第2章 第2节 课时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-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

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 学习目标 素养解读 1.了解分子结构的测定方法。 2.通过对典型分子空间结构的学习，认识微观结构对分子空间结构的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性。 3.通过对价层电子对互斥模型的探究，建立解决复杂分子结构判断的思维模型 1.通过分子模型对分子空间结构的认识，发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。 2.通过对价层电子对互斥模型解释简单的共价分子空间结构的认识，发展证据推理与模型认知的化学学科核心素养 任务一　分子结构的测定 【情境诱思】 医院中利用医疗设备检测人体内的病变，你知道科学家怎样测定分子、原子等微观粒子的结构吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：科学家利用红外光谱、晶体X射线衍射等方法测定分子、原子等微观粒子的结构。 1．早年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。 2．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。 3．红外光谱工作原理：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，再记录到图谱上呈现吸收峰，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。 4．质谱法：测定分子的相对分子质量 一般来说，相对分子质量＝最大质荷比。 【对点练】 1．利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子的(　　 ) A．同分异构体数 B．原子个数 C．化学键和官能团种类 D．分子式 答案：C 2．(2024·湖北仙桃高二期中)有机化合物的分子结构可通过现代分析仪器测定，下列说法错误的是(　　 ) A．元素分析仪可用于分析有机物中的元素组成 B．核磁共振氢谱常用于测定有机物相对分子质量 C．根据红外光谱图可获得分子中含有的化学键或官能团的信息 D．通过X射线衍射可获得有机物分子结构的有关数据，如键长、键角等 解析：选B。元素分析仪可用于分析有机物中的元素组成，A正确；核磁共振氢谱可以推知有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们的数目，质谱仪常用于测定有机物的相对分子质量，B错误。任务二　多样的分子空间结构 1．多样的分子空间结构 分子类型 化学式 电子式 结构式 键角 空间填充模型 球棍模型 空间结构 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 CCl4 109°28′ 正四面体形 2．其他多原子分子的空间结构 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　 【易错辨析】 1．大多数四原子分子的空间结构为平面三角形和三角锥形，前者的键角一般比后者大(√) 2．CH2Cl2分子只有一种，可说明CH4的空间结构为正四面体形而不是平面正方形(√) 3．SO2分子与CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子(×) 提示：组成相似的分子，其空间结构不一定相似，SO2是V形结构，CO2是直线形结构。 【对点练】 1．下列叙述正确的是(　　 ) A．NH3分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心 B．CCl4分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心 C．H2O分子中O原子处在2个H原子所组成的直线的中央 D．CO2分子中C原子处在2个O原子所连接的直线的中央 解析：选D。NH3分子为三角锥形分子，N原子位于锥顶，A错误；CCl4分子为正四面体形分子，B错误；H2O分子为V形结构，C错误；CO2分子为直线形，C原子位于两个O原子连线的中央，D正确。 2．(1)硫化氢(H2S)分子中，两个H—S的夹角接近90°，说明H2S分子的空间结构为________________。 (2)二硫化碳(CS2)分子中，两个C==S的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为________________。 (3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是________(填字母)。 a．两个键之间的夹角为109°28′ b．C—H为极性共价键 c．4个C—H的键能、键长都相等 d．二氯甲烷(CH2Cl2)不存在同分异构体 解析：(3)假设五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体两种空间结构，则不管为哪种，b、c两项都成立；若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种：HCClHCl和ClCHHCl；若为后者，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种。 答案：(1)V形　(2)直线形　(3)ad 任务三　价层电子对互斥模型 【情境诱思】 水分子是V形结构，二氧化碳也是三原子分子，其结构为什么是直线形？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：二氧化碳分子中价层电子对数为2，孤电子对数为0，所以为直线形结构。 1．价层电子对互斥模型 (1)内容：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)价层电子对：指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．价层电子对数的确定方法 (1)图示 (2)由公式(a－xb)确定孤电子对数 ①a表示中心原子的价电子数。 对主族元素的原子：a＝最外层电子数，如氧原子的a＝6。 对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数，如NH中a＝4。 对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋|离子的电荷数|，如CO中，a＝6。 ②x表示与中心原子结合的原子数，如CO中，x＝3，NH中，x＝4。 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(如下表)。 元素 H、卤族元素(F、Cl、Br、I) 氧族元素(O、S等) 氮族元素(N、P等) b 1 2 3 (3)计算示例 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 SO2 S 6 2 2 1 NH N 4 4 1 0 CO C 6 3 2 0 3.VSEPR模型与分子或离子的空间结构 (1)确定方法 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。 (2)一些分子或离子空间结构 分子或离子 孤电子对数 σ键电子对数 价层电子对数 VSEPR模型名称 分子或离子的空间结构名称 CO2 0 2 2 直线形 直线形 SO2 1 2 3 平面三角形 V形 CO 0 3 3 平面三角形 平面三角形 H2O 2 2 4 四面体形 V形 NH3 1 3 4 四面体形 三角锥形 CH4 0 4 4 正四面体形 正四面体形 乙醇和乙酸同样可以用“价层电子对相互排斥而尽量远离”的原则快捷地判断它们的分子结构。 问题1：根据信息中图示，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成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。 问题2：根据信息中图示，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，羧基上的碳原子的价层电子对均为成键电子对，C==O上的成键电子对仅有一个空间取向，因此碳原子的价层电子对共有三个空间取向，相互排斥而远离，部分呈三角形。 【要点归纳】 1．根据价层电子对互斥模型判断ABn型分子或离子的空间结构 (1)解题思路 (2)常见ABn型分子或离子的VSEPR模型和空间结构 σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离子的空间结构 实例 2 0 2 直线形 直线形 HgCl2、BeCl2、CO2 3 0 3 平面三角形 平面三角形 BF3、BCl3 2 1 V形 SO2、PbCl2 4 0 4 四面体形 正四面体形 CH4、CCl4 3 1 三角锥形 NH3、NF3 2 2 V形 H2O (3)注意事项 ①计算阴、阳离子的中心原子的价层电子对数时要考虑离子所带电荷。 ②多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对，如计算时将双键或三键当作一个σ键电子对看待。 ③当计算出的孤电子对数不是整数时，应进1而不能忽略。如NO2的中心原子孤电子对数＝(5－2×2)＝0.5，这时应当作1来对待，因为单电子也要占据一个原子轨道。 ④不能将VSEPR模型当作分子或离子的空间结构，也不能利用相似性规律判断分子或离子的空间结构。 ⑤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。 2．价层电子对之间的斥力大小 (1)一般规律：孤电子对与孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力。原因：孤电子对比成键电子对更靠近中心原子的原子核。 (2)孤电子对数越多，对成键电子对的斥力越大，成键电子对与成键电子对之间的斥力越小，成键原子所形成的键角越小。例如H3O＋中O只有一个孤电子对，而H2O中O有两个孤电子对，所以H3O＋的键角大于H2O的键角。 (3)结构相同的物质，中心原子的电负性越大，吸引电子的能力越强，成键电子对距离中心原子越近，成键电子对之间的斥力越大，键角越大。例如NH3、PH3、AsH3中，中心原子都有1个孤电子对，NH3分子的中心原子N的电负性大，成键电子对距离中心原子较近，键角更大，所以键角NH3＞PH3＞AsH3。 【典例分析】 【典例】 用价层电子对互斥模型可以预测许多分子或离子的空间结构，也可推测键角大小，下列判断正确的是(　　 ) A．BF3与PCl3为三角锥形 B．SO3与CO为平面三角形 C．SO2键角等于120° D．SOCl2是平面三角形 解析：选B。BF3中B原子价层电子对个数＝3＋＝3，不含孤电子对，PCl3中P原子价层电子对个数＝3＋＝4，含有孤电子对，前者为平面三角形、后者为三角锥形，A错误；SO3分子中S原子价层电子对个数＝3＋＝3，不含孤电子对，CO中C原子价层电子对个数＝3＋＝3，不含孤电子对，所以其空间结构都是平面三角形，B正确；二氧化硫分子中S原子价层电子对个数＝2＋＝3，该分子中含有一个孤电子对，孤电子对和成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以其键角小于120°，C错误；该分子中S原子价层电子对个数＝3＋＝4，含有一个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形，D错误。 【总结】 利用VSEPR模型确定分子或离子的空间结构的注意事项 (1)对于ABn型分子，成键电子对数等于配位原子的原子个数。 (2)分子的中心原子的孤电子对数为0时，VSEPR模型与分子空间结构相同，分子均为空间对称性结构。 (3)分子的空间结构与分子类型有关，如AB2型分子为直线形或V形结构，AB3型分子为平面三角形或三角锥形结构，故由分子类型(ABn型)和孤电子对数就能很快确定分子的空间结构。 【对点练】 1.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互相排斥 D．分子中键角越大，价层电子对相互排斥力越大，分子越稳定 解析：选D。分子的稳定性与键角没有关系， D不正确。 2．下列有关描述正确的是(　　) A．NO为V形分子 B．ClO的空间结构为平面三角形 C．NO的VSEPR模型、空间结构均为平面三角形 D．ClO的VSEPR模型、空间结构相同 解析：选C。NO中N原子的价层电子对数＝3＋×(5－2×3＋1)＝3，没有孤电子对，故A项错误，C项正确；ClO中氯原子的价层电子对数＝3＋×(7－3×2＋1)＝4，有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体形而空间结构为三角锥形，B、D项错误。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．TBC（柠檬酸三丁酯）是一种优良的增塑剂，它的一种标准谱图如图所示，该谱图是(　　 ) A．核磁共振氢谱 B．质谱 C．红外光谱 D．紫外光谱 答案：C 2．下列分子的空间结构为正四面体形的是(　　) ①P4　②NH3　③CCl4　④CH4　⑤H2S　⑥CO2 A．①③④⑤ B．①③④⑤⑥ C．①③④ D．④⑤ 解析：选C。NH3的空间结构是三角锥形，H2S的空间结构是V形，CO2的空间结构是直线形。 3．下列分子或离子的中心原子，带有一个孤电子对的是(　　 ) A．H2O B．BeCl2 C．CH4 D．PCl3 解析：选D。H2O有2个孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对。 4．(2024·广东惠州高二期中)下列分子和离子中，VSEPR模型与分子或离子的空间结构相同的是(　　 ) A．NH B．AsH3 C．H3O＋ D．SO 解析：选A。NH的中心原子价层电子对＝4＋＝4，VSEPR模型为正四面体，该分子中不含有孤电子对，所以其空间结构为正四面体，A正确；AsH3分子的中心原子价层电子对＝3＋＝4，所以其VSEPR模型为四面体，该分子中含有一个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形，B错误；H3O＋的中心原子价层电子对＝3＋＝4，VSEPR模型为四面体，该离子中含有一个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形，C错误；SO分子的中心原子价层电子对＝3＋＝4，VSEPR模型为四面体，该分子中含有1个孤电子对，所以其空间结构为三角锥形，D错误。 5．试回答下列问题： (1)利用价层电子对互斥模型推断下列分子或离子的空间结构： SeO3______________；SCl2______________； NO____________；NO______________； HCHO____________；HCN_____________。 (2)利用价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)； ②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角______120°； ③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角______109°28′。 解析： (1)SeO3中，Se的价层电子对数为×(6＋0)＝3，孤电子对数为0，SeO3为平面三角形；SCl2中，S的价层电子对数为×(6＋2)＝4，孤电子对数为2，SCl2为V形；NO中，N的价层电子对数为×(5－1)＝2，孤电子对数为0，NO为直线形；NO中，N的价层电子对数为×(5＋1)＝3，孤电子对数为1，NO为V形；HCHO分子中有1个碳氧双键，看作1对成键电子，2个C—H单键为2对成键电子，C原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO分子的空间结构为平面三角形；HCN分子的结构式为H—C≡N，含有1个C≡N三键，看作1对成键电子，1个C—H单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以HCN分子的空间结构为直线形。 (2)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C—H键与C—H键的夹角小于120°。②SnBr2分子中，Sn原子的价层电子对数目是＝3，成键电子对数＝2，孤电子对数＝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°。③PCl3分子中，P的价层电子对数为×(5＋3)＝4，含有1个孤电子对，由于孤电子对与P—Cl键之间的排斥作用大于P—Cl键间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109°28′。 答案：(1)平面三角形　V形　直线形　V形　平面三角形　直线形　(2)①＜　②＜　③＜ 学科网（北京）股份有限公司 $$