2.2.1 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-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019）

化学选择性必修2课堂学案 第二节分子的空间结构 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 答案解析P1 目标导航 知识导图] [课程标准] 红外光谱法：分子结构 1.知道分子的结构可以通过波谱等技术进行 分子结构测定方法 质谱法：相对分子质量 测定。 分子的空间构型 2.结合实例了解共价分子具有特定的空问结构， 分子的空间价层电子对，中心原子上价层电子对数的计算 构 并能利用相关理论解释简单的共价分子的空 结构理论 互斥理论 分子（或离子）空间结构的判断 间结构。 课前·教材预案 川知识点1分子结构的测定 2.相对分子质量的测定一质谱法 1.分子结构的测定一红外光谱 在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的 当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的 分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离 某些化学键的可 相同的红外线， 子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速 再记录到谱图上呈现吸收峰。通过和已有谱 后，通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上 图库比对，或通过量子化学计算，可分析出分 呈现一系列峰。其中质荷比（粒子的④ 子中含有何种 或③ 与其圆 的比值)最大值即为 的信息。 该物质的相对分子质量。 川川知识点2多样的分子空间结构 分子类型 化学式 电子式 结构式 键角 分子立体构型 CO 固 a 180 ☒ 三原子 0 分子 HO 回 105 HH 四 H CHO 团 0-C 约120° 四原子 H 分子 N NH ☒ 107 五原子 CH 国 分子 ·36· 第二章分子结构与性质 川知识点3价层电子对互斥模型 分子或中心原子上的 VSEPR模分子或离子的空 1.价层电子对互斥理论 离子 价层电子对数 型及名称 间结构及名称 价层电子对互斥模型(VSEPR model)认为，分 子的空间结构是中心原子周围的“价层电子 CH 國 o8 对”圆 的结果。“价层电子对”是 正四面体形 正四面体形 指分子中中心原子与结合原子间的回 (2)中心原子上有孤电子对的分子 和中心原子上的网 多 中心原子中心原子 分子的 VSEPR模 重键只计其中的囫 电子对，不计四 分子 上的价层 上的孤电 空间结构 型及名称 电子对数 子对数 及名称 电子对 2.价层电子对的确定方法 孤电子对 NH 价 σ键地子刈数+纱个：键1树地子刈 三角锥形 电子 四面体形 中心原子上的抓单子刻数 (a-xb) HO oOo (1)a为中心原子的价电子数 00 V形 四面体形 ①对主族元素：a-圆 ②对于阳离子：双=中心原子的价电子数画 ☒ o ~Qo 离子电荷数。 V形 平面三角形 ③对于阴离子：a=中心原子的价电子数陋 I自主测评 离子电荷数。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (2)x为与中心原子结合的四 (1)CHC2分子只有一种，可说明CH的空间 (3)b为与中心原子结合的原子最多能接受的 结构为正四面体形。 () ☑ ,氢为四 ,其他原子为四 (2)分子的VSEPR模型和相应分子的立体构 型是相同的。 () 3.VSEPR模型的两种类型 (3)根据价层电子对互斥理论，HO的立体构 (1)中心原子上的价电子都用于形成共价键的 型为平面正三角形 () 分子 (4)SO2分子与CO2分子的组成相似，故它们 都是直线形分子。 分子或中心原子上的 VSEPR模 分子或离子的空 离子 价层电子对数 型及名称 间结构及名称 名师提醒 (1)分子组成相似的分子空间结构不一定相 CO 配 0-○-0 0-0-0 直线形 直线形 同，如S02和C02。 (2)价层电子对数相同的分子，空间结构不 CO 团 定相同，如CH、NH和HO价层电子对数 平面三角形 平面三角形 相同，而空间结构不同。 ·37· 化学选择性必修2课堂学案 课堂·深度拓展川 I川探究点1VSPR模型判断分子的空间构型 电荷数，如NH,m=5+1X4一1=4若为阴 2 互动探究 离子，则加上电荷数.如S0,m=6十=4. 2 L.同为三原子分子，为什么CO2呈直线形而 HO呈V形？ (2)确定VSEPR模型 =2 直线形 VSEPR摸型 m=3 平而二角形 m=4 止四面体形 2.价层电子对的空间结构与分子的空间结构一 (3)确定分子或离子的空间结构 定相同吗？二者之间有何规律存在？ ①若中心原子无孤电子对，则分子或离子的空 间结构同VSEPR模型。 ②若中心原子有孤电子对，则分子或离子的空 间结构为略去中心原子孤电子对后的。键电 深度拓展 子对的空间结构。 3.AB.型分子或离子价层电子对数和价层电子对 L.VSEPR理论的基本要点 空间结构的关系 (1)在AB,型分子中，中心原子A周围配置的 原子或原子团的几何构型，主要取决于中心原 价层电 VSEPR 孤电子 成键电 分子或离子 子价电子层中电子对（包括成键电子对和未成 子对数 模型名称 对数 子对数空间结构名称 键的孤电子对)的互相排斥作用最小的结构。 2 直线形 0 直线形 (2)若AB型分子中，A与B之间通过两对或 3 平面三角形 0 3 平面三角形 三对电子（即通过双键或三键）结合而成，则价 3 平面三角形 2 V形 层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电 四面体形 0 四面体形 子对看待。 2.利用VSEPR模型确定粒子立体构型的步骤 四面体形 三角锥形 (1)确定中心原子价层电子对数 四面体形 2 2 V形 AB,型分子的价层电子对数 【例题1】用价层电子对互斥理论完成下列问题 m=)(A原子的价电子数+B原子提供的价 (点“·”的原子为中心原子)。 电子总数士电荷数) 分子或 o键电 中心原子上的 分子或离子的 离子 子对数 孤电子对数 空间结构名称 [或m=o键电子对数+号(a一b] H.Se 利用上式计算A原子价层电子对数时，需 注意： BCls ①氧族元素的原子作为中心原子A时提供6 个价电子，作为配位原子B时不提供价电子。 ②卤素原子作为中心原子A时提供7个价电 子，作为配位原子B时提供1个价电子。 S ③若为分子，电荷数为0：若为阳离子，则减去 ·38· 第二章分子结构与性质 思维导引：两个原子间只能形成一条σ键，根 分别是0、1、2，故键角大小顺序为CH> 据化学式确定中心原子的价层电子对数和孤 NH>HO,图示如下： 电子对数。 【变式1】(1)利用VSEPR模型推测分子或离子 的空间结构。 H,1028 NIT.107 H0105 (1)C1O: ;AIBr(共价分子)： (2)双键之间的斥力>双键与单键之间的 0 斥力>单键之间的斥力。 (2)有两种活性反应中间体，它们的粒子中均 例如：SOCL2的VSEPR模型为四面体形，因 含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面 S一O是双键，SC1是单键，依据斥力的大小 给出的这两种粒子的结构，写出相应的化 顺序判断： 学式： “∠0-S0”>109°28 “∠C1-SCI”<“∠0-SC1”<10928 (3)斥力大小顺序：xw一xw>xw一x>x,一x (其中x代表配位原子的电负性，下标w为弱， (3)按要求写出由第二周期非金属元素的原 s为强) 子构成的中性分子的化学式。 例如：SOF2中“∠F一S—F”为98°，而SO2C 平面三角形分子： :三角锥形分子： 中“∠C1一SC1”为102°，后者键角较大的原 ;正四面体形分子： I|探究点2 VSEPR理论对键角的影响 因就是CI的电负性小于F,C1一S一CI中价层 电子对的斥力大于F一S一F中价层电子对的 I互动探究 斥力，故SOC2分子中键角大。 3.为什么HO分子的键角既不是90°，也不是 【例题2】利用价层电子对互斥理论推断键角的 109°28'，而是105°？ 大小： (1)甲醛中HC-H的键角 120° (填“>”“<”或“一”，下同)。 (2)SnBr2分子中Br一Sn一Br的键角 深度拓展 120。 价层电子对之间相互排斥作用大小顺序 (3)PC1分子中，C一P-C1的键角 (1)电子对斥力大小的顺序 10928'。 ①顺序：孤电子对之间的斥力>孤电子对与成 思维导引：首先判断中心原子价层电子对数， 键电子对之间的斥力>成键电子对之间斥力。 再确定VSEPR模型，然后结合价层电子对之 ②原因：键合电子对受到左、右两端带正电的 间相互排斥作用大小判断分子键角的变化。 原子核的吸引，而孤电子对只受到一端原子核 【变式2】下列说法错误的是 () 的吸引，相比之下，孤电子对电子云较“胖”，占 A.NH分子中有一对未成键的孤电子对，它 据较大的空间，而键合电子对电子云较“瘦”， 对成键电子的排斥作用较强 占据较小的空间。 B.VSEPR模型和分子的空间结构，二者可能 ③实例：如CH、NH、HO三种分子的中心 是不同的 原子价层电子对数均为4，VSEPR模型均为正 C.价电子对之间的夹角越小，排斥力越小 四面体形，CH、NH和HO中的孤电子对数 D.NH分子的VSEPR模型与分子构型不一致 ·39· 化学选择性必修2课堂学案 课术·随堂演练 1,(分子结构的测定)能够确定有机物相对分子 2 HCI-CaC十CO2↑+HO可用于实验室 质量的方法是 ( 制备CO,气体。下列有关该反应中各物质的 A.红外光谱 B.质谱 说法正确的是 () C,核磁共振氢谱 D.紫外光谱 A.CO2和HO均为三原子分子，二者空间结 2.(常见分子的空间结构)下列分子的空间结构 构相同 错误的是 B.CaCO,中阴离子的VSEPR模型为四面体 C.键角由大到小的顺序为C)>CO>HO A.SO: B.NHO- D.根据VSEPR模型可知，CaCl2的空间结构 为直线形 5.(综合应用)根据所学知识填空： c.cs: D.CH (1)三原子分子常见的空间结构有 形 (如CO2)和 形（如H2O)」 3.(价层电子对互斥模型的应用)用价层电子对 (2)四原子分子常见的空间结构有 形 互斥模型可以判断许多分子或离子的空间结 和 形，如甲醛(HCHO)分子呈 构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正 形，键角约为 :氨分子 确的是 ( ) 呈 形，键角为 :另外需要注 A.SO中心原子的价层电子对数为3，是平 意，特殊的白磷(P,)分子呈 形，键 面三角形结构 角为 B.BF键角为120°，SnBr2的键角大于120 (3)五原子分子最常见的空间结构为 C.CHO是平面三角形的分子 形，如常见的CH,键角是 D.PC1、PC1都是三角锥形的分子 友情提示完成P课时作业（七） 4.(价层电子对互斥模型的应用)反应CCO十 第2课时 杂化轨道理论简介 答案解析Pw 目标导航 知识导图] [课程标准 sp杂化 1.知道杂化轨道理论的基本内容，能判断共价分子或 离子中原子的杂化类型。 杂化轨道类型 sp杂化 2.能根据杂化轨道理论解释和预测简单分子的空间 杂化轨 p'杂化 道理论 结构。 简介 杂化轨道预测立体构型 4个C一H键的键长① ,HC一H的 课前·教材颅案 键角为 ,4个C一H单键都是 川知识点1杂化轨道理论 3 1,用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成 一5p (2)中心碳原子价电子构型：2s22p 杂化型 碳原子的4个价层原子轨道是3个④ (1)甲烷分子的空间结构：正四面体形，分子中的 的2p轨道和1个固 2s轨 ·40变长,键能逐渐变小,所以稳定性逐渐减弱,C不符合题意; 2.价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致,分子 由于H一F键的键能大于HO键,所以E,更容易与H反 的空间结构指的是成键电子对的空间结构:不包括孤电子 应生成HF,D不符合题意。 对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对,当中心 3.B 解分子的结构是由键参数一-键角、键长决定的, 原子上无孤电子对时,两者的空间结构一致;当中心原子上 A项错误:由于F.Cl.Br。I的原子半径不同,故C-X(X一F 有孤电子对时,两者的空间结构不一致。 Cl.Br、D键的键长不相等,C项错误:H.O分子中两个O-H 【深度拓展】 键的键角为105{,D项错误。 【例题1】解根据中心原子的价层电子对数一o键电子对 4.B 观察表中数据发现,O。与O 的键能大者键长短, 数十(a一xo)。经计算得出,几种分子或离子中心原子的 据此可得O}中O-O键的键长比O 中的长,所以键能要 小。按键长由小到大的顺序为(0-0键)0<0~0 价电子对数分别是4、3、4、3、4;但HSe中有2对孤电子 O,键能则应为w:yx。 对,SO、PH;中有1对孤电子对。 5.解(1)△H一反应物总键能一生成物总键能 答密 (462.8kJ/mol)×4+(142 kJ/mol)×2-(462.8kJ/mol)x 分子或 a键电 中心原子上的 分子或离子的 4-497.3kJ/mol--213.3kJ/mol。(2)键长越小,键能越大 离子 子对数 孤电子对数 空间结构名称 O-H.S-H.Se-H键的键长依次增大,因而键能依次减 2 2 V形 小;N-H.P-H.As-H键的键长依次增大,因而键能依次 ) 0 减小,P-H键键能介于N-H键和As-H键键能之间,即 平面三角形 247 kl/molP-H键键能<390.8 kl/mol. (3)C-C键键 。 三角锥形 能较大,较稳定,因而易形成C-C长链,而N-N 2 1 V形 O-O键键能小,不稳定易断裂,因此难以形成N-N、O-C 50O 0 4 长链。 正四面体形 (1)-213.3kJ/mol 1 (2)O-H.S-H.Se-H键的键 【变式1】翻(1)Cl0 中心原子成键电子对数是4,没有孤电 长依次增大,因而键能依次减小 247kJ/mol 390.8kJ/mol 子对,空间结构为正四面体形。AlBr;是AB。型分子,中心 (3)C-C键键能较大,较稳定,因而易形成C-C长链,而 原子成键电子对数是3,没有孤电子对,空间结构是平面三 N-N、OO键键能小,不稳定、易断裂,因此难以形成 角形。(2)AB。型分子中,中心原子无孤电子对的呈平面三 N-N.O-O长链 角形,有一对孤电子对的呈三角锥形,所以分别是CH, 第二节 分子的空间结构 CHi。(3)由第二周期非金属元素的原子构成的中性分子 中,呈三角锥形的是NF。,呈平面三角形的是BF。,呈正四 第1课时 分子结构的测定 面体形的是CF。 (1)正四面体形 平面三角形 (2)CH 多样的分子空间结构 价层电子对互斥模型 CH (3)BF. NF。CF 课前·教材预案 探究点二 知识点一 【互动探究】 ②化学键 1.振动频率 ③官能团 3.因为HO分子中的中心原子O的价层电子对数为4, 2.④相对质量 电荷数 VSEPR模型为四面体形,但其成键电子对数和孤电子对数 知识点二 均为2,故分子构型为V形,且孤电子对与成键电子对之间 70-C-0 ⑧直线形 H:o:H 的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力,所以O一H 键之间的夹角被压缩到105{。 ./ 【深度拓展】 平面三角形 H:N:H 【例题2】(1)甲酸为平面形分子,由于C-0与C-H之 H 间的排斥作用大于2个C-H之间的排斥作用,所以甲醛 4三角锥形 H:C:H 109*28' 17正四面体形 H 分子中H-C-H的键角小于120{}。(2)SnBr。分子中,Sn 成键电子对数一2,孤电子对数一- 知识点三 1×(4-2×1)-1,由于 1.相互排斥 。键电子对 孤电子对 2键 2键 孤电子对与Sn-Br键的排斥作用大于Sn-Br键之间的排 2.(1)圆最外层电子数 ②一 园十 (2)原子数 斥作用,故键角 120{}。(3)PCl分子中,P的孤电子对数 (3)27电子数 ⑧1 四8一该原子的价电子数 3.(1)□2 ③3 4 ③4 国1 围4 围2 3 图1 ×(5-3×1)-1,价层电子对数为3十1-4,由于孤电子 【自主测评】 对与P-Cl键的排斥作用大于P-CI键间的排斥作用,所 (1(2)x (③)X (4)X 以C-P-C1的键角小于10928'。 课堂·深度拓展 智翻(1)<(2)<(3)< 探究点一 【变式2】C 解电子带负电,相互之间排斥,夹角越大,距离 【互动探究】 越远,排斥力越小,C项错误。 1.C0.分子中无孤电子对,分子为直线形;水分子的氧原子上 课末·随堂演练 有两对孤电子对,为V形分子。 1.B 红外光谱是用于鉴定有机物中所含的各种官能团 .138· 的,如双键、三键、经基、竣基、碳基等,A项错误;质谱仪其实 【深度拓展】 是把有机物打成很多碎片离子,会有很多不同的相对质量的 【例题1】C 解拢基上的碳原子共形成3个。键,为sp^}杂 碎片离子出现,其中最大的相对质量就是该有机物的相对分 化,两侧甲基上的碳原子共形成4个。键,为sp^杂化。 子质量,B项正确;核磁共振氢谱是检验不同环境的H的数 【变式1】B 解析中心原子杂化轨道数一中心原子价层电子 量。有多少种不同的H,就有多少个峰,各个峰的高度大致 对数一(中心原子的价电子数十配位原子提供的价电 上能显示各种H的数量比例,C项错误;紫外光谱是为了了 7表选 解未知物的初步的化学结构,从光谱信息中得到该物质的基 价层电子对数 团或者化学键产生的吸收情况,初步判断该物质的结构信 杂化轨道类型 息,D项错误。 -×2+2)一2 2.B 解NH。的空间结构为三角锥形,B项错误。 sP 昔 3.C 解析SO的中心原子的价层电子对数为4,孤电子对数一 s{{ 2(6+2-3X2)-1,是三角锥形结构,A项错误;BF。分子中 -x(4+0)-2 心原子价层电子对数-3十(3-3X1)-3.是平面三角形 sp 结构,键角为120{},SnBr。是V形结构,键角小于120{*},B项 sO: sp{} 错误;CH。O是平面三角形的分子,C项正确;PCl.是三角锥 CH 形的分子,PCl分子中心原子价层电子对数-5十-(5一 -x(4+4)-4 sp{ 5×1)一5,孤电子对数是0,是三角双锥结构,D项错误。 NH -1(5+3)-4 4.C 二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2,孤对 sp 电子对数为0,分子的空间构型为直线形,水分子中氧原子 CH:和C。H.中每个碳原子连接的原子个数分别为2、 的价层电子对数为4,孤对电子对数为2,分子的空间构型为 3个,每个C原子分别形成2个。键、2个“键和3个。键、1 V形,二者空间结构不同,A项错误;碳酸根离子中碳原子的 个“键,C原子杂化类型分别为sp杂化、sp^{}杂化。 价层电子对数为3,分子的VSEPR模型为平面三角形,B项 探究点二 错误;二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2,孤对电 【互动探究】 子对数为0,分子的空间构型为直线形,键角为180{},碳酸根 3.CH、NH、H.O中心原子都采取sp杂化,中心原子的孤电 离子中碳原子的价层电子对数为3,分子的VSEPR模型为 子对数依次为0个、1个、2个。由于孤电子对对共用电子对 平面三角形,键角为l120^{},水分子中氧原子的价层电子对数 的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键 为4,孤对电子对数为2,分子的空间构型为V形,键角约为 角越小。比较键角时,先看中心原子杂化类型,杂化类型不 105{},则二氧化碳、碳酸根离子、水的键角依次减小,C项正 同时:一般键角按sp、sp{、sp顺序依次减小;杂化类型相同 确;氧化为离子化合物,不能用VSEPR模型预测氧化钗 时,中心原子孤电子对数越多,键角越小。 的空间结构,D项错误。 【深度拓展】 5.解(1)CO.是直线形,H.O是V形。(2)甲醛(HCHO)分 【例题2】析根据中心原子的价层电子对数判断中心原子的 子呈平面三角形,分子呈三角锥形,白磷分子呈正四面体 杂化类型,杂化轨道类型及分子中的。键数目决定了分子 形。(3)CH分子呈正四面体形。 的立体构型,如sp杂化轨道的夹角为120{},立体构型为平 (1)直线 V(2)平面三角 三角锥 平面三角 120{ 面三角形(或V形)。也可根据分子的立体构型确定分子 三角锥 107*正四面体 60{(3)四面体 109{28 (或离子)中杂化轨道的类型,如C0:为直线形分子,因此 第2课时 杂化轨道理论简介 分子中杂化轨道类型为sp杂化。 (1)sp S-C-S 直线形 课前·教材预案 0 知识点一 (2)sp{ H-C-H ## 1.(1相同 ②109{28③键 (2)④相互垂直 球形的 平面三角形 正四面体 (3)72s 图3 回2p 4 能量相同 (3)sp{ 方向不同 3sp}④13sp{}17 ClC-Cl 正四面体形 知识点二 # 23 3 回4 180*②120*园109{28’ ④直线形 (4)sp V形 园平面三角形 回正四面体形 H H 【自主测评】 (1)(2)x (4)×(5)× 【变式2】解(1)AsCl;中As元素价层电子对数为4.As的杂 (3)/ 化方式为sp,其中孤电子对数为1,则AsCL分子的空间结 课堂·深度拓展 探究点一 构为三角锥形。(2)CO中心原子价层电子对数为3十 【互动探究】 1.杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s 11 轨道与p轨道的能量不同,杂化后,各杂化轨道能量相同。 的结构式为H-C-C-O-H,分子中甲基上的碳原子采 2.不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s与 -二 3p不在同一能级,能量相差较大。 139·