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第二章　分子结构与性质
第二节　分子的空间结构
第1课时　分子结构的测定
价层电子对互斥模型
课程标准 核心素养目标
1.知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。
2．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。 1.证据推理与模型认知：能运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构，发展学生的模型认知能力。
2．科学探究与创新意识：结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，体会共价分子的多样性和复杂性。能借助实物模型等建立对分子的空间结构的直观认识。
一、分子结构的测定
1．测定分子结构的现代仪器和方法
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。
振动
2．红外光谱
(1)基本原理
分子中的原子不是固定不动的，而是不断地______着的。当一束红外线透过分子时，分子会吸收与它的某些化学键的____________相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。
(2)具体应用
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
化学键
官能团
3．用质谱法测定分子的相对分子质量
(1)基本原理
在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的___________和__________等粒子，由于生成的离子具有不同的____________，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)具体应用
在质谱图中，最右侧分子离子的______质荷比(粒子的相对质量与其电荷数之比)对应该物质的__________________。
分子离子
碎片离子
相对质量
最大
相对分子质量
二、多样的分子空间结构
1．分子的空间结构
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______和______，这就是分子的空间结构。
关系
形状
2．常见多原子分子的空间结构
180°
平面三角形
三角锥形
109°28′
三、价层电子对互斥模型
1．基本要点
(1)价层电子对互斥模型认为，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)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____________。多重键只计其中的_____电子对，不计_____电子对。
排斥
σ键电子对
孤电子对
σ键
π键
2．中心原子的价层电子对数的计算
(1)计算方法
中心原子的价层电子对数＝_____电子对数＋_______________。
(2)确定σ键电子对数
σ键电子对数可由化学式确定，σ键电子对数等于与中心原子成键的_________。例如，SO3的中心S原子与3个O原子成键，则S有__个σ键电子对。
σ键
孤电子对数
原子数
3
价电子数
最外层
原子数
电子数
价电子数
3．根据价层电子对互斥模型判断分子(或离子)的空间结构
(1)确定VSEPR模型的空间结构
根据分子中心原子的价层电子对的相互排斥，得到含有____________的分子的VSEPR模型。为使价层电子对之间的斥力最小，就要求尽可能采取对称的结构。
孤电子对
直线形
平面三
角形
四面
体形
(2)确定分子(或离子)的空间结构
略去VSEPR模型中的中心原子上的____________，便可得到分子(或离子)的空间结构。
孤电子对
直线形
平面三
角形
平面三
角形
平面三
角形
V形
四面体
形
正四面
体形
四面体
形
三角锥
形
V形
◆拓展延伸
红外光谱及其应用
(1)在鉴定有机化合物结构中，红外光谱法是一种重要的方法，它可以确定有机物中存在的官能团，也可以用来推测物质的纯度。
(2)分子中的原子总是处在不断地振动中，当分子中某个基团的振动频率和外界红外辐射频率一致时，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。将分子吸收红外光的情况用仪器记录就得到该试样的红外吸收光谱图。
◆名师点拨
从分子的组成看空间结构
(1)双原子分子一定是直线形，如H2、HCl等。
(2)三原子分子有直线形(如CO2)和V形(如H2O)两种不同的空间结构。
(3)大多数四原子分子采取平面三角形(如CH2O)和三角锥形(如NH3)两种空间结构。
(4)有些四原子分子是直线形，如HC≡CH(乙炔)，键角为180°。
(5)有些四原子分子是正四面体形，如P4(白磷)分子的空间结构如下图所示，键角为60°。
◆名师点拨
价层电子对互斥模型的理解
(1)分子中的中心原子的价层电子对——σ键电子对(bp)和孤电子对(lp)由于相互排斥作用，处于不同的空间取向，尽可能趋于彼此远离，以减小排斥作用。
(2)两个原子间的成键电子不论是单键还是多重键，都看作一个空间取向；一个孤电子对看作一个空间取向。
◆名师点拨
VSEPR模型和分子的空间结构的关系
(1)VSEPR模型由于价层电子对的相互排斥，得到的含有孤电子对的分子的空间结构模型，并不一定与分子的空间结构相一致。
(2)若中心原子上的孤电子对数为0，则VSEPR模型与分子的空间结构一致。
(3)若中心原子上的孤电子对数不等于0，则VSEPR模型与分子的空间结构不一致，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，便得到分子的空间结构。
√
×
√
×
探究一__应用价层电子对互斥模型预测分子(或离子)的空间结构

为研究CH4、NH3和H2O的空间结构，某小组同学制作了它们的气球模型(如图所示)：
在CH4的气球模型中，将4个颜色相同的气球充气成为相同大小，系在一个中心上。在NH3和H2O的气球模型中，一种颜色的小气球代表σ键电子对，另一种颜色的大气球代表孤电子对。
相比之下，孤电子对较“胖”一些，占据较大的空间，而σ键电子对较“瘦”，占据较小的空间。
运用价层电子对互斥模型预测分子(或离子)空间结构的技巧
(1)利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构解题思路
(2)判断方法技巧
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对电子对看待。
②电子对之间的夹角越大，排斥力越小。例如：CO2分子中价层电子对数为2，为了保证排斥力最小，在空间上，夹角为180°，又如BF3分子中价层电子对数为3，为了保证排斥力最小，在空间上，夹角为120°。
【例1】 根据价层电子对互斥模型判断，下列分子或离子的VSEPR模型及空间结构正确的是 (　　　)
B
解析：
解析：
1．下列分子的VSEPR模型为四面体形且其空间结构为V形的是 (　　　)
A.SO2 B．CO2
C.H2O D．NH3
C
解析：
SO2中硫原子有2个σ键电子对和1个孤电子对，其价层电子对数为3，则SO2的VSEPR模型为平面三角形，其空间结构为V形，A错误；CO2中C的价层电子对数为2，则CO2的VSEPR模型和空间结构均为直线形，B错误；H2O中氧原子有2个σ键电子对和2个孤电子对，则其价层电子对数为4，H2O的VSEPR模型为四面体形，其空间结构为V形，C正确；NH3中氮原子的价层电子对数为4，则NH3的VSEPR模型为四面体形，其空间结构为三角锥形，D错误。
D
解析：
探究二__应用价层电子对互斥模型比较键角的大小

根据价层电子对互斥模型，“价层电子对相互排斥而尽量远离”，中心原子上的价层电子对间排斥力不同，其键角可能不同，而中心原子的电负性、孤电子对数、成键原子的电负性等都影响中心原子上价层电子对之间的排斥力。
[问题设计]
(1)确定H2S、PH3和SiH4分子中心原子的价层电子对数和孤电子对数，结合价层电子对间的排斥作用比较其键角大小。
提示：键角：H2S＜PH3＜SiH4；H2S、PH3和SiH4分子中心原子的价层电子对数均为4，含有孤电子对数分别为2、1、0，中心原子的孤电子对数越多，排斥力越大，键角越小。
(2)结合价层电子对互斥模型及中心原子的电负性，比较H2O、H2S和H2Se的键角大小。
提示：键角：H2O＞H2S＞H2Se；三种分子的中心原子价层电子对数均为4，均含1个孤电子对，由于电负性：O＞S＞Se，则σ键电子对偏向中心原子的程度：O—H＞S—H＞Se—H，而σ键电子对越偏向中心原子，排斥力越大，键角越大。
(3)结合价层电子对互斥模型及成键原子的电负性，比较NF3、NCl3和NBr3的键角大小。
提示：键角：NF3＜NCl3＜NBr3；三种分子的中心原子价层电子对数均为4，均含1个孤电子对，电负性：F＞Cl＞Br，则σ键电子对偏向中心原子的程度：N—F＜N—Cl＜N—Br，σ键电子对越偏离中心原子，排斥力越小，键角越小。
1．价层电子对之间的排斥作用及分析
(1)当中心原子的价层电子对包含孤电子对，且成键电子对中也有多重键时，它们之间的斥力不同，会对分子的空间结构产生影响。
(2)通常，多重键、成键电子对与孤电子对的斥力大小顺序可定性地表示为三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键。
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．运用价层电子对互斥模型比较键角的基本方法
A
解析：
C
解析：
4．下列判断正确的是 (　　　)
A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B．BF3的键角为120°，SnBr2的键角大于120°
C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形分子
D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子
C
解析：
1．下列有关分子结构的测定的叙述不正确的是 (　　　)
A．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推测分子的结构
B．红外光谱属于原子光谱中的吸收光谱，可测定分子中含有化学键或官能团的信息
C．化学家依据质谱图中最大质荷比推测待测物质的相对分子质量
D．当红外光束透过分子时，分子会吸收与其某些化学键的振动频率相同的红外线
B　
解析：
原子光谱是原子中电子在不同能级轨道上跃迁时吸收或释放能量所得到的光谱，红外光谱不是原子光谱，属于分子光谱，B错误；红外光束透过分子时，分子会吸收与其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，D正确。
D　
解析：
3．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模型可用来推测分子的空间结构
B．VSEPR模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子
C.中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥
D．分子中键角越大，价层电子对相互排斥力越大，分子越稳定
D　
解析：
VSEPR模型可用来推测分子的空间结构，注意实际空间结构要略去孤电子对，A正确；VSEPR模型可用于推测简单分子的空间结构，不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子，B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间排斥力＞孤电子对与σ键电子对间的排斥力，C正确；分子的稳定性与键角没有关系，与化学键强弱有关，D错误。
C　
解析：

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