2.2 分子空间结构 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 分子的空间结构 0 第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构 新课引入 分子是微观的，肉眼不能看到分子，科学家是怎样知道 分子的结构的呢？ 早年的科学家主要依靠对物质的化学性质进行系统总结，得出规律后进行推测。 一、分子结构的测定 1．分子结构的现代测定方法 现代科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法： 红外光谱、质谱法、晶体X射线衍射等。 X射线衍射仪 质谱仪 红外光谱仪 分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。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，再记录到图谱上呈现吸收峰。 通过和谱图库比对，或通过量子化学计算，可分析出分子中含何种化学键或官能团。 红外光谱法——分析出化学键或官能团 检测仪 样品 棱镜 光源 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫 紫外 红外 红外图谱 红外光谱 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 。 化学式：C2H6O 羟基 2.质谱仪——测定分子的相对分子质量 质谱仪原理示意图 质谱仪的测定原理：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，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的相对分子质量。 相对分子质量＝最大质荷比 有机分子离子或碎片离子的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。质谱图中质荷比的最大值等于样品分子的相对分子质量（与相对丰度无关）。 如右图为甲苯的质谱图，其相对分子质量等于最大质荷比，故甲苯的相对分子质量为92 找质荷比最大的数据，为失去1个e-的情况 练习 1.如图所示某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为 A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2CH2COOH C.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCH2COOH √ 2.如图有机物A质谱图，则A的相对分子质量是 A.29　　　　B.43　　　　C.57　　　　D.72 √ 大多数分子是由两个以上原子构成的，分子就有了原子的几何学关系和形状，即分子的空间结构。 O2 HCl 双原子分子的结构为直线形。 二、多样的分子空间结构 1、三原子分子的空间结构 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 O : : : C O : : : : : H : O H : : : O=C=O 180° 直线形 V形 105° ——直线形和V形 2、四原子分子的空间结构 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 CH2O NH3 H : C O : : : : : H H : N H : : : H 120° 107° 平面三角形 三角锥形 ——平面三角形和三角锥形 3、五原子分子的空间结构 ——正四面体形 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 CH3Cl / 109°28' 正四面体形 H : C H : : : H H 四面体形 一些分子的空间结构模型 【资料卡片】P44 正八面体形 足球烯 皇冠形 • 己烷 > 分子空间结构与其稳定性有关 正四面体 键角60° →研究分子的空间结构的意义 13 思考与讨论 CO2和H2O都是三原子分子，NH3和CH2O都是四原子分子，为什么它们的空间结构不同？ 三原子分子 四原子分子 CO2 H2O NH3 直线形 V形 三角锥形 CH2O 平面三角形 1．价层电子对互斥模型(VSEPR模型) 三、价层电子对互斥模型 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 相互排斥 彼此远离 能量最低、最稳定 σ键电子对 中心原子上的孤电子对 价层电子对 VSEPR模型： 价层电子对数目： 2 3 4 5 6 直线形 平面三角形 正四面体形 三、价层电子对互斥模型 三角双锥形 八面体形 1．价层电子对互斥模型(VSEPR模型) 16 2．价层电子对的计算 (1) 中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数 (2) σ键电子对数的计算 由化学式确定，即中心原子连接几个原子，就有几个σ键电子对 如H2O分子中， O有2个σ键电子对；NH3分子中， N有3个σ键电子对。 (3)中心原子上的孤电子对数的计算 ①根据电子式确定 0对 1对 2对 (3)中心原子上的孤电子对数的计算 ②中心原子上的孤电子对数＝(a－xb) a：中心原子的价电子数 b：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－该原子的价电子数） ( 主族元素：原子最外层电子数 ) x：与中心原子结合的原子数 三、价层电子对互斥模型 练习:1.确定下列分子的价层电子对数 分子 中心原子上的σ键电子对数 a x b 中心原子上的孤电子对数 CO2 SO2 BF3 SF6 HClO CH2O 2 4 2 2 0 3 3 3 1 0 2 6 2 2 1 6 6 6 1 0 2 6 2 1 2 3 4 0 练习:2.确定下列离子的价层电子对数 分子 中心原子上的σ键电子对数 a x b 中心原子上的孤电子对数 NH4+ H3O+ CH3+ 4 5-1 4 1 0 3 4-1 3 1 0 3 6-1 3 1 1 阳离子：a＝中心原子价电子数－离子的电荷数 练习:2.确定下列离子的价层电子对数 分子 中心原子上的σ键电子对数 a x b 中心原子上的孤电子对数 SO32- NO3- ClO4- 3 6+2 3 2 1 4 7+1 4 2 0 3 5+1 3 2 0 阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数 VSEPR模型与分子的空间结构一致。 中心原子有孤电子对的分子： 中心原子无孤电子对的分子： 先判断VSEPR模型，后略去孤电子对，得到分子的空间结构。VSEPR模型与分子的空间结构不一致。 3．VSEPR模型的应用——预测分子或离子空间结构 （1）基本思路：ABn型分子 分子 或离子 σ键 数目 孤电子对数 中心原子价层电子对数 VSEPR模型 VSEPR 模型名称 分子或离子的空间结构 分子或离子的空间结构名称 CO2 CH4 2 3 4 0 0 0 直线形 平面三角形 正四面体形 直线形 平面三角形 正四面体形 （2）实例分析： ①中心原子无孤电子对的分子或离子 目标二 价层电子对互斥模型的应用——预测分子空间结构 2 3 4 3．VSEPR模型的应用——预测分子或离子空间结构 （2）实例分析： ②中心原子有孤电子对的分子 分子 或离子 σ键 数目 孤电子对数 中心原子价层电子对数 VSEPR模型 VSEPR 模型名称 分子或离子的空间结构 分子或离子的空间结构名称 NH3 H2O SO2 2 2 2 1 1 3 四面体形 V形 V形 四面体形 平面三角形 三角锥形 4 4 3 3．VSEPR模型的应用——预测分子或离子空间结构 (1)若ABn型分子中存在双键或三键，则价层电子对互斥模型把 双键或三键作为一个电子对看待。 (2)孤电子对有较大斥力，含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于 VSEPR模型的预测值。 价层电子对间斥力大小一般规律： 孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子－与成键电子对 随着孤电子对数目增多，成键电子对间斥力减小，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。 特别提醒 分子 或离子 中心 原子 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 HCN COCl2 SOCl2 OF2 PCl5 SF6 练习： C C P S S O 2 3 5 6 3 2 0 0 0 0 1 2 2 3 5 6 4 4 四面体形 三角锥形 平面三角形 平面三角形 直线形 直线形 四面体形 V形 三角双锥形 三角双锥形 正八面体形 正八面体形 若电子越集中在中心原子附近，键角越大 NH3 PH3 NH3 NF3 > > 比较键角的大小 1.VSEPR模型可用来预测分子的空间结构。下列微粒的VSEPR模型与其粒子的空间结构不一致的是 √ A.SO3　　　　B.O3　　　　C.OF2　　　　D.NH3 √ 2.经过X射线衍射实验发现，I3AsF6中存在　，下列粒子的VSEPR模型与空间结构都与　相同的是 即学即练 3.下列粒子中，与NO3-空间结构最相似的是 ( ) A.HCN B.H3O+ C.SO2 D.CH2O D 4.用 VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构，其中不正确的是 ( ) A. NH4+为正四面体形 B. CS2为直线形 C. HCN为V形 D. PCl3为三角锥形 C 即学即练 即学即练 5.美国化学家鲍林教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能大体上想象出这种物质的分子结构模型。多核离子所带电荷可以认为是中心原子得失电子所致，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面上的一组是 √ 6.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____________； _________； _____； HCHO____________；HCN________。 平面三角形 直线形 V形 平面三角形 直线形 (2)利用价层电子对互斥模型推断键角的大小： ①SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角____120° (填“>”“<”或“＝”，下同) 。 ＜ ②PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角_____109°28′。 ＜ 即学即练 Ieq \o\al(＋,3) Ieq \o\al(＋,3) A.SO2 B.NHeq \o\al(＋,4) C.HCN D.ClOeq \o\al(－,4) A.NOeq \o\al(－,2)和NHeq \o\al(＋,4) B.H3O＋和ClOeq \o\al(－,3) C.NOeq \o\al(－,3)和COeq \o\al(2－,3) D.POeq \o\al(3－,4)和SOeq \o\al(2－,4) NO NO $$