2.2.1分子的空间结构——价层电子对互斥模型 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二章 第二节 第3课时 《分子的空间结构》 人教版 选择性必修2 第二章 第二节 第2课时 价层电子对互斥模型 运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构 【学习目标】 1、认识微观结构对分子立体构型的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性； 2、能计算中心原子上的孤电子对数的计算； 3、在理解价层电子对互斥模型的基础上，对分子或离子的空间构型进行解释和预测。 【重点难点】 分子的世界形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。肉眼不能看到的分子，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。 下面先介绍红外光谱，下一章还将介绍晶体X射线衍射。 学习任务一：分子结构的测定 红外光谱法 学习任务一：分子结构的测定 原理：当红外线透过分子时，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。 6 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。 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 【思考交流】 红外光谱仪测定物质的化学键或官能团 2、质谱仪 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。 9 相对分子质量＝最大质荷比 甲苯的相对分子质量为92 质谱仪测定相对分子质量 10 应用体验 1.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是 A.核磁共振氢谱 B.质谱 C.红外光谱 D.紫外光谱 √ 2.某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图只有C—H、O—H、C—O的振动吸收，质谱法测得该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是 A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH(OH)CH3 C.CH3CH2OH D.CH3COOH √ 大多数分子是由两个以上原子构成的，由于原子间排列的空间顺序不一样，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。 学习任务二：多样的分子空间结构 1、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？ 迁移: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？ O2 HCl 2、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？ 迁移：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？ CO2 H2O 3. 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° 4.四原子分子的常见空间结构 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 BF3 NH3 CH2O 三角锥形 平面三角形 平面正三角形 H : N H : : : H 107° 120° H : C O : : : : : H 约120° 15 4. 四原子分子其他空间结构（直线形、正四面体形） C2H2 180° 直线形 P4 60° 正四面体形 97° 94° H2O2 四原子分子的空间结构大多数为平面三角形和三角锥形，也有的为直线形(如C2H2)、正四面体形(如P4)等。还有H2O2等特殊情况 5.五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 CH4 CH3Cl 109°28' 正四面体形 H : C H : : : H H 四面体形 P4 P4O6 P4O10 C60 椅式C6H12 船式C6H12 S8 SF6 正八面体形 6.其他多原子分子的空间结构 皇冠式 C60 C20 C40 C70 1.四原子分子都是平面三角形或三角锥形吗？ 提示　不是。H2O2分子的结构类似于一本打开的书，两个氧原子在两页书的交接处，两个氢原子分别在翻开的书的两页上。而白磷(P4)分子为正四面体形。 2.空间结构相同的分子，其键角完全相同吗？ 提示　不一定，如P4和CH4均为正四面体形，但P4的键角是60°，CH4的键角为109°28′。 深度思考 3. 三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，为什么它们的空间结构不同？分析分子的空间结构与哪些因素有关？ 深度思考 H2O NH3 HCN SO2 V形 三角锥形 直线形 V形 分子的空间结构影响因素： ①原子数目　②键长　③键角　④孤电子对 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，影响分子的空间结构。 1.内容 课本44 价层电子对互斥模型认为,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。 注： “价层电子对”是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。 多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对。 学习任务三：价层电子对互斥模型(VSEPR models) (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，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。 2.价层电子对的计算 分子 CO2 H2O NH3 成键电子对数（σ键电子对数） 中心原子 C O N 学习任务三：价层电子对互斥模型(VSEPR models) σ键电子对数=中心原子结合的原子数 2 2 3 学习任务三：价层电子对互斥模型(VSEPR models) (3)中心原子上的孤电子对数的计算 中心原子上的孤电子对数＝ (a－xb) ①a表示中心原子的价电子数； 对于主族元素：a＝ ； 对于阳离子：a＝ ； 对于阴离子：a＝ 。 ②x表示与 结合的原子数。 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，其他原子为 。 最外层电子数 中心原子 8-该原子的价电子数 价电子数-离子电荷数； =价电子数+|离子电荷数| 计算价层电子对数=中心原子的σ键电子对数+孤电子对数 代表物 中心原子结合的原子数 σ键 电子对数 孤电子对数 价层电子对数 H2O NH3 CH4 2 3 4 2 2 4 3 1 4 4 0 4 — 2 1 (a – xb) 思考讨论 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 SO2 NH4+ CO32- CO2 SO42- N 0 1 4 5-1=4 S 1 2 2 6 C 4 2 2 0 C 4+2=6 3 0 2 S 6+2=8 4 2 0 练习：几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数 化学式 价层电子对数 σ键电子对数 孤电子对数 HCN NH2－ H3O+ CHCl3 NH4+ SO42－ 2 2 3 4 4 4 02 10 00 2 4 4 4 4 4 中心原子的价层电子对之间存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥最弱的那种结构，以使彼此之间的排斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。 3.价层电子对的空间结构 (即VSEPR模型) 学习任务三：价层电子对互斥模型 价层电子对 相互排斥 彼此远离 能量最低、最稳定 价层电子对数 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 VSEPR 模型 VSEPR 模型名称 直线形 平面三角形 四面体形 三角双锥 八面体形 3.价层电子对的空间结构 (即VSEPR模型) 学习任务三：价层电子对互斥模型 略去VSEPR模型中中心原子上的孤电子对，便可得到分子或者的空间结构 熟记常见VSEPR模型 化学式 中心原子的价层电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 分子或离子的立体构型 分子或离子的立体构型名称 CO2 2 SO2 3 CH4 4 中心原子无孤电子对的分子：VSEPR理想模型就是其分子的空间结构。 直线形 直线形 平面三角形 平面三角形 正四面体 正四面体 应用练习1 化学式 路易斯结构式 含孤电子对的VSEPR模型 分子或离子的立体构型 分子或离子的立体构型名称 H2O NH3 V形 三角锥形 四面体形 四面体形 应用练习1 得到VSEPR模型以后，若分子的中心原子有孤电子对，略去孤电子对，才是该分子的实际空间构型。 价层电子对数 含孤电子对VSEPR模型 略去孤电子对数 价层电子对互斥理论 分子或离子的空间结构 【小结】VSEPR模型预测分子空间结构的步骤 分子或离子 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 0 C O O 直线形 直线形 3 0 C O O 平面三角形 平面三角形 2 1 S O O V形 平面三角形 应用练习1 VSEPR模型及名称 分子的立体构型及名称 应用练习2 3.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 √ 应用练习3 分子 COCl2 XeOF4 ClO3- 成键电子对数（σ键电子对数） 中心原子 C Xe Cl 深度思考2 1.我们用价层电子对互斥理论研究了ABn型分子或者离子的空间构型，那么对于非ABn型，我们该如何确定空间结构呢 若孤电子对为小数，应算1个电子对 2. NO2 、ClO2，我们该如何确定空间结构呢 3 5 3 神州十二号俯瞰地球 DNA分子双螺旋结构 石墨烯 C60 A.NO和NH B.H3O＋和ClO C.NO和CO D.PO和SO $$