2.2.1 分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型 课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

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的结构。 如今，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 红外光谱仪 肉眼不能看到分子，科学家是怎样知道分子的结构的呢？ 课题导入 第二章 分子结构与性质 §2.2.1　分子结构的测定和多样性、价层电子对互斥模型 2 分子振动需要能量，所以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，记录到图谱上呈现吸收峰。 通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。 1、原理 【学习任务一】分子结构的测定—红外光谱 引导探究 通过红外光谱图，发现未知物中含有O-H、C-H和C-O的振动吸收，可初步推测该未知物中含有羟基。 化学式：C2H6O 乙醇 CH3CH2OH 二甲醚 CH3OCH3 2、红外光谱图 纵坐标表示相对丰度，横坐标表示粒子的相对质量与其电荷数之比（m/z），简称荷质比，化学家通过分析得知，被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯。 【科学∙技术∙社会】用质谱法测定分子的相对分子质量 1、原理 2、质谱图 化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构 空间充填模型 球棍模型 CO2 H2O CH2O NH3 CH4 O : : : C O : : : : : H : O H : : : H : C O : : : : : H H : N H : : : H H : C H : : : H H 180° 109°28′ 107° 约120° 105° 直线形 正四面体形 三角锥形 平面三角形 V形 【学习任务二】多样的分子空间结构 引导探究 正四面体，键角60° 椅式比船式稳定 皇冠型 正八面体形 • 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。 排斥力趋向于尽可能将价电子对之间远离，夹角尽可能张大，这样会使排斥力尽可能小。 【学习任务三】价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型（VSEPR model） 引导探究 用气球（大小相同）表示价层电子对，把两个气球绑在一起；再把三个气球绑一起；最后绑四个气球，观察他们的空间构型。 直线型 平面三角形 正四面体 180° 120° 109°28' 【思考与讨论】（1）为什么甲烷分子是正四面体结构而不是平面四边形呢？ 甲烷分子形成4个σ键，有4个价层电子对，价层电子对之间相互排斥，使得彼此远离，且越远（键角越大）越稳定。 109°28′ 化学式 电子式 分子的空间结构模型 CH2O NH3 成键电子对 孤电子对 孤电子对：未用于形成共价键的电子对 结论：由于中心原子的孤电子对占有一定空间，对其他成键电子对存在排斥力，影响其分子的空间结构。 (2)HCHO和NH3都是四原子分子，而甲醛是平面三角形，而NH3呈三角锥形？ 11 分子的空间结构除了和中心原子与结合原子间的成键电子对有关，还和中心原子的孤电子对有关，两者合称为中心原子的“价层电子对”。 【归纳小结】   12 价层电子对互斥理论 1、基本要点 ABn 型分子(或离子)的几何构型，主要取决于价电子对数（n），价电子对尽量远离，使它们之间斥力最小，能量最低，物质最稳定。 （又称VSEPR模型） σ键电子对和孤电子对数 VSEPR模型： 价层电子对数目 2 3 4 5 6 直线形 平面三角形 正四面体 三角双锥体 正八面体 13 2、价层电子对数的计算 = σ键个数 + 孤电子对数 价层电子对数 （1）σ 键电子对数 = 与中心原子结合的原子数 （2）中心原子上的孤电子对数 = ½（a-xb) b：为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 (H为1，其他原子为“8-该原子的最外层电子数） a：对于原子：为中心原子的最外层电子数 对于阳离子：a=中心原子价电子数 - 离子电荷数 对于阴离子：a=中心原子价电子数 +离子电荷数 x：为与中心原子结合的原子数 14 2、价层电子对数的计算 分子离子 中心原子 a x b 孤电子对数 H2O O SO2 S NH4+ N CO32- C 6 1 5-1=4 0 4+2=6 0 2 2 4 1 3 2 6 2 1 2 中心原子上的孤电子对数 = ½（a-xb) 15 3、 VSEPR模型应用——预测分子立体构型 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子的立体构型及名称 CO2 CO32- SO2 2 3 2 0 0 1 C O O 直线形 直线形 平面三角形 平面三角形 V形 平面三角形 中心原子无孤对电子的分子：VSEPR模型就是其分子立体结构 有：先得VSEPR模型，后略去孤对电子，剩下是分子立体结构 16 3、 VSEPR模型应用——预测分子立体构型 ABn 型分子VSEPR模型和立体结构 价层电子对数 VSEPR模型 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对排布 模型 立体结构 实 例 2 3 平面 三角形 2 0 AB2 直线形 CO2 3 0 AB3 2 1 AB2 平面三角形 BF3 V形 SO2 直线形 17 价层电子对数 VSEPR模型 成键电子对数 孤对电子对数 分子类型 电子对排布 模型 立体结构 实 例 4 正四面体 4 0 AB4 3 1 AB3 2 2 AB2 四面体 CH4 三角锥形 NH3 V形 H2O 3、 VSEPR模型应用——预测分子立体构型 ABn 型分子VSEPR模型和立体结构 18 A的价层电子对数 成键电子对数 孤电子对数 A的价层电子对排布方式 分子空间构型 分子 类型 实 例 5 5 0 三角双锥 4 1 变形四面体 3 2 ClF3 2 3 直线形 SF4 PCl5 T形 AB5 AB4 AB3 AB2 A的价层电子对数 成键电子对数 孤电子对数 A的价层电子对排布方式 分子空间构型 分子类型 实 例 6 6 0 正八面体 5 1 四方锥形 IF5 4 2 平面正方形 AB6 AB5 AB4 SF6 实验测得NH3的键角为107°，H2O的键角为105°, 为什么NH3和H2O的键角均小于109°28′？ 问题与思考 相较成键电子对，孤电子对有较大的排斥力，含孤对电子的分子实测键角都小于VSEPR模型的预测值。 一对孤电子对对成键电子对排斥 两对孤电子对对成键电子对排斥 成键电子对相互排斥 109°28′ 一对孤电子对对成键电子对排斥 : N O O 115° 107° 105° CH4 H2O NH3 NO2- 1.预测分子的空间结构方法： σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 空间结构 2.价层电子对间相互排斥作用大小一般规律： ②随着孤电子对数目的增多，孤电子对与成键电子对之间的斥力增大，键角减小。 ③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 ①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。 目标升华 化学式 中心原子 孤对电子数 中心原子结合的原子数 空间构型 HCN SO2 NH2－ BF3 H3O+ SiCl4 CHCl3 NH4+ 0 1 2 0 1 0 0 0 2 2 2 3 3 4 4 4 直线形 V 形 V形 平面三角形 三角锥形 四面体 正四面体 正四面体 当堂诊学 1.下列分子或离子中，不含有孤对电子的是＿＿＿ 　　 A、H2O B、H3O+ C、NH3 D、NH4+ D 2.以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为109°28′ 的是＿＿ ①CH4 ②NH4+ ③CH3Cl ④P4 ⑤SO42- A、①②③ B、①②④ C、①②⑤ D、①④⑤ C 3.下列分子①BCl3、②CCl4、③H2S、④CS2中,其键角由小到大 的顺序为______________ 。　　 ③ ② ① ④ 4.预测下列粒子的空间结构： SO42- _________、OF2______、HCN________、ClO3-__________。 正四面体 V形 直线形 三角锥形 当堂诊学 作业：完成相应习题 强化补清 25 $$