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（Word教参）-【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）

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 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.知道分子的结构可以通过波谱等技术进行测定。 2．结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并能利用相关理论解释简单的共价分子的空间结构。 知识点1　分子结构的测定 1．分子结构的测定——红外光谱 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__振动频率__相同的红外线，再记录到谱图上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可分析出分子中含有何种__化学键__或__官能团__的信息。 2．相对分子质量的测定——质谱法 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。其中质荷比(粒子的__相对质量__与其__电荷数__的比值)最大值即为该物质的相对分子质量。 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 三原子 分子 CO2  　O==C==O　 180° __直线形__ H2O  105° __V形__ 四原子 分子 CH2O 约120° __平面三角形__ NH3 107° __三角锥形__ 五原子 分子 CH4 __109°28′__ __正四面体形__ 知识点3　价层电子对互斥模型 1．价层电子对互斥理论 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“价层电子对”__相互排斥__的结果。“价层电子对”是指分子中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__。多重键只计其中的__σ键__电子对，不计__π键__电子对。 2．价层电子对的确定方法 (1)a为中心原子的价电子数 ①对主族元素：a＝__最外层电子数__。 ②对于阳离子：a＝中心原子的价电子数__－__离子电荷数。 ③对于阴离子：a＝中心原子的价电子数__＋__|离子电荷数|。 (2)x为与中心原子结合的__原子数__。 (3)b为与中心原子结合的原子最多能接受的　电子数　，氢为__1__，其他原子为__8－该原子的价电子数__。 3．VSEPR模型的两种类型 (1)中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子 分子或 离子 中心原子上的 价层电子对数 VSEPR模 型及名称 分子或离子的空 间结构及名称 CO2 __2__ 直线形 直线形 CO __3__ 平面三角形 平面三角形 CH4 __4__ 正四面体形 正四面体形 (2)中心原子上有孤电子对的分子 分子 中心原子 上的价层 电子对数 中心原子 上的孤电 子对数 VSEPR模 型及名称 分子的 空间结构 及名称 NH3 __4__ __1__ 四面体形 三角锥形 H2O __4__ __2__ 四面体形 V形 SO2 __3__ __1__ 平面三角形 V形 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)CH2Cl2分子只有一种，可说明CH4的空间结构为正四面体形。(　√　) (2)分子的VSEPR模型和相应分子的立体构型是相同的。(　×　) (3)根据价层电子对互斥理论，H3O＋的立体构型为平面正三角形。(　×　) (4)SO2分子与CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子。(　×　) 名师提醒 (1)分子组成相似的分子空间结构不一定相同，如SO2和CO2。 (2)价层电子对数相同的分子，空间结构不一定相同，如CH4、NH3和H2O价层电子对数相同，而空间结构不同。 探究点1　VSEPR模型判断分子的空间构型 1．同为三原子分子，为什么CO2呈直线形而H2O呈V形？ CO2分子中无孤电子对，分子为直线形；水分子的氧原子上有两对孤电子对，为V形分子。 2．价层电子对的空间结构与分子的空间结构一定相同吗？二者之间有何规律存在？ 价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致，分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。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，两者的空间结构一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的空间结构不一致。 1．VSEPR理论的基本要点 (1)在ABn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，主要取决于中心原子价电子层中电子对(包括成键电子对和未成键的孤电子对)的互相排斥作用最小的结构。 (2)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，则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待。 2．利用VSEPR模型确定粒子立体构型的步骤 (1)确定中心原子价层电子对数 ABn型分子的价层电子对数 m＝(A原子的价电子数＋B原子提供的价电子总数±电荷数) [或m＝σ键电子对数＋(a－xb)] 利用上式计算A原子价层电子对数时，需注意： 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。 ③若为分子，电荷数为0；若为阳离子，则减去电荷数，如NH，m＝＝4；若为阴离子，则加上电荷数，如SO，m＝＝4。 (2)确定VSEPR模型 (3)确定分子或离子的空间结构 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σ键电子对的空间结构。 3．ABn型分子或离子价层电子对数和价层电子对空间结构的关系 价层电 子对数 VSEPR 模型名称 孤电子 对数 成键电 子对数 分子或离子 空间结构名称 2 直线形 0 2 直线形 3 平面三角形 0 3 平面三角形 3 平面三角形 1 2 V形 4 四面体形 0 4 四面体形 4 四面体形 1 3 三角锥形 4 四面体形 2 2 V形 【例题1】 用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。 分子或 离子 σ键电 子对数 中心原子上的 孤电子对数 分子或离子的 空间结构名称 H2S Cl3 Cl3 O2 O 思维导引：两个原子间只能形成一条σ键，根据化学式确定中心原子的价层电子对数和孤电子对数。 解析　根据中心原子的价层电子对数＝σ键电子对数＋(a－xb)。经计算得出，几种分子或离子中心原子的价电子对数分别是4、3、4、3、4；但H2Se中有2对孤电子对，SO2、PH3中有1对孤电子对。 答案　 分子或 离子 σ键电 子对数 中心原子 上的孤电子对数 分子或离 子的空间结构名称 H2S 2 2 V形 Cl3 3 0 平面三角形 Cl3 3 1 三角锥形 O2 2 1 V形 O 4 0 正四面体形 【变式1】 (1)利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构。 (1)ClO：____________；AlBr3(共价分子)：____________。 (2)有两种活性反应中间体，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种粒子的结构，写出相应的化学式： ________； ________。 (3)按要求写出由第二周期非金属元素的原子构成的中性分子的化学式。 平面三角形分子：________；三角锥形分子：________；正四面体形分子：________。 解析　(1)ClO中心原子成键电子对数是4，没有孤电子对，空间结构为正四面体形。AlBr3是AB3型分子，中心原子成键电子对数是3，没有孤电子对，空间结构是平面三角形。(2)AB3型分子中，中心原子无孤电子对的呈平面三角形，有一对孤电子对的呈三角锥形，所以分别是CH、CH。(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NF3，呈平面三角形的是BF3，呈正四面体形的是CF4。 答案　(1)正四面体形　平面三角形 (2)CH　CH (3)BF3　NF3　CF4 探究点2　VSEPR理论对键角的影响 3．为什么H2O分子的键角既不是90°，也不是109°28′，而是105°？ 因为H2O分子中的中心原子O的价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体形，但其成键电子对数和孤电子对数均为2，故分子构型为V形，且孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力，所以O—H键之间的夹角被压缩到105°。 价层电子对之间相互排斥作用大小顺序 (1)电子对斥力大小的顺序 ①顺序：孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间斥力。 ②原因：键合电子对受到左、右两端带正电的原子核的吸引，而孤电子对只受到一端原子核的吸引，相比之下，孤电子对电子云较“胖”，占据较大的空间，而键合电子对电子云较“瘦”，占据较小的空间。 ③实例：如 CH4、NH3、H2O三种分子的中心原子价层电子对数均为4，VSEPR模型均为正四面体形，CH4、NH3和H2O中的孤电子对数分别是0、1、2，故键角大小顺序为CH4>NH3>H2O，图示如下： (2)双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键之间的斥力。 例如：SO2Cl2的VSEPR模型为四面体形，因S===O是双键，S—Cl是单键，依据斥力的大小顺序判断： “∠O—S—O”＞109°28′ “∠Cl—S—Cl”<“∠O—S—Cl”<109°28′ (3)斥力大小顺序：xw－xw>xw－xs>xs－xs (其中x代表配位原子的电负性，下标w为弱，s为强) 例如：SO2F2中“∠F—S—F”为98°，而SO2Cl2中“∠Cl—S—Cl”为102°，后者键角较大的原因就是Cl的电负性小于F，Cl—S—Cl中价层电子对的斥力大于F—S—F中价层电子对的斥力，故SO2Cl2分子中键角大。 【例题2】 利用价层电子对互斥理论推断键角的大小： (1)甲醛中H—C—H的键角________120°(填“>”“<”或“＝”，下同)。 (2)SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角________120°。 (3)PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角________109°28′。 思维导引：首先判断中心原子价层电子对数，再确定VSEPR模型，然后结合价层电子对之间相互排斥作用大小判断分子键角的变化。 解析　(1)甲醛为平面形分子，由于C==O与C—H之间的排斥作用大于2个C—H之间的排斥作用，所以甲醛分子中H—C—H的键角小于120°。(2)SnBr2分子中，Sn成键电子对数＝2，孤电子对数＝×(4－2×1)＝1，由于孤电子对与Sn—Br键的排斥作用大于Sn—Br键之间的排斥作用，故键角<120°。(3)PCl3分子中，P的孤电子对数＝×(5－3×1)＝1，价层电子对数为3＋1＝4，由于孤电子对与P—Cl键的排斥作用大于P—Cl键间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109°28′。 答案　(1)<　(2)<　(3)< 【变式2】下列说法错误的是(　　) A．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强 B．VSEPR模型和分子的空间结构，二者可能是不同的 C．价电子对之间的夹角越小，排斥力越小 D．NH3分子的VSEPR模型与分子构型不一致 答案　C 解析　电子带负电，相互之间排斥，夹角越大，距离越远，排斥力越小，C项错误。 1．(分子结构的测定)能够确定有机物相对分子质量的方法是(　　) A．红外光谱 B.质谱 C．核磁共振氢谱 D.紫外光谱 答案　B 解析　红外光谱是用于鉴定有机物中所含的各种官能团的，如双键、三键、羟基、羧基、羰基等，A项错误；质谱仪其实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子质量，B项正确；核磁共振氢谱是检验不同环境的H的数量。有多少种不同的H，就有多少个峰，各个峰的高度大致上能显示各种H的数量比例，C项错误；紫外光谱是为了了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团或者化学键产生的吸收情况，初步判断该物质的结构信息，D项错误。 2．(常见分子的空间结构)下列分子的空间结构错误的是(　　) A．SO2： B.NH3： C．CS2： D.CH4： 答案　B 解析　NH3的空间结构为三角锥形，B项错误。 3．(价层电子对互斥模型的应用)用价层电子对互斥模型可以判断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．SO中心原子的价层电子对数为3，是平面三角形结构 B．BF3键角为120°，SnBr2的键角大于120° C．CH2O是平面三角形的分子 D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子 答案　C 解析　SO的中心原子的价层电子对数为4，孤电子对数＝(6＋2－3×2)＝1，是三角锥形结构，A项错误；BF3分子中心原子价层电子对数＝3＋(3－3×1)＝3，是平面三角形结构，键角为120°，SnBr2是V形结构，键角小于120°，B项错误；CH2O是平面三角形的分子，C项正确；PCl3是三角锥形的分子，PCl5分子中心原子价层电子对数＝5＋(5－5×1)＝5，孤电子对数是0，是三角双锥结构，D项错误。 4．(价层电子对互斥模型的应用)反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O可用于实验室制备CO2气体。下列有关该反应中各物质的说法正确的是(　　) A．CO2和H2O均为三原子分子，二者空间结构相同 B．CaCO3中阴离子的VSEPR模型为四面体 C．键角由大到小的顺序为CO2>CO>H2O D．根据VSEPR模型可知，CaCl2的空间结构为直线形 答案　C 解析　二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2，孤对电子对数为0，分子的空间构型为直线形，水分子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，分子的空间构型为V形，二者空间结构不同，A项错误；碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3，分子的VSEPR模型为平面三角形，B项错误；二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2，孤对电子对数为0，分子的空间构型为直线形，键角为180°，碳酸根离子中碳原子的价层电子对数为3，分子的VSEPR模型为平面三角形，键角为120°，水分子中氧原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为2，分子的空间构型为V形，键角约为105°，则二氧化碳、碳酸根离子、水的键角依次减小，C项正确；氯化钙为离子化合物，不能用VSEPR模型预测氯化钙的空间结构，D项错误。 5．(综合应用)根据所学知识填空： (1)三原子分子常见的空间结构有________形(如CO2)和________形(如H2O)。 (2)四原子分子常见的空间结构有________形和________形，如甲醛(HCHO)分子呈____________形，键角约为________；氨分子呈________形，键角为________；另外需要注意，特殊的白磷(P4)分子呈__________形，键角为________。 (3)五原子分子最常见的空间结构为________形，如常见的CH4键角是________。 解析　(1)CO2是直线形，H2O是V形。(2)甲醛(HCHO)分子呈平面三角形，氨分子呈三角锥形，白磷分子呈正四面体形。(3)CH4分子呈正四面体形。 答案　(1)直线　V　(2)平面三角　三角锥　平面三角　120°　三角锥　107°　正四面体　60°　(3)四面体　109°28′ 学科网（北京）股份有限公司 $$