2.2.1 分子的空间构型 价电子互斥理论 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二章 第二节 第1课时 分子的空间构型、价电子互斥理论 键能 键长 共价键的稳定性 一般地，形成的共价键的键能越大，键长越短，共价键越稳定，含有该键的分子越稳定，化学性质越稳定。 键角 分子的空间结构 决定分子的性质 键参数 决定 决定 思考：分子的世界形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。肉眼不能看到分子，那么，科学家是怎样知道分子的结构的呢？ 任务一 分子结构的测定 1.早期的分子结构测定方法 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，再推测分子的结构。但是化合物结构复杂，并且非常耗时。 李比希 凯库勒 年度工作概述 3 任务一 分子结构的测定 2.现代的分子结构测定方法 红外光谱仪 X射线衍射仪 质谱仪 测定化学键或官能团 测定键长、键角等 测定相对分子质量 现代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、质谱仪以及晶体X射线衍射等。 下 章 研 究 年度工作概述 4 资料卡片 分子的结构指其处在平衡位置时的结构 伸缩 伸缩 弯曲 弯曲 弯曲 分子的空间构型 红外光谱 01 分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。分子的空间结构是分子中的原子处于平衡位置时的模型。 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。 问题1　红外光谱属于原子光谱中的吸收光谱吗？ 提示　不属于。原子光谱是原子中的电子在不同能级轨道上跃迁时吸收或释放能量所得到的光谱，红外光谱不是原子光谱，属于分子光谱。 分子的空间构型 红外光谱 01 化学式：C2H6O 乙醇 CH3CH2OH 二甲醚 CH3OCH3 通过红外光谱图可知，该物质中有 、 、 化学键，并推测可能含有 官能团。 C—H O—H C—O 羟基 通过红外光谱图可知，该物质中有 、 、 化学键，并推测可能含有 官能团。 红外光谱可以推断化学键或官能团的种类，能否确认化学键或官能团的个数？ 提示　不能。 思考讨论 红外光谱可以分析物质的官能团或化学键的相关信息，那如何测定分子的相对分子质量呢？ 质谱 任务一 分子结构的测定 2.现代的分子结构测定方法 质谱仪测定原理 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。 分析 图谱 分子离子和 碎片离子 分子 失去电子 高压电 场加速 通过狭缝进 入磁场分离 记录仪 质谱图 得出分子的相 对分子质量 年度工作概述 11 资料卡片 分子离子M+ 碎片离子 质荷比 对应横坐标即相对分子质量 纵坐标是相对丰度（与粒子的浓度成正比） 横坐标是粒子的相对质量与其电荷数之比m/z，简称质荷比。 相对分子质量＝最大质荷比 （原子数目不变，只失去一个电子） 任务一 分子结构的测定 2.现代的分子结构测定方法 质朴仪测定原理 思考，根据质谱图信息，被测分子的相对分子质量为？ 被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯（C6H5CH3) 年度工作概述 13 课堂练习 2.某有机物A的分子式为C4H10O，红外光谱图如图所示，则A的结构简式为 A.CH3CH2OCH2CH3 B.CH3OCH2CH2CH3 C.CH3CH2CH2CH2OH D.(CH3)2CHOCH3 A 大本24页 年度工作概述 14 课堂练习 3.如图是有机物A的质谱图，则A的相对分子质量是 A.29 B.43 C.57 D.72 最大质荷比 D 年度工作概述 15 未知纯净物 确定实验式 确定分子式 确定分子结构 通过元素分析仪测定元素组成与含量 通过质谱确定相对分子质量 通过红外光谱确定化学键与官能团 通过核磁共振谱确定CH原子种类、数量、环境 CH2 C3H6 C:85.7% H:14.3% M=42 C=C,C-C,C-H 3:2:1 (CH2)n 实例分析 课堂小结 分子结构测定 一、测定方法 1、早期：总结、推测 2、现代：多种仪器方法测定 二、红外光谱 1、原理 2、谱图分析：吸收峰——官能团或化学键 三、质谱 1、原理 2、谱图分析：m/z最大值——相对分子质量 四、一般步骤 未知物——实验式——分子式——分子结构 任务二 多样的分子空间结构 1.双原子分子 H2 O2 N2 HCl O=O N≡N H-Cl H-H 直线型 两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？ 大多数分子是由两个以上的原子构成的，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。 年度工作概述 18 任务二 多样的分子空间结构 2.三原子分子 直线型和V型 三个原子构成的分子，将这3个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？ 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 H H O C O O O=C=O H H O 180° 直线形 105° V 形 （角形） H H O C O O O=C=O 年度工作概述 19 任务二 多样的分子空间结构 3.四原子分子 平面三角形和三角锥形 四个原子构成的分子，将这4个原子看成四个点，则它们在空间上可能构成几种形状？ 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 甲醛 CH2O NH3 C H O H H H N H 约 120° 平面三角形 107° 三角锥形 O=C H H H H N H 年度工作概述 20 任务二 多样的分子空间结构 3.四原子分子 四个原子构成的分子，将这4个原子看成四个点，则它们在空间上可能构成几种形状？ 乙炔 C2H2 180° P4 60° 直线形 三角锥形 BF3 120° 平面正三角形 其他空间结构 H2O2 年度工作概述 21 (二)问题探究 问题1　四原子分子一定都是平面三角形或三角锥形？ 提示　不一定。如乙炔分子(C2H2)是四原子分子，其空间结构为直线形。 乙炔 C2H2 180° 直线形 H2O2 任务二 多样的分子空间结构 4.五原子分子 四面体形 五个原子构成的分子，将这5个原子看成五个点，则它们在空间上可能构成几种形状？ 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 CH4 109°28′ （正） 四面体形 H H C H H C H H H H 年度工作概述 23 根据元素周期律并结合本节所学知识，推断出PH3、SiCl4分子的空间结构。 PCl3、SiCl4分子的空间结构分别为三角锥形、正四面体形。 NH3分子的空间结构为三角锥形，CCl4分子的空间结构为正四面体形，根据同族元素原子的最外层电子排布相同，形成分子的空间结构相似可以进行推断。 分子的空间结构与其稳定性有关 组成 结构 性质 用途 皇冠形S8更稳定 环己烷椅式结构比船式更稳定 P4 P4O6 P4O10 SF6 C2H5OH C2H6 C2H4 C2H2 3、判断正误 （1）键角为180˚的分子，空间结构是直线形 （2）键角为120˚的分子，空间结构是平面三角形 （3）空间结构是正四面体形，键角一定是109˚28´ （4）键角在90˚-109˚28´之间的分子，空间结构可能是V形 巩固练习 正确 正确 错误 错误 新课探究 任务1 多样的分子空间结构 几种常见分子的空间结构 (1)常见的空间结构为直线形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。 (2)常见的空间结构为V形的分子有H2O、H2S、SO2等。 (3)常见的空间结构为平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等。 (4)常见的空间结构为三角锥形的分子有PH3、PCl3、NH3等。 (5)常见的空间结构为正四面体形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。 总结 4、下列物质分子的空间结构与CH4相同的是（ ） A. H2O B. P4 C. NH3 D. CO2 B 5、D、E、X、Y、Z是周期表中的前20号元素，且原子序数逐渐增大。它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、角形(V形)、直线形。回答下列问题： (1)Y的最高价氧化物的化学式为 。 (2)上述5种元素中，能形成酸性最强的含氧酸的元素是 ,写出该元素的任意3种含氧酸的化学式： 。 (3)D和Y形成的化合物，其分子的空间结构为 。 (4)D和X形成的化合物，其化学键类型属于 。 (5)金属镁和E的单质在高温下反应得到的产物是 。 SO3 Cl HClO、HClO2、HClO3、HClO4 直线形 共价键 Mg3N2 C N Si S Cl 1.下列分子的空间结构错误的是(　　) 解析　NH3的空间结构是三角锥形，B项错误。 B 大本25页 2.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(　　) A.键角为180°的分子，空间结构是直线形 B.键角为120°的分子，空间结构是平面三角形 C.键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形 D.键角为90°～109°28′之间的分子，空间结构可能是V形 B 解析　苯分子的键角为120°，但其空间结构是平面正六边形，B错误； 大本25页 3. (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____________。 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)只有一种结构(不存在同分异构体) V形 直线形 ad 大本25页 2.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(　　) A.键角为180°的分子，空间结构是直线形 B.键角为120°的分子，空间结构是平面三角形 C.键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形 D.键角为90°～109°28′之间的分子，空间结构可能是V形 B 解析　键角为180°的分子，空间结构是直线形，例如CO2分子是直线形分子，A正确；苯分子的键角为120°，但其空间结构是平面正六边形，B错误；白磷分子的键角为60°，空间结构为正四面体形，C正确；水分子的键角为105°，空间结构为V形，D正确。 3.填空。 (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____________。 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)只有一种结构(不存在同分异构体) V形 直线形 ad 2.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是 A.键角为180°的分子，空间结构是直线形 B.键角为120°的分子，空间结构是平面三角形 C.键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形 D.键角为90°~109°28'之间的分子，空间结构可能是V形 √ 3.(1)H2S分子中，两个H—S夹角接近90°，说明H2S分子空间结构为　　　。  V形 (3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是　　　。  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)只有一种(不存在同分异构体) ad Valence-shell Electron-pair Repulsion 分子的空间构型 价层电子对互斥（VSEPR）模型 03 化学式 电子式 分子的空间结构 CO2 H2O CH2O NH3 CH4 化学式 电子式 分子的空间结构 孤电子对 σ键电子对 VSEPR模型 VSEPR模型 价层电子对= 中心原子σ键电子对 + 中心原子孤电子对 σ键和π键电子对 （多重键只计σ键电子对，不计π电子对）p44 Valence-shell Electron-pair Repulsion 分子的空间构型 价层电子对互斥（VSEPR）模型 03 分子空间结构的确定： 无孤电子对——VSEPR模型就是分子空间结构。 有孤电子对——先判断VSEPR模型，略去孤电子对，便得到分子空间结构。 分子的空间结构是中心原子的“价层电子对”相互排斥的结果。 价层电子对 互相排斥 尽可能远离 能量最低 最稳定 CH4、NH3 和H2O中心原子价层电子对数量相等， 为什么实验测得NH3 和 H2O 的键角均小于CH4 ？ 【思考交流】 107° 109°28′ 105° 分子的空间构型 价层电子对互斥模型 03 ·价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律： 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。 ·孤电子对有较大的排斥力,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。 1、σ键电子对数 ＝ 结合原子数 （可由化学式确定） P45 分子 中心原子 共价键 键数 键电子对数 H2O O O－H 2 NH3 N N－H 3 SO3 S S=O 3 分子的空间构型 价层电子对计算 04 2、孤电子对数P45 孤电子对数＝ ( a – x b) 2 1 H 为1 其他原子 为“8减去价电子数” 中心原子的价电子数 中心原子结合的原子数 中心原子结合的原子最多能接受的电子数 3 2 3 分子或离子 孤电子对数 价层电子 对数 VSEPR模型 分子或离子的 空间结构模型 CO2 SO2 CO32- NH4+ NH3 (4-2×2)÷2＝0 (6-2×2)÷2＝1 分子的空间构型 预测分子空间结构 05 (4+2-3×2)÷2＝0 (5-1-4×1)÷2＝0 (5-3×1)÷2＝1 0+2＝2 1+2＝3 0+3＝3 0+4＝4 直线形 平面三角形 平面三角形 正四面体 直线形 V形 平面三角形 正四面体 1+3＝4 四面体 三角锥形 【归纳小结】 预测分子空间结构的步骤P46 1.计算价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数 2.确定VSEPR理想模型 3.略去孤电子对，确定分子的空间结构 ·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p47 应用体验 1.正误判断 (1)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的 (2)SO2与CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同 (3)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的键角小于180° (4)根据价层电子对互斥模型可以判断H3O+与NH3的分子(或离子)的空间结构一致 × √ × √   √   √ 4.用价层电子对互斥模型完成下列问题(加“·”的原子为中心原子)。 2 2 3 2 2 2 1 1 V形 V形 三角锥形 V形 4 2 2 0 2 2 正四面体形 V形 V形 A.SO2： C.CS2： D.CH4： $$