2.2 共价键与分子的空间结构 第2课时（教学课件）化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件聚焦价电子对互斥理论及分子空间结构与性质，通过复习杂化轨道理论导入，以“未知分子空间结构如何预测”驱动问题，衔接前后知识，提供VSEPR模型、价电子对数计算等学习支架。 其亮点在于结合科学思维与科学探究，通过活动探究（搭建分子模型）、实验分析（键角差异）及典型范例，培养模型建构与证据推理能力，如用公式计算孤电子对、分析NH₃和H₂O键角成因，助力学生深化理解，教师可提升教学效率。

第二章 微粒间相互作用与物质性质 第二节　 共价键与分子的空间结构 课时1 分子的空间结构与分子性质 鲁科版选择性必修2 价电子对互斥理论 1 知识导航 分子的空间结构与分子性质 2 知识导航 重点：价电子对互斥理论、分子的空间结构与分子极性。 难点：价电子对互斥理论、分子的空间结构与分子极性的应用。 1.理解价电子对互斥理论，能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结构。 2.知道手性分子的概念，会判断不对称碳原子。 明·教学目标 教学模型：问题驱动→概念建构→应用迁移 3.理解共价键的极性、分子的空间结构与分子极性的关系，学会判断简单分子极性的方法，并据此对分子的一些典型性质及其应用作出解释。 思考： 杂化轨道理论可以解释分子的空间结构，但对未知分子空间结构的预测性不强。未知分子的空间结构如何预测性呢？ 引·新课导入 杂化轨道理论解释 问题驱动 复习导入 01 价电子对互斥理论 探·知识奥秘 一、价电子对互斥理论 未知分子的空间结构如何预测？ 1940年，希吉维克和坡维尔在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。 这种理论模型后经吉列斯比和尼霍尔姆在20世纪50年代加以发展，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR。 探·知识奥秘 价电子对互斥（简称 VSEPR）理论能比较简便地定性预测分子的空间结构 一、价电子对互斥理论 1.价电子对互斥理论 ⑴基本观点是：分子中的中心原子的价电子对——成键电子对 （bp）和孤电子对（lp）由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。 价层电子对 成键电子对 成键电子对 孤电子对 孤电子对 n(价电子对数)＝成键电子对数+孤电子对数 探·知识奥秘 一、价电子对互斥理论 1.价电子对互斥理论 ⑴基本观点是：分子中的中心原子的价电子对——成键电子对 （bp）和孤电子对（lp）由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。 排斥力最小 A 探·知识奥秘 2.推测分子的空间结构方法 一、价电子对互斥理论 ⑴先分析分子中的中心原子的价电子对存在几个空间取向 ①两个原子间的成键电子不论是单键还是多重键，都看作一个空间取向； 成键电子对 孤电子对 ②一对孤电子对可看作一个空间取向。 n(价电子对数)＝成键电子对数+孤电子对数 ⑵分析不同价电子对数的空间取向 若 n 个价电子对全部是成单键的 电子对且没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，价电子对应尽量远离。 探·知识奥秘 一、价电子对互斥理论 ⑵分析不同价电子对数的空间取向 2 4 3 5 6 价电子对数： 空间取向： 立体结构： 直线形 平面三角形 正四面体形 三角双锥形 正八面体形 举例： VSEPR互斥模型 探·知识奥秘 3.价层电子对数的计算 ⑴σ键电子对可从分子式来确定（ABn型） ①n为σ键电子对数 一、价电子对互斥理论 A——中心原子， B——与A结合的原子 n——与A结合的原子数 例如：H2O中O的σ键电子对数是______； NH3 中的σ键电子对数是________。 2 3 探·知识奥秘 ①中心原子上的孤电子对数，可以通过写出该分子或离子的电子式来确定 3.价层电子对数的计算 ⑵中心原子孤电子对数的确定方法 一、价电子对互斥理论 中心原子上的 孤电子对数 0对 1对 2对 探·知识奥秘 请用价电子对互斥理论预测甲烷、乙烯、乙醇和乙酸的空间结构，并用棍棒、球等搭建它们的分子模型，或利用计算机软件绘制分子的模型。 中心原子上的孤电子对数，可以通过写出该分子或离子的电子式来确定，也可以利用如下公式来计算： 一、价电子对互斥理论 2 中心原子的价电子数—其他原子的未成对电子数之和 孤电子对数= 例如，H2O的中心原子为O原子，其价电子数为6，H原子的未成对电子数为1，可知： 氧原子上的孤电子对数= =2 2 6-1×2 析·典型范例 【例1】确定下列中心原子的孤电子对数 一、价电子对互斥理论 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的 孤电子对数 — 2 1 (a – xb) CO2 NH3 SO3 C 4 2 2 (4-2×2)÷2＝0 N 5 3 1 (5-3×1)÷2＝1 S 6 3 2 (6-3×2)÷2＝0 成键电子对和孤对电子对会影响分子的空间构型. 探·知识奥秘 一、价电子对互斥理论 4.根据VSEPR模型预测分子结构 探·知识奥秘 一、价电子对互斥理论 请用价电子对互斥理论预测甲烷的空间结构 甲烷 n(C)=4 中心原子价电子对数 甲烷分子的空间结构 CH4 中心原子上的孤电子对数 0对 正四面体形 VSEPR模型 正四面体形 探·知识奥秘 一、价电子对互斥理论 4.根据VSEPR模型预测分子结构 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 计算 找理论模型 略去孤电子对 探·知识奥秘 ⑴中心原子不含孤电子对 4.根据VSEPR模型预测分子结构 一、价电子对互斥理论 微粒 σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数 NH4+ 4 (4-4×1)÷2=0 4 价层电子对互斥模型 离子空间构型 略去孤电子对 四面体形 四面体形 探·知识奥秘 一、价电子对互斥理论 ⑵中心原子含孤电子对 4.根据VSEPR模型预测分子结构 微粒 σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数 NH3 3 (5-3×1)÷2=1 4 四面体形 三角锥形 价层电子对互斥模型 分子空间构型 略去孤电子对 探·知识奥秘 请用价电子对互斥理论预测乙烯、乙醇和乙酸的空间结构，并用棍棒、球等搭建它们的分子模型，或利用计算机软件绘制分子的模型。 一、价电子对互斥理论 乙烯 价电子对数(C)=3 孤电子对数=3 乙烯的空间结构：平面结构 乙醇 价电子对数(O)=4 价电子对数(C)=4 在乙醇分子中，羟基上的氧原子有两对成键电子对和两对孤电子对，价电子对共有四个空间取向；氧原子价电子对相互排斥而远离，呈四面体形，因此 C—O—H 呈角形。 探·知识奥秘 请用价电子对互斥理论预测乙烯、乙醇和乙酸的空间结构，并用棍棒、球等搭建它们的分子模型，或利用计算机软件绘制分子的模型。 一、价电子对互斥理论 乙酸 价电子对数(羟基O)=4 价电子对数(羧基C)=3 价电子对数(甲基C)=4 在乙酸分子中，羧基上的碳原子的价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，因此碳原子的价电子对共有三个空间取向，相互排斥而远离，因此 部分呈三角形。 探·知识奥秘 实验测得NH3的键角为107°，H2O的键角为105°，为什么NH3和H2O的键角均小于109°28′？ 一、价电子对互斥理论 109°28′ H C H H H 107° N H H H   105° O H H     CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子中O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小。 探·知识奥秘 ①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。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小, Ip-Ip> > lp-bp> bp-bp。 一、价电子对互斥理论 5.电子对之间的排斥与分子空间结构 109°28 CH4、NH3、H2O这三种分子的价电子对数为4,因此应该按四面体方向排布价电子对，但由于孤电子对排斥力大，使得氨分子中的键角为107. 3°,水分子中的键角为104. 5°。 探·知识奥秘 5.电子对之间的排斥与分子空间结构 一、价电子对互斥理论 ②当价电子对包含孤电子对且成键电子对中也有多重键时，由于它们之间的斥力不同，会对分子的空间结构产生影响。通常，多重键、成键电子对与孤电子对的斥力大小顺序可定性地表示为： 三键一三键＞三键－双键＞双键－双键＞双键－单键＞单键一单键 俗称光气的二氯甲醛分子（COCI2)的价电子对数为3,分子为平面三角形 由于存在碳氧双键，使得单键一双键的键角为124. 1°、单键一单键的键角为111. 8°. 探·知识奥秘 6.等电子原理 一、价电子对互斥理论 化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征，这是等电子原理的基本观点。 利用该原理可以判断一些简单分子或原子团的空间 结构 ①SO2- 4、PO3- 4 等离子具有 AX4 通式，价电子总数为 32，中心原子（S 和 P）采取 sp3 杂化，使整个离子呈四面体形空间结构； ②SO3 2-、ClO3 - 等离子具有 AX3 通式，价电子总数为26，中心原子（S 和 Cl）采取 sp3 杂化，由于存在 孤电子对，离子均呈三角锥形空间结构。 析·典型范例 【例2】试回答下列问题： （1）利用价电子对互斥理论推断下列分子或离子的空间结构： SeO3　　　　　　；NO2+　　　　　　； NO2−　　　　　　； HCHO　　　　　　； HCN　　　　　　。  （2）利用价电子对互斥理论推断键角的大小： ①SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角　　　　（填“>”“<”或“=”，下同）120°。  ②PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角　　　　109°28'。  （3）NH3与CH4分子中心原子杂化方式相同，均为　　　　杂化，但NH3的键角小于CH4的键角，原因是　　　　 　　　　。  一、价电子对互斥理论 三角形 直线形 角形 三角形 直线形 <　 <　 sp3 NH3分子中N有一对孤电子对，对成键电子对的斥力作用大，使得NH3分子键角减小 02 分子的空间结构与分子性质 探·知识奥秘 在日常生活中，你肯定会注意到身边的许多物体如建筑物、汽车、动物、植物甚至某些自然景观等，都显示出一定的对称性，并常常用“美”来描述它们。 二、分子的空间结构与分子性质 宏观物体具有对称性，那么，构成它们的微观粒子如分子也具有对称性吗？请以水、二氧化碳、氨、甲烷等分子为例，分析它们具有怎样的对称性。 探·知识奥秘 ⑴分子的对称性 二、分子的空间结构与分子性质 1.分子中的原子排布与对称性 ①轴对称：对于甲烷分子而言，以通过碳原子和氢原子的连线为轴旋转 120°或 240°时，分子完全恢复原状，我们称这条 连线为对称轴； ②通过碳原子和其中两个氢原子所构成的平面，分子被分割成相同的两部分， 我们称这个平面为对称面。 ③像这种依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子称为对称分子，分子所具有的这种性质称为对称性。 探·知识奥秘 ⑵分子的手性 1.分子中的原子排布与对称性 ①一种分子本身和它在镜中的像，就如同人的左右手，相似但不能重叠，我们称它们的表现为手性。 ②手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体。互为对映异构体的两种分子具有相反的旋光性。 二、分子的空间结构与分子性质 探·知识奥秘 ③在光通过某些化合物时，光波振动的方向会旋转一定的角度，这种性质称为旋光性。 二、分子的空间结构与分子性质 1.分子中的原子排布与对称性 ⑵分子的手性 ④手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体。互为对映异构体的两种分子具有相反的旋光性。 探·知识奥秘 1.分子中的原子排布与对称性 ⑶手性分子的判断 二、分子的空间结构与分子性质 对于仅通过单键连接其他原子的碳原子，当其所连接的四个原子或基团均不相同时 （如 CHBrClF），这个碳原子称为不对称碳原子。 手性碳原子 大多数的手性分子都含有不对称碳原 子，因此常用有无不对称碳原子推测分子是否为手性分子，进而判断分子有无旋光性。 探·知识奥秘 生命体对手性分子的“偏爱” 二、分子的空间结构与分子性质 自然界存在的糖大多为右旋体，氨基酸大多为左旋体。因为构成生命的重要物质如蛋白质和核酸等大多是由手性分子缩合而成的，所以生物体内进行的化学反应也往往选择性地“接纳”某种类型的手性分子。 人们在研究手性药物时发现，手性药物的两个对映异构体表现出来的生物活性往往是不同的，甚至是截然相反的。 “镇痛” “镇咳” 因此，药物的不对称合成已成为人们极为关注的研究领域。 探·知识奥秘 在酸式滴定管中加入四氯化碳，打开活塞让四氯化碳缓缓流下，可看到四氯化碳呈直线状垂直流入烧杯中。将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近四氯化碳液流，观察四氯化碳的流动方向是否发生变化；再向另一酸式滴定管中加入蒸馏水，进行同样的实验，观察实验现象. 二、分子的空间结构与分子性质 探·知识奥秘 思考 1. 使用四氯化碳、水做实验时，观察到的现象是否相同？ 2. 请画图分析四氯化碳分子和水分子中的化学键是极性键还是非极性键，电荷在化学键乃至整个分子中是如何分布的。这对你解释上述实验现象有什么启示？ 二、分子的空间结构与分子性质 探·知识奥秘 二、分子的空间结构与分子性质 2. 分子中的电荷分布与极性 ⑴实验现象及结论 实验 操作 现象 四氯化碳液流方向____ 水流方向_________ 结论 四氯化碳液流与橡胶棒___静电作用 水流与橡胶棒间___静电作用 不变 无 改变 有 探·知识奥秘 ⑵电荷在化学键乃至整个分子中的分布 画图分析四氯化碳分子和水分子中的化学键是极性键还是非极性键，电荷在化学键乃至整个分子中是如何分布的。 二、分子的空间结构与分子性质 2. 分子中的电荷分布与极性 极性键 极性键 δ+ δ- δ+ δ- δ- δ- δ- δ+ 正电重心和负电重心重合；CCl4分子中无正极和负极之分 正电重心和负电重心不重合; H2O中存在着带正电荷的正极和带负电荷的负极。 探·知识奥秘 ⑶分子的极性 ①极性分子：像水分子这样分子内存在正、负两极的分子，称为极性分子。 二、分子的空间结构与分子性质 2. 分子中的电荷分布与极性 H Cl H Cl δ+ δ- 极性分子的正、负电荷重心不重合，因此分子内存在正、负两极； 探·知识奥秘 二、分子的空间结构与分子性质 ⑶分子的极性 2. 分子中的电荷分布与极性 Cl Cl Cl Cl 非极性分子的正、负电荷重心重合，因此分子内不存在正、负两极。 ②非极性分子：像四氯化碳分子这样分子内不存在正、负两极的分子，称为非极性分子。 探·知识奥秘 二、分子的空间结构与分子性质 δ- δ+ δ+ δ+ CH4  分析水、氨、二氧化碳和甲烷等分子中各原子的带电情况，指出其中的极性分子和非极性分子并说明理由。 正、负电荷重心不重合的是极性分子 正、负电荷重心重合的是非极性分子 探·知识奥秘 ⑷分子极性的判断 二、分子的空间结构与分子性质 2. 分子中的电荷分布与极性 ①双原子分子的极性：极性键→极性分子，非极性键→非极性分子 ②多原子分子的极性：正、负电荷重心重合的是非极性分子，正、负电荷重心不重合的是极性分子。 3.分子极性对物质性质的影响 ①在相对分子质量相同的情况下，极性分子构成的物质比非极性分子构成的物质具有更高的沸点。 探·知识奥秘 ②一般情况下，由极性分子构成的物质易溶于极性溶剂，由非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂。 这就是我们常说的“相似相溶”原理 二、分子的空间结构与分子性质 如油脂、石油的成分难溶于水，而溶于非极性或极性较小的溶剂。 3.分子极性对物质性质的影响 探·知识奥秘 分子的亲水性与疏水性 二、分子的空间结构与分子性质 分子中极性较大的基团具有亲水性，极性较小的基团具有亲脂性（或称为疏水性）。有些分子中既含有亲水性的基团，又含有疏水性的基团，由这类分子构成的物质称为表面活性剂。 析·典型范例 二、分子的空间结构与分子性质 【例1】回答下列问题 ①H2　②O2　③HCl　④P4　⑤C60　⑥CO2　⑦CH2==CH2　⑧HCN　 ⑨H2O　⑩NH3　⑪BF3　⑫CH4　⑬SO3　⑭CH3Cl　⑮Ar　⑯H2O2 (1)只含非极性键的是_________； 只含极性键的是___________________，既含极性键又含非极性键的是_____。 (2)属于非极性分子的是_______________________， 属于极性分子的是_____________。 ①②④⑤ ③⑥⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭ ⑦⑯ ①②④⑤⑥⑦⑪⑫⑬⑮ ③⑧⑨⑩⑭⑯ 理·核心要点 分子的空间结构与分子性质 价电子对互斥理论 分子的空间结构与分子性质 价电子对互斥理论 推测分子的空间结构方法 分子中的原子排布与对称性 分子中的电荷分布与极性 分子极性对物质性质的影响 价层电子对数的计算 根据VSEPR模型预测分子结构 电子对之间的排斥与分子空间结构 等电子原理 练·技能实战 1.下列物质中，分子的空间结构与氨分子相似的是( ) A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 C 2.下列微粒中，中心原子含有孤电子对的是( ) A.SiH4 B.H2O C.CH4 D. NH4+ B 练·技能实战 3.等电子体的结构相似、物理性质相似，下列各对粒子中，空间结构相似的是 （　　） A.SO2与O3 B.CO2与NO2 C.CS2与NO2 D.PCl3与BF3 A 练·技能实战 4.下列说法不正确的是 （　　） A.互为对映异构体的分子互为镜像 B.利用手性催化剂可主要得到一种手性分子 C.对映异构体分子组成相同 D.对映异构体性质相同 D 练·技能实战 5.维生素C的结构简式是 ，它能防治坏血病，该分子中的不对称碳原子（　　） A.1 B.2 C.3 D.4 B 6.下列中心原子采取sp2杂化且为非极性分子的是( ) A.CS2 B.H2S C.SO2 D.SO3 D 感谢 您的聆听 THANKS https://www.zxxk.com/user/13354804 鲁科版选择性必修2 $