2.2分子的空间结构-2023-2024学年高二化学同步教学讲义（人教版2019选择性必修2）

第二节 分子的空间结构 知识解读·必须会 知识点一 分子结构的测定 1.红外光谱 （1）作用 根据红外光谱图可以初步判断有机物中含有的化学键或官能团的种类。 （2）原理 在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外线的振动频率相同。所以当用红外线照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置，从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。 例如，从某未知物A(C2H6O）的红外光谱图（如图所示）上发现有O—H键、C—H键和C—O键的振动吸收。因此，可以初步推测该未知物是含羟基的化合物。 2.相对分子质量的测定——质谱法 （1)质荷比：分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值。 （2）原理：用高能电子流等轰击样品分子，使该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，它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量的不同而先后有别，其结果被记录为质谱图。 例如，图甲是乙醇（CH3CH2OH）的质谱图，从图中可看出乙醇的相对分子质量为46；图乙是丙酸（CH3CH2COOH）的质谱图，从图中可看出丙酸的相对分子质量为74。 知识点二 多样的分子空间结构 1.常见多原子分子的结构和空间结构 分子类型 化学式 空间结构 结构式 键角 空间填充模型 球棍模型 三原子分子 CO2 直线形 O==C==O 180° H2O V形 105° 四原子分子 CH2O 平面三角形 约120° NH3 三角锥形 107° 五原子分子 CH4 正四面体形 109°28′ 2.其他多原子分子的空间结构 多原子分子的空间结构形形色色，异彩纷呈。如 P4O6、P4O10、C6H12（环己烷）、白磷（P4，正四面体形）、S8、SF6（正八面体形）、C60（“足球”状分子，由平面正五边形和正六边形组成）的空间结构如图所示。 知识点三 价层电子对互斥模型 1.价层电子对互斥模型的基本观点 （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键电子对和中心原子上的孤电子对（未形成共价键的电子对）。 （2）分子中的价层电子对由于排斥力作用而趋向于尽可能远离以减小排斥力，分子尽可能采取对称的空间结构。电子对之间的夹角越大，排斥力越小。 2.中心原子上的价层电子对数计算 （1）中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。 （2） σ键电子对数的计算 由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中，O有2对σ键电子对。NH3分子中， N有3对σ键电子对。 （3）中心原子上的孤电子对数的计算：中心原子上的孤电子对数＝(a－xb) ①a表示中心原子的价电子数 ②x表示与中心原子结合的原子数。 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。 几种分子或离子的中心原子上的价层电子对数 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 价层电子对数 SO2 S 6 2 2 1 3 H2O O 6 2 1 2 4 NH3 N 5 3 1 1 4 NH4+ N 4 4 1 0 4 CO32- C 6 3 2 0 3 3.根据价层电子对互斥模型判断分子的空间结构 （1）对于ABn型分子，利用VSEPR模型预测分子空间结构的思路： 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。 常见分子(或离子)的VSEPR模型和分子(或离子)的空间结构如下： 分子或离子 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子(或离子)的空间结构及名称 CO2 2 0 CO 3 0 CH4 4 0 NH3 3 1 H2O 2 2 SO2 2 1 （2）对于ABn型分子的中心原子上的价电子都用于形成共价键时（如CO2、CH4分子中的碳原子），它们的空间结构也可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下： ABn 空间结构 中心原子杂化轨道类型 n=2 直线形 CO2、BeCl2 n=3 平面三角形 BCl3、BF3 n=4 正四面体形 CH4、CCl4 知识点四 杂化轨道理论 1.杂化轨道理论 杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。 （1)轨道的