 N
SO3 S
NH4+ N
CO32- C
6
5
6
5-1=4
4+2=6
2
3
3
4
3
1
1
2
1
2
2
1
0
0
0
价层电子对互斥模型
新知构建
根据价层电子对互斥模型对分子或离子的空间结构的推测
不能预测过渡金属为中心原子的分子
价层电子对互斥模型
新知构建
分子
或离子 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 VSEPR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
CO32-
CH4
2
3
4
0
1
0
直线形
四面体形
正四面体形
直线形
平面三角形
正四面体形
中心原子孤电子对为0
价层电子对互斥模型
新知构建
分子
或离子 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 VSEPR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
H2O
NH3
SO2
2
2
2
1
1
3
四面体形
四面体形
平面三角形
V 形
三角锥形
V形
中心原子孤电子对不为0
价层电子对互斥模型
交流研讨
NH4+
BF3
价层电子对数 =
σ 键数 +
2
--
1
(a-xb)
=σ 键数 +
2
--
1
(a-xb)
=3 +
2
--
1
(3-3)
=3
=σ 键数 +
2
--
1
(a-xb)
=4 +
=4
2
--
1
(5-1-4×1)
平面三角形
正四面体形
孤电子对为 0 时。VSEPR模型与分子空间结构相同
价层电子对互斥模型
交流研讨
试解释CH4键角(109°28′)、NH3键角(107°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。
CH4分子中C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1个孤电子对，H2O分子中O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用依次增大，故键角依次减小。
价层电子对互斥模型
应用评价
×
×
√
√
NH3分子中孤电子对数为1，VSEPR模型是四面体形而分子的空间结构为三角锥形
H3O＋价层电子对数为3，孤电子对数为0，空间结构为三角锥形
SO2的空间结构是V形，CO2的空间结构是直线形
正误判断：
σ 键数为4，孤电子数为O
课时小结
1. 分子结构的测定
2. 价层电子对互斥理论
红外光谱仪测定共价键、官能团类型
晶体X射线衍射仪测定晶体结构
质谱仪测定分子相对分子质量
孤电子对数=
2
--
1
价层电子对数 = σ 键电子对数 + 孤电子对数
略去 VSEPR 模型中的中心原子上的孤电子对,便可得到分子的空间结构
3. 预测分子的空间结构
随堂演练
A．同分异构体数
B．原子个数
C．化学键和官能团种类
D．有机化合物的分子式
C
√
组成有机化合物分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰，利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可以清晰地记录出不同基团的吸收峰，所以可初步判断该有机物分子拥有的化学键和官能团种类
1.利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的(　　)
随堂演练
A．CH4、CS2、BF3 B．CO2、H2O、NH3
C．C2H4、C2H2、C6H6 D．CCl4、BeCl2、PH3
C
√
CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构，所有原子可能处在同一平面上。
2.下列分子或离子的中心原子，带有一个孤电子对的是(　　)

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