资源简介

(共60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
素养 目标定位
目标素养
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。形成证据推理与模型认知的化学学科核心素养
2.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。形成宏观辨识与微观探析、科学探究与创新意识的化学学科核心素养
知识概览
课前 基础认知
分子结构的测定
1.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结构。
如今,科学家应用　红外光谱　、　晶体X射线衍射　等现代仪器和方法测定分子结构。
2.红外光谱仪的工作原理。
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,通过和已有谱图库对比,或通过量子化学计算,得知　化学键　或官能团的信息。
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,对这些峰进行分析可得知样品分子的　相对分子质量　。
(2)认识质谱图。
微解读 质谱图中,根据分子离子的质荷比可以确定分子的相对分子质量,根据碎片离子的质荷比可以获得分子结构的部分信息。
微训练1
1[高考链接]1.(2025安徽卷)以下研究文物的方法达不到目的的是(　　)。
A.用14C断代法测定竹简的年代
B.用X射线衍射法分析玉器的晶体结构
C.用原子光谱法鉴定漆器表层的元素种类
D.用红外光谱法测定古酒中有机分子的相对分子质量
答案:D
2.利用质谱仪测定某物质的相对分子质量,所得质谱图如下,由此确定该物质的相对分子质量为(　　)。
　　　　　　　　　　　　　　　　

A.15 B.29
C.40 D.44
答案:D
二、多样的分子空间结构
1.常见分子的空间结构。
2.一些分子的空间结构模型。
分子空间结构与其稳定性有关。如S8的空间结构为　皇冠　式时稳定;　椅　式C6H12比　船　式C6H12稳定。
微训练2 (2020天津南开期末)下列分子的空间结构为V形的是(　　)。
A.CO2 B.H2
C.H2O D.CH4
答案:C
三、价层电子对互斥模型
1.价层电子对互斥模型。
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。
2.中心原子上价层电子对的计算。
(1)价层电子对包括: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　。
(2)计算。
①σ键电子对的计算。
可由化学式确定,即中心原子形成几个σ键,就有几个σ键电子对。如H2O分子中,O有　2　个σ键电子对;NH3分子中,N有　3　个σ键电子对。
②中心原子上的孤电子对的计算。
中心原子上的孤电子对数=
a.a表示中心原子的　价电子数　。
对于主族元素:a=　原子的最外层电子数　。
对于阳离子:a=　中心原子的价电子数　-　离子的电荷数 。
对于阴离子:
a=　中心原子的价电子数　+　离子的电荷数(绝对值)　。
b.x表示　与中心原子结合的原子数　。
c.b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　。
(3)几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数。
3.VSEPR模型与分子或离子的空间结构。
σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数→VSEPR模型
分子或离子的空间结构。
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。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。
微思考 AB4型微粒的空间结构可能有哪些
提示:可能有正四面体形、平面正方形、四角锥形等。
微训练3
1.H2O2的结构式为H—O—O—H,下列有关H2O2的说法正确的是(　　)。
A.是直线形分子
B.所有键角均为180°
C.氧原子有1个孤电子对
D.氧原子的价层电子对数为4
答案:D
2.H2O的中心原子是　　　　,有　　　　个孤电子对,有
　　个σ键电子对,中心原子的价层电子对数等于　　　　,它们相互排斥形成　　　　　形VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对,因而H2O分子呈　　　形。
答案:O　2　2　4　四面体　V
课堂 重难突破
问题探究
距今40亿年前,地球遭受小行星、彗星等天体持续不断的大规模撞击,地球的地壳发生了剧烈的变化,许多气体从火山口释放出来,构成了原始大气。根据科学家们的推断,原始大气的主要成分有氨气、氢气、甲烷、水蒸气、硫化氢、二氧化碳等气体,没有氧气。
(1)硫化氢分子的结构式为H—S—H,键角约为92°,试描述H2S分子的空间结构。
提示:V形。
(2)水分子的结构与硫化氢分子相似,试比较两者键角的大小。
提示:H—O—H的键角大于H—S—H的键角。
(3)科学家研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3,其分子结构与氨分子相似,分子中N—N—N的键角都是108.1°。试推测该分子中四个氮原子围成的空间结构。
提示:四个氮原子围成的空间结构是三角锥形。
归纳总结
1.分子(或离子)的空间结构与键角关系的一般规律。
分子(或离子)类型 键角 空间结构 实例
AB2 180° 直线形 CO2、BeCl2、HCN
<180° V形 H2O、SO2
AB3 120° 平面三角形 CH2O、BF3、SO3
<120° 三角锥形 NH3、H3O+
AB4 109°28' 正四面体形 CH4、CCl4
2.典型有机化合物分子的空间结构:C2H4、苯(C6H6)、CH2==CH—CH==CH2(1,3-丁二烯)、CH2O(甲醛)等都是平面形分子;C2H2为直线形分子。
3.依据元素周期表中位置关系推测空间结构相似的分子,如CO2与CS2、H2O与H2S、NH3与PH3、CH4与CCl4等;CH4和CCl4都是五原子正四面体形结构,CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面体形结构但不是正四面体形结构,而白磷是四原子正四面体形结构,它与CH4等五原子正四面体形结构中原子的空间分布、键角是不同的(P4分子中的键角为60°)。
4.分子(或离子)的空间结构不同的原因:共价键的方向性与饱和性,由此导致共价键的键长、键角不同。
典型例题
【例1】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
答案:B
解析:键角为180°的分子,空间结构是直线形,例如CO2是直线形分子,A项正确。苯的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B项错误。白磷的键角为60°,空间结构为正四面体形,C项正确。水的键角为105°,空间结构为V形,D项正确。
【例2】 下列分子的空间结构模型正确的是(　　)。
答案:D
解析:CO2的空间结构为直线形,A项错误。H2O的空间结构为V形,B项错误。NH3的空间结构为三角锥形,C项错误。CH4的空间结构为正四面体形,D项正确。
问题探究
分子中中心原子上的价层电子对(包括成键电子对和孤电子对)间由于相互排斥作用,尽可能彼此远离。电子对之间的夹角越大,相互之间的斥力越小。如图所示。
(1)仔细观察上图,依次描述图中分子的价层电子对互斥模型与分子的空间结构。
提示:从左到右,分子的价层电子对互斥模型分别为直线形、平面三角形、四面体形、三角双锥形、八面体形;分子的空间结构分别为直线形、V形、四面体形、三角锥形、四角锥形。
(2)价层电子对互斥模型与分子的空间结构是否一致 在什么情况下两者一致
提示:不一定一致。分子的空间结构实质是中心原子成键电子对的空间结构。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对,当中心原子上无孤电子对时,两者一致;当中心原子上有孤电子对时,两者不一致。图中从左数第2、4、5三种不一致。
(3)对于乙醇和乙酸,同样可以用“价电子对相互排斥而尽量远离”的原则快捷地判断它们分子的空间结构。
①根据图示,结合价层电子对互斥模型分析乙醇分子中C—O—H的空间结构。
提示:在乙醇分子中,羟基上的氧原子有两个σ键电子对和两个孤电子对,价层电子对共有四个空间取向,氧原子的价层电子对相互排斥而远离,呈四面体形,因此C—O—H呈V形。
②根据图示,结合价层电子对互斥模型分析乙酸分子中
的空间结构。
提示:在乙酸分子中, 的中心原子碳原子的价层电子对均为σ键电子对,没有孤电子对,共有三个空间取向,相互排斥而远离,使 呈平面三角形。
归纳总结
1.价层电子对互斥模型要点。
(1)对于ABn型分子,分子的空间结构主要取决于中心原子A的价层电子对的相互排斥。价层电子对数=σ键电子对数+中心原子的孤电子对数。
(2)中心原子的价层电子对数和分子的空间结构的关系。
价层电子对数 2 3 4 5 6
分子的空间结构 直线形 平面三角形 正四面体形 三角双锥 正八面体形
2.利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构的基本思路。
3.(1)若ABn型分子中,A与B之间通过两对或三对电子结合而成(即形成双键或三键),则价层电子对互斥模型只计为一个σ键电子对看待。
(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。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。
【例2】下列关于表中所列四种粒子的各项描述完全正确的一项是(　　)。
答案:C
易错警示
用价层电子对互斥模型推测分子或离子空间结构时的常见错误: (1)计算阴、阳离子的中心原子上的价层电子对数时未考虑离子所带电荷而计算错误。 (2)由电子式或结构式判断中心原子上的价层电子对数时未将双键或三键当作一个价层电子对计算。
(3)不能准确区分和判断中心原子上的孤电子对和成键电子对。判断ABn型分子中心原子上的孤电子对数的简单方法为孤电子对数=价层电子对数-n。 (4)误将VSEPR模型当作分子或离子的空间结构。 (5)错误地利用相似性规律判断分子或离子的空间结构。
成果验收站
1.TBC的一种标准谱图如图所示,它是(　　)。
A.核磁共振氢谱 B.质谱
C.红外光谱 D.核磁共振碳谱
答案:C
2.根据价层电子对互斥模型,下列分子或者离子的空间结构不是三角锥形的是(　　)。
A.PCl3 B.H3O+
C.HCHO D.PH3
答案:C
3.下列叙述中正确的是(　　)。
A.NH3中N处在3个H所组成的三角形的中心
B.CCl4中C处在4个Cl所组成的正方形的中心
C.H2O中O处在2个H所连成的直线的中央
D.CO2中C处在2个O所连成的直线的中央
答案:D
4.下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是(　　)。
A.CH4、CS2、BF3
B.CO2、H2O、NH3
C.C2H4、C2H2、C6H6
D.CCl4、BeCl2、PH3
答案:C
6.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是(　　)。
A.VSEPR模型可用来预测分子的空间结构
B.分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构
C.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相互排斥
D.分子中键角越大,价层电子对间的相互排斥力越大,分子越稳定
答案:D
10.下列判断正确的是(　　)。
A.SO2、CS2、HI都是直线形的分子
B.BF3键角为120°,NH3键角大于120°
C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子
答案:C
正四面体形
直线形
BF3
NF3
CF4
①④②⑤③

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