2.2.1 分子空间结构测定 价层电子对互斥理论 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 第一课时 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 我们的肉眼不能直接观察到微观世界的分子和原子，那么科学家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进行推测。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。 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 一、分子结构的测定 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 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。 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 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。 红外光谱仪 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如上图所示，发现有O—H、C—H、和C—O的振动吸收。 因此，可以初步推测该未知物中含有羟基（—OH）。 例：已知某有机物的化学式为C2H6O。 透过率/% 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 质谱仪 现代化学常利用质谱仪（如上图）测定分子的相对分子质量。 一、分子结构的测定 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 质谱仪的基本原理（如下图所示）是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。 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉   湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 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 直线上？ 由两个原子构成的分子，若将这2个原子看成两个点，则它们 在空间上可能构成什么形状？ O2 HCl 无论组成元素是否相同，双原子分子一定是直线形。 二 多样的分子空间结构 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 在单原子分子(稀有气体)或双原子分子(如O2、HCl）中不存在分子的立体构型问题。但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。也就是所谓的分子的立体构型。 二 多样的分子空间结构 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 利用几何知识分析一下，空间分布的三个点有怎样的几何关系？ CO2 H2O 由三个原子构成的分子，若将这3个原子看成三个点，则它们在 空间上可能构成什么形状？ 直线形 V形（又称角形） 键角为180° 键角约为105° 二多样的分子空间结构 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 大多数四原子分子采取平面三角形和三角锥两种空间结构。 CH2O NH3 O＝C H H N H H H 化学式 结构式 分子的空间结构模型 平面三角形， 键角约为120° 三角锥形， 键角107° 二 多样的分子空间结构 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 四原子分子其他立体构型： C2H2 180°直线形 P4 60°正四面体形 BF3 120°平面正三角形 二 多样的分子空间结构 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 五原子分子的形状更多，最常见的是四面体形。 化学式 结构式 分子的空间结构模型 CH4 正四面体形， 键角109°28´ 二 多样的分子空间结构 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 C6H6 C8H8 多原子分子的空间结构 二 多样的分子空间结构 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 C60 C20 C40 C70 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 研究分子的空间结构的意义： ◆ 分子的空间结构与其性质有着密切关系。 ◆ 分子的空间结构与其稳定性有关。 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 第二课时 价层电子对互斥模型 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 同为三原子分子，为什么CO2 和 H2O 分子的空间结构却不同？ 直线形，键角为180° V形（或角形）， 键角约为105° 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 CH2O NH3 O＝C H H N H H H 化学式 结构式 分子的空间结构模型 平面三角形， 键角约为120° 三角锥形， 键角107° 同为四原子分子，为什么CH2O与 NH3 分子的的空间结构也不同？ 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 中心原子：对ABx型分子，B围绕A成键，则A为中心原子，x值为中心 原子结合的原子数。 孤电子对：未用于形成共价键的电子对。 价层电子对：指分子中的中心原子上的电子对。 预测分子的空间结构 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。 二、价层电子对互斥模型（VSEPR model） 包括 σ键电子对和中心原子上的孤电子对。 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 σ键电子对数可由分子式（ABx）确定 中心原子孤电子对数确定方法： 中心原子孤电子对数 其中：a为中心原子的价电子数； x为与中心原子结合的原子数； b为与中心原子A结合的原子B最多能接受的电子数 等于与中心原子结合的原子数x 中心原子的价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数 注：多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对。 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 【随堂练习】 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 25 代表物 电子式 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 CO2 CH4 : : : H O H : : : : H N H : H : : : H C H : H H O C O :: :: : : : : 2 3 4 2 2 2 4 3 1 4 4 0 4 2 0 2 【随堂练习】 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 分子或离子 a σ键 电子对数 中心原子上的孤电子对数 价层电子对数 SO2 NH4+ CO32- H3O+ SO42- 0 4 5-1=4 1 2 6 4+2=6 6-1=5 6+2=8 3 3 4 0 1 0 【随堂练习】 说明：阳离子，a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数 阴离子，a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数 3 4 3 4 4 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 多核离子所带电荷可以认为是中心原子得到 或失去电子导致 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 中心原子：对ABx型分子，B围绕A成键，则A为中心原子，x值为中心 原子结合的原子数。 孤电子对：未用于形成共价键的电子对。 价层电子对：指分子中的中心原子上的电子对，包括 σ键电子对和 中心原子上的孤电子对。 预测分子的空间结构 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。 二、价层电子对互斥模型（VSEPR model） 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 【要点】对ABx型的分子或离子，中心原子A的价层电子对（σ键电子对和中心原子的孤电子对）之间存在排斥力，将 使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上，分子尽可能 采取对称的空间构型。以使彼此之间斥力最小，分子体系 能量最低。 二、价层电子对互斥模型（VSEPR model） 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 （正）四面体形 平面三角形 价层电子对数： 直线形 2 VSEPR模型： 3 4 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 化学式 中心原子 孤电子对数 分子的价层电子对数 分子的空间结构 名称 CH4 BF3 CO2 0 4 正四面体形 2 直线形 3 平面三角形 0 0 请利用你学的“价层电子对互斥模型”预测下列分子的空间结构。 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 化学式 中心原子 孤电子对数 分子的价层电子对数 分子的空间结构 NH3 H2O 2 4 V 形 1 4 三角锥形 VSEPR模型含孤电子对，分子的空间结构指的是成键电子的立体构型，不包括孤电子对！故VSEPR模型与分子的空间结构不一定一致。 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。 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 化学式 中心原子 孤电子对数 分子的价层电子对数 分子的空间结构 名称 NH3 H2O 2 4 四面体形 V 形 1 4 四面体形 三角锥形 VSEPR模型 名称 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 中心原子上无孤电子对的分子或离子：VSEPR模型就是其分子或离子的空间结构。 中心原子上存在孤电子对的分子或离子：先由价层电子对数得出含有孤电子对的VSEPR模型，然后略去孤电子对在价层电子对互斥模型占有的空间，剩下的就是分子或离子的空间结构。 方法总结 注意区分VSEPR模型与分子的空间结构！ 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 化学式 含孤电子对的VSEPR模型 分子或离子的立体构型名称 分子或离子的空间结构名称 SO2 H3O＋ SO32- 三角锥形 V形 四面体形 平面三角形 四面体形 三角锥形 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 【思考】H2O的键角105°，NH3的键角107°，NO2-为的键角115°，为何这些微粒的键角都小于VSEPR模型的预测值？ 由于成键电子对受两个原子核的吸引，所以电子云比较“修长”，而孤对电子只受到中心原子的吸引，电子云比较“肥胖”，对邻近电子对的斥力较大，所以电子对之间的斥力大小顺序如下： 孤电子对—孤电子对>孤电子对—成键电子 >成键电子—成键电子 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 名称 分子或离子空间结构名称 2 3 2 0 直线形 3 0 2 1 价 层 电 子 对 数 平面三角形 V形 归纳整理 直线形 平面三角形 平面三角形 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 σ键电子对数 孤电子 对数 VSEPR模型 名称 分子或离子空间结构名称 4 4 0 3 1 2 2 正四面体 三角锥形 V形 正四面体 四面体 四面体 价 层 电 子 对 数 归纳整理 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 化学式 中心原子 孤电子对数 分子或离子的价层电子对数 VSEPR模型 名称 分子或离子的空间结构名称 SiF4 CS2 SO2 CHCl3 2 直线形 直线形 1 平面三角形 V 形 0 3 0 4 正四面体 正四面体 0 4 四面体 四面体 【随堂检测】 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 化学式 中心原子 孤电子对数 分子或离子的价层电子对数 VSEPR模型 名称 分子或离子的空间结构名称 HCN NH2－ NO3- SCl2 PO43－ 0 2 直线形 直线形 2 4 V 形 四面体形 0 3 平面正 三角形 平面正 三角形 2 4 四面体 V形 0 4 正四面体 正四面体 【随堂检测】 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 化学式 中心原子 孤电子对数 分子或离子的价层电子对数 VSEPR模型 名称 分子或离子的立体构型名称 H3O+ NH4+ SO32- CO32- 1 4 四面体 三角锥形 0 正四面体 正四面体 4 1 4 三角锥形 四面体形 0 3 平面正三角形 平面正三角形 【随堂检测】 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 1. 下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是 （ ） A. CO2 B. H2S C. PCl3 D. SiCl4 B 2. 下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是 （ ） A. H2O B. CO2 C. C2H2 D. P4 BC 随堂练习 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 3. 美国著名化学家鲍林（L.Pauling, 1901—1994）教 授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子 式，他就能通过“毛估”法，大体上想象出这种物质 的分子结构模型。请你根据价层电子对互斥理论， “毛估”出下列分子的空间构型。 PCl5 PCl3 SO3 SiCl4 三角双锥形 三角锥形 平面三角形 正四面体 随堂练习 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 刘芙蓉 1.计算下列分子中中心原子的孤电子对数： ①H2S ________；②PCl5________； ③BF3________；④NH3________。 2.计算下列分子中中心原子的价层电子对数： ①CCl4________；②BeCl2________； ③BCl3________；④PCl3________。 [答案]　1. ①2　②0　③0　④1 2. ①4　②2　③3　④4　 $