2.2.1 分子空间结构 价层电子对互斥模型 课件-2025-2026学年高二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 课时1 分子的空间结构 价层电子对互斥模型 2026/1/19 2 素养目标 2024级化学组江福胜 化学观念：认识分子空间结构的多样性，理解分子空间结构与成键方式的关联，建立 “价层电子对相互作用影响分子空间结构” 的核心认知。 科学思维：能运用价层电子对互斥模型分析简单分子的空间结构，通过对不同分子结构的对比辨析，提升微观探析与模型认知能力。 科学探究与创新意识：结合分子结构测定的相关实例，尝试运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构，提出合理的探究验证思路。 科学态度与社会责任：认识分子空间结构对物质性质的影响及在材料研发等领域的应用价值，体会化学模型在认识物质结构中的重要作用，培养严谨的科学认知态度。 P4O6 SF6 NH3 P4 一些分子的空间结构模型 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？ 课堂导入 2026/1/19 3 2024级化学组江福胜 早年的科学家主要靠对物质的____________进行系统总结得出规律后进行推测。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 、 等。 红外光谱仪 化学性质 红外光谱 晶体X射线衍射 一、分子结构的测定 2026/1/19 4 2024级化学组江福胜 分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。原子与原子结合依靠的是原子间的化学键，这些化学键就像弹簧，通过震动来化解原子间的伸缩振动，从而保持物质的状态。 (1)红外光谱在测定分子结构中的应用 可近似地看成谐振子的简谐振动 分子的空间结构是分子中的原子处于平衡位置时的模型 乙醛分子空间结构模型 一、分子结构的测定 2026/1/19 5 2024级化学组江福胜 当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些 的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现 。通过和已有 比对，或通过 计算，可以得知各吸收峰是由哪种 、哪种 方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种 。 或 的信息。 化学键 吸收峰 谱图库 量子化学 化学键 振动 化学键 官能团 红外光谱仪原理示意图 一、分子结构的测定 (1)红外光谱在测定分子结构中的应用 2026/1/19 6 2024级化学组江福胜 分子 不断振动 一束红外线 吸收红外线 (与化学键振动频率相同) 红外图谱 分析出 化学键或官能团 对比 量子化学计算 2026/1/19 7 2024级化学组江福胜 一、分子结构的测定 (1)红外光谱在测定分子结构中的应用 O－H：3300 ~ 3600 C－O：1000 ~ 1300 －COOH：1500 现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。 质谱仪 (2)质谱法在测定分子相对分子质量中的应用 一、分子结构的测定 2026/1/19 8 2024级化学组江福胜 (2)质谱法在测定分子相对分子质量中的应用 一、分子结构的测定 2026/1/19 9 2024级化学组江福胜 分子 分子离子 碎片离子 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 在质谱仪中使分子失去电子变成带 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。 正电荷 质荷比(粒子的　　　　　与其　　　　　之比)　　　　　　为该物质的相对分子质量。 相对质量 电荷数 最大值 2026/1/19 10 2024级化学组江福胜 相对分子质量＝最大质荷比 甲苯的相对分子质量为92 同学们，通过质谱图你能测定出分子的相对分子质量吗？ 思考与讨论 2026/1/19 11 2024级化学组江福胜 【例2】某有机物样品的质荷比如图(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子多少有关)，则该有机物可能( ) A．CH3OH B．C3H8 C．C2H4 D．CH4 【例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 C D 2026/1/19 12 2024级化学组江福胜 课堂练习 单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构 大多数分子是由两个以上原子构成的，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。 三原子分子 化学式 电子式 分子的空间结构模型 结构式 键角 CO2 H2O O=C=O 直线形 V形 180◦ 105◦ 二、多样的分子空间结构 2026/1/19 13 2024级化学组江福胜 四原子分子 化学式 电子式 分子的空间结构模型 结构式 CH2O NH3 平面三角形 三角锥形 键角 120◦ 107◦ 二、多样的分子空间结构 2026/1/19 14 2024级化学组江福胜 五原子分子 化学式 电子式 分子的空间结构模型 结构式 CH4 CCl4 正四面体形 正四面体形 键角 109°28′ 109°28′ 二、多样的分子空间结构 2026/1/19 15 2024级化学组江福胜 2026/1/19 16 2024级化学组江福胜 二、多样的分子空间结构 资料卡片 分子世界是如此异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。 分子空间结构与其稳定性有关。例如，图2-13中的S8像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式C6H12稳定。 一些分子的空间结构模型 三角双锥体 正八面体形 皇冠形 ［问题思考］ 四原子分子都是平面三角形或三角锥形吗？五原子分 子的空间结构都是正四面体形吗? 不是， 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 分子为正四面体形。 不是，、、 分子中碳原子所连接的四个原子不同，键角和键长不相等,不是正四面体形。 二、多样的分子空间结构 2026/1/19 17 2024级化学组江福胜 17 【例1】下列说法中不正确的是 (　) A．早年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 B．CH3CH2OH的红外光谱图中显示含有C—H、C—O、O—H等键 C．质谱仪的基本原理是在质谱仪中使分子得到电子变成分子离子和碎片离子等粒子 D．化学家根据质谱图中最大质荷比推测被测物的相对分子质量 C 2026/1/19 18 2024级化学组江福胜 课堂练习 【例2】下列分子的结构模型正确的是(　 ) A．CO2的结构模型: B．H2O的结构模型: C．NH3的结构模型: D．CH4的结构模型: D 2026/1/19 19 2024级化学组江福胜 课堂练习 【课堂评价6】(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_______。 V形 直线形 (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 2026/1/19 20 2024级化学组江福胜 课堂练习 美丽的化学结构 ——换一种方式打开化学世界 腺嘌呤晶体 五叶结分子 绿宝石晶体 准晶 DNA 病毒 DNA宇宙飞船 左翼尾翼右翼 2026/1/19 21 2024级化学组江福胜 2026/1/19 22 2024级化学组江福胜 测定 红外光谱法 化学键或官能团 多样的分子空间结构 相对分子质量 分子的空间结构 测定 测定 质谱法 三原子分子 四原子分子 五原子分子 其他多原子分子的空间结构 2026/1/19 23 2024级化学组江福胜 小结 2026/1/19 24 2024级化学组江福胜 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？ 2026/1/19 25 2024级化学组江福胜 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。 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 26 2024级化学组江福胜 问题1：请同学们观察上述分子的电子式，找出它们成键电子的不同点？ 孤电子对 成键电子对 孤电子对：未用于形成共价键的电子对 问题2：请同学们观察上述分子的电子式，再对照其球棍模型，运用分类、对比的方法，分析结构不同的原因。 结论：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，影响其分子的空间结构。 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 27 2024级化学组江福胜 分子的空间结构除了和中心原子与结合原子间的成键电子对有关，还和中心原子的孤电子对有关，两者合称为中心原子的“价层电子对”。 价层电子对 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 28 2024级化学组江福胜 ABn型 1．价层电子对互斥模型(即VSEPR model)的内容 中心原子A的价层电子对(包括成键的 和未成键的 )之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对 最弱的那种结构，以使彼此之间 最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。 σ键电子对 孤电子对 相互排斥 斥力 分子或离子 简单地说，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。 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 29 2024级化学组江福胜 (1)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。 例如：H2O分子中， O有 对σ键电子对。NH3分子中， N有 对σ键电子对。 2 3 H2O NH3 ★中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数 若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥模型把双键或三键作为一对电子对看待 2．价层电子对的计算 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 30 2024级化学组江福胜 2．价层电子对的计算 ★中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数 (2)中心原子上的孤电子对数的计算 1 2 (a－xb) 中心原子上的孤电子对数＝ a表示中心原子的价电子数； x表示与中心原子结合的原子数 b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 31 2024级化学组江福胜 2．价层电子对的计算 ★中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)/2 σ键电子对数 ＝与中心原子结合的原子数 对于原子：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为与中心原子结合的其它原子最多能接受的电子数(H为1，其他原子为“8－价电子数) 价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 32 2024级化学组江福胜 (1)主族元素的族序数=最外层电子数=价电子数 (2)最多能接受的电子数=8－价电子数 课堂练习 2026/1/19 33 2024级化学组江福胜 求SO2分子的价层电子对数。 σ键电子对数 ＝与中心原子结合的原子数=2 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)/2 a=6，x=2，b=2 =2 =2+1=3 如何确定CO32－和NH4+的中心原子上的孤电子对数? 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)/2 a=4+2，x=3，b=2 =0 CO32－ NH4+ 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)/2 a=5－1=4，x=4，b=1 =0 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 34 2024级化学组江福胜 2．价层电子对的计算 ★中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)/2 σ键电子对数 ＝与中心原子结合的原子数 对于原子：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为与中心原子结合的其它原子最多能接受的电子数(H为1，其他原子为“8－价电子数) 价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数 主族元素：a＝最外层电子数 阳离子：价电子数－离子所带电荷数 阴离子：价电子数＋离子所带电荷数 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 35 2024级化学组江福胜 3．价层电子对互斥模型(VSEPR model)空间构型 价层电子对数分别为2、3、4对时，电子在空间的伸展方向如下所示时，彼此之间的排斥力最小，分子体系能量最低，最稳定。 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 36 2024级化学组江福胜 3．价层电子对互斥模型(VSEPR model)空间构型 直线形 平面三角形 正四面体形 价层电子对数目 2 3 4 VSEPR模型 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 37 2024级化学组江福胜 4．VSEPR模型的应用——预测分子空间结构 由价层电子对的相互排斥，得到含有孤电子对的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的 ，便可得到分子的空间结构。 孤电子对 (1) 中心原子不含孤电子对 分子 或离子 σ键电子 对数 孤电子 对数 VSEPR模型及名称 分子(或离子)的 空间结构及名称 CO2 CO32－ CH4 2 0 3 0 4 0 直线形 直线形 平面三角形 平面三角形 正四面体形 正四面体形 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 38 2024级化学组江福胜 4．VSEPR模型的应用——预测分子空间结构 (2) 中心原子含孤电子对 分子 或离子 价层电子对数 孤电子 对数 VSEPR模型及名称 分子的空间 结构及名称 NH3 H2O SO2 1 4 2 3 1 4 平面三角形 正四面体形 三角锥形 正四面体形 V形 V形 三、价层电子对互斥模型 2026/1/19 39 2024级化学组江福胜 注意事项： (1)中心原子上的价电子全部用于形成共价键的分子，即中心原子上无孤电子对，其空间结构与VSEPR模型相同，如CO2、CH4等。 (2)中心原子上有孤电子对时，其空间结构与VSEPR模型不同，如H2O、NH3等。 (3)利用公式(a－xb)计算中心原子的孤电子对数时，若出现小数，则采用近似值处理，如NO2分子中的σ键数是2，中心原子上的孤电子对数是×(5－2×2)=0.5≈1，则NO2分子中心N原子的价层电子对数是3，空间结构为V形。 2026/1/19 40 2024级化学组江福胜 价层电子对数 σ键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 实际空间结构 4 4 0 正四面体形 正四面体形 3 1 正四面体形 三角锥形 2 2 正四面体形 V形 3 3 0 平面三角形 平面三角形 2 1 平面三角形 V形 2 2 0 直线形 直线形 只要存在孤电子对，分子的实际空间构型和VSEPR模型就不同！ 三、价层电子对互斥模型 课堂练习 2026/1/19 41 2024级化学组江福胜   σ键电子对数 孤电子对数 空间结构 H2Se       BCl3       PCl3       SO2       SO42－       OF2       ClF2+       【例2】用价层电子对互斥模型完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。 2 2 V形 3 0 平面三角形 3 1 三角锥形 2 1 V形 4 0 正四面体形 2 2 V形 2 2 V形 预测分子的空间结构的步骤 01 计算中心原子的成键电子对数＝结合原子数 03 价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数 05 略去孤电子对，确定分子的空间结构 02 计算中心原子上的孤电子对数 04 确定VSEPR理想模型 2026/1/19 42 2024级化学组江福胜 1. 电子对之间的排斥力对键角大小的影响 孤电子对对相邻电子对的排斥更强烈，从而导致成键电子对之 间的夹角被压缩，即键角变小。中心原子杂化类型相同时，孤电子 对数越多，键角越小。 顺序：孤电子对之间的斥力 孤电子对与成键电子对之间的斥 力 成键电子对之间的斥力。 四、利用VSEPR比较分子键角 2026/1/19 43 2024级化学组江福胜 43 例2 (1)、、 的键角由大到小的顺序为_________________。 (2)分子中，键角______ (填“大于”“等于”或“小于”)。 小于 (3)卤族元素除元素外，、、 均可形成多种含氧酸根离子， 、、 中键角最大的是____(填序号)。 ② (4)回答下列问题: ①、、分子中、、 的键角 大小顺序为_________________________________。 课堂练习 2026/1/19 44 2024级化学组江福胜 44 ②分子中的键角___ (填“ ”或“ ”，下同)。 ③分子中，的键角___ 。 (4)回答下列问题: 课堂练习 ④俗称光气的氯代甲酰氯分子 的形状为____________，其分 子中有两种键角： 、 ，其中 的键角为 _______。 平面三角形 2026/1/19 45 2024级化学组江福胜 45 当分子或离子的中心原子杂化类型相同、孤电子对数也相同时，成键原子的电负性强弱直接影响成键电子对的偏移方向和偏移程度。 (1) 中心原子 结构相同且孤电子对数也相同， 中心原子的电负性越大，中心原子对成键电子对吸引力越大，成键电子对相对集中，空间斥力增大，键角越大；反之，键角越小。 (2) 中心原子相同、VSEPR 结构相同且孤电子对数也相同， 成键原子的电负性越大，成键原子对成键电子对吸引力越大，成键电子偏离中心原子，空间斥力变小，键角越小。 2. 中心原子/成键原子的电负性对键角大小的影响 四、利用VSEPR比较分子键角 2026/1/19 46 2024级化学组江福胜 46 VSEPR模型均为正四面体形，且都有1个孤电子对，但原子的电负性大于 原子，分子中成键电子对偏离，两个 的成键电子对间的斥力减小、可以靠得更近，所以 键角更小 例3 (1)的键角大于的键角 的原因为 _________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ____________________________________ 。 (2)的键角大于的键角 的原因为 _____________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 VSEPR模型均 为正四面体形，且都有1个孤电子对，但原子电负性更大， 分子中成键电子对更靠近中心原子，成键电子对间的斥力变大，键角变大 课堂练习 2026/1/19 47 2024级化学组江福胜 47 同一个粒子中不同共价键的键角，由于斥力：三键-三键 三键-双键 双键-双键 双键-单键 单键-单键,则键角大小不同。 3. 化学键类型对键角的影响 四、利用VSEPR比较分子键角 例4(1)乙烯( )分子中键角①___(填“> ”“< ”或“= ”，下同)键角②，原因是斥力大小：双键—单键___单键—单键。 (2)乙酸分子( )中的键角1______(填“大于”“等于”或“小于”)键角2，原因是_________________________________________。 大于 对的斥力大于对的斥力 2026/1/19 48 2024级化学组江福胜 48 Lavf58.12.100 $