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(共64张PPT)
第1课时　分子结构的测定　多样的分子空间结构　
价层电子对互斥模型
第二节　分子的空间结构
1.通过分子结构测定方法的学习,能说明分子结构测定的常用方法,能辨识简单的波谱图。2.通过典型分子空间结构的学习,认识微观结构对分子空间结构的影响,能够辨识分子结构的多样性及复杂性,能分析构成不同物质分子空间结构差异的原因。3.通过价层电子对互斥模型的探究,建立解决复杂分子结构判断的思维模型,能应用价层电子对互斥模型解释和预测分子的空间结构。
认识分子结构的测定
学习任务1
1.分子结构的测定方法
(1)早年的科学家主要靠对物质的 性质进行系统总结得出规律后推测分子的结构。
(2)如今科学家应用 、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。
化学
红外光谱
2.红外光谱的工作原理
(1)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 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,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 或 的信息。
振动频率
吸收峰
化学键
官能团
(2)示意图。
[示例] 通过此红外光谱图发现某未知物有 、 和 化学键的振动吸收,初步推测该未知物中含有的官能团为 。
O—H
C—H
C—O
羟基
3.质谱法
(1)原理。
在质谱仪中,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。分子离子和碎片离子各自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。
(2)应用:测定 。
(3)读谱:相对分子质量=最大质荷比。
分子的相对分子质量
[示例] 以甲苯为例:
由图可得,甲苯的相对分子质量为 。
92
研究有机化合物一般要经过以下几个基本步骤,每个步骤中都有一些常用的基本方法。
探究　有机化合物组成、结构的测定方法
分离提纯某有机化合物A并用化学方法测定其元素组成,确定其最简式(有机化合物分子中各原子最简整数比即为其最简式,又称实验式)为C2H6O。
问题1:用质谱仪测定有机化合物A的质谱图如图所示,据此分析A的相对分子质量,并结合其最简式确定该有机化合物的分子式。
提示:根据质荷比最大值可以确定A的相对分子质量是46;结合其最简式为C2H6O,可推知A的分子式为C2H6O。
问题2:用红外光谱仪处理有机化合物A,得到如图所示信息。推测该有机化合物A含有的化学键或官能团。通过该红外光谱图能否确认化学键或官能团的个数
提示:该物质中含有C—H、O—H、C—O,可以推测该有机化合物含有羟基官能团;不能确认化学键或官能团的个数。
问题3:核磁共振氢谱图可以获得有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们相对数目的信息。处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的位置不同,且核磁共振氢谱中吸收峰的面积与氢原子数成正比。测得A的核磁共振氢谱如图所示,推测A中有几种氢原子,各种氢原子个数之比是多少。
提示:核磁共振氢谱图中有三个峰,对应三种氢原子,峰面积之比是1∶2∶3,说明三种氢原子个数之比为1∶2∶3。
问题4:综合以上信息,写出该有机化合物A的结构简式。
提示:CH3CH2OH。
归纳拓展
分子结构的测定的常用方法比较
方法 原理 应用
红外光
谱图 不同的化学键或官能团吸收频率不同,在红外光谱图中将处于不同的位置,从而获得分子中含有何种化学键或官能团的信息 推知有机物中含有哪些化学键、官能团
质谱法 质谱图中质荷比最大值就是样品分子的相对分子质量(质荷比:指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值) 推知相对分子质量
1.如图是有机化合物X的质谱图,则X的相对分子质量是(　　)
A.29 B.43
C.57 D.72
D
【解析】 由有机化合物X的质谱图可以看出,最大质荷比为72,故X的相对分子质量为72。
2.如图是一种分子式为C4H8O2的有机化合物的红外光谱图,则该有机化合物可能为(　　)
A.CH3COOCH2CH3
B.CH3CH2CH2COOH
C.HCOOCH2CH2CH3
D.(CH3)2CHCH2COOH
A
　认识多样的分子空间结构
学习任务2
多原子分子中存在原子的几何学关系和形状,即分子的空间结构。
180°
直线形
V形
120°
平面三角形
三角锥形
109°28′
正四面体形
观察下列几种简单的分子的空间结构模型。
探究　分子的空间结构及相关因素
提示:H2S的空间结构是V形,CO2的空间结构是直线形。
问题2:CH3Cl分子是正四面体形结构吗
提示:C—H的键长与C—Cl的键长不同,所以CH3Cl是四面体形,但不是正四面体形。
问题3:空间结构相同的分子,其键角完全相同吗
提示:不一定,如P4和CH4均为正四面体形,但P4的键角是60°,CH4的键角为109°28′。
问题4:NH3与BF3分子组成相似,但NH3是三角锥形,而BF3是平面三角形,试写出这两种分子的电子式,并结合以上分析总结分子的空间结构与哪些因素有关。
分子的空间结构与键角的关系
归纳拓展
分子类型 键角 空间结构 实例
AB2 180° 直线形 CO2、BeCl2、CS2
<180° V形 H2O、H2S
AB3 120° 平面三角形 BF3、BCl3
<120° 三角锥形 NH3、PH3
AB4 109°28′ 正四面体形 CH4、CCl4
1.下列分子的球棍模型正确的是(　　)
D
【解析】 CO2是直线形分子,A错误;PH3是三角锥形分子,B错误;H2S是V形分子,C错误。
2.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(　　)
A.键角为180°的分子,空间结构是直线形
B.键角为120°的分子,空间结构是平面三角形
C.键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形
D.键角为90°～109°28′之间的分子,空间结构可能是V形
B
【解析】 键角为180°的分子,空间结构是直线形,例如CO2分子是直线形分子,A正确;苯分子的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B错误;白磷分子的键角为60°,空间结构为正四面体形,C正确;水分子的键角为105°,空间结构为V形,D正确。
探究价层电子对互斥模型
学习任务3
1.价层电子对互斥模型
(1)模型要点:分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互 的结果。
(2)价层电子对:VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的 和中心原子上的 。
排斥
σ键电子对
孤电子对
(3)价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)。
直线形
平面三角形
正四面体形
2.价层电子对数的确定方法
(1)方法图示。
6
5-1=4
4+|-2|=6
3
4
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=8-该原子的价电子数(如下表)。
元素 H、卤族元素
(F、Cl、Br、I) 氧族元素
(O、S等) 氮族元素
(N、P等)
b
1
2
3
3.应用VSEPR模型对分子或离子的空间结构的推测
(2)示例。
分子或
离子 孤电子
对数 价层电
子对数 VSEPR
模型名称 分子或离子
的空间结
构名称
CO2
SO2
0
2
直线形
直线形
1
3
平面三角形
V形
0
3
平面三角形
平面三角形
2
4
四面体形
V形
1
4
四面体形
三角锥形
0
4
正四面体形
正四面体形
1940年,希吉维克和坡维尔在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型,用以预测简单分子或离子的空间结构。这种理论模型后经吉列斯比和尼霍尔姆在20世纪50年代加以发展,定名为价层电子对互斥模型,简称VSEPR模型。
探究　利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构
问题1:BF3和PCl3的分子组成相似,其分子空间结构是否相同
提示:两者分子空间结构不同,BF3的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形,分子空间结构为平面三角形;PCl3的价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形,分子空间结构为三角锥形。
问题2:CH4(键角为109°28′)、NH3(键角为107°)、H2O(键角为105°)的VSEPR模型相同,但键角不同,试分析这三种分子键角差异的原因。
提示:CH4分子中碳原子4个价电子全部参与成键,无孤电子对,NH3分子中氮原子价层电子对数为4,孤电子对数为1,H2O分子中氧原子价层电子对数为4,孤电子对数为2,孤电子对与成键电子对之间的排斥作用依次增大,故键角依次减小。
提示:①为四面体结构,②为平面三角形,③为V形。
1.价层电子对数的计算方法
(1)结构分析法。
归纳拓展
归纳拓展
归纳拓展
(1)若ABn型分子中,A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成,则价层电子对互斥模型把双键或三键作为一个电子对看待。
(2)价层电子对之间的斥力。
①电子对之间的夹角越小,斥力越大。
②分子中电子对之间的斥力大小顺序: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增大,键角减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。
归纳拓展
③由于三键、双键比单键包含的电子多,所以斥力大小顺序:三键>双键>单键。
3.确定分子的空间结构
(1)若中心原子没有孤电子对,则VSEPR模型与分子空间结构一致。
(2)若中心原子有孤电子对,根据孤电子对与成键电子对相互排斥规律: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键角减小。如CH4、NH3和H2O的键角依次减小。
题点一　VSEPR模型的理解辨析
1.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述不正确的是(　　)
A.VSEPR模型可用来预测分子的立体结构
B.分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构
C.分子中键角越大,价层电子对相互排斥力越小,分子越稳定
D.中心原子上的孤电子对不参与互相排斥
D
【解析】 价层电子对互斥模型可用来预测分子的立体结构,故A正确;空间结构与价层电子对相互排斥有关,因此分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构,故B正确;分子中键角越大,价层电子对相互排斥力越小,分子越稳定,故C正确;中心原子上的孤电子对参与相互排斥,故D错误。
2.计算下列中心原子的价层电子对数。
(1)SCl2中的中心原子的价层电子对数是　　　　。
4
3
(3)PCl5中的中心原子的价层电子对数是　 。
5
题点二　利用VSEPR模型预测分子的空间结构
3.用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角大小。下列判断正确的是(　　)
A.SO2、CO2都是直线形的分子
B.H2O键角为120°,O3键角为180°
C.BF3和PCl3都是三角锥形的分子
D
4.下列分子或离子中,键角由大到小排列正确的是(　　)
A.⑤④①②③ B.⑤①④②③
C.④①②⑤③ D.③②④①⑤
A
利用价层电子对互斥模型判断分子
或离子的空间结构的思维流程
思维建模
知识整合
短周期元素D、E、X、Y、Z的原子序数逐渐增大,它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、V形、直线形。回答下列问题。
(1)Z的氢化物的结构式为　　　　,HZO的中心原子的价层电子对数的计算式为　　　　　　　　　　　,该分子的空间结构为　　　　　　　。
H—Cl　
V形
(2)Y的价层电子排布式为　　　 　 ,Y的最高价氧化物的VSEPR模型为　　　　　　　。
3s23p4
平面三角形
【解析】 (2)SO3中硫原子的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形。
(3)X与Z形成的最简单化合物的化学式是　　　 　,该分子中的键角是　　　 　。
SiCl4
109°28′
【解析】 (3)SiCl4是正四面体形结构,键角为109°28′。
【解析】 (4)CH4、NH3的中心原子的价层电子对数均为4,分子空间结构不同的根本原因是NH3中有孤电子对而CH4中没有,分子空间结构与元素的非金属性强弱无关。故选c。
(4)D、E的最简单氢化物的分子空间结构分别是正四面体形与三角锥形,这是因为　　　　(填字母)。
a.两种分子的中心原子的价层电子对数不同
b.D、E的非金属性不同
c.E的最简单氢化物分子中有一个孤电子对,而D的最简单氢化物分子中没有
c
命题解密与解题指导
情境解读:以物质推断为载体考查分子(离子)组成特点、VSEPR模型及其与空间结构的关系。
素养立意:通过对分子组成的分析,应用VSEPR模型预测、判断分子空间结构以及分子结构测定等的考查,培养证据推理与模型认知素养。
思考点拨:首先,推出元素,再根据题目信息确定具体的粒子组成;然后,以熟悉的粒子的空间结构为依据或直接应用VSEPR模型,判断粒子的空间结构,同时要注意键角的影响。

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