2.2 分子的空间结构 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 复习 思考 分子结构包括共价键和空间构型，如何测定分子的结构？ 红外光谱、晶体X射线衍射等 分子结构的测定 5 分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。分子的空间结构是分子中的原子处于平衡位置时的模型。 6 分子振动需要能量，所以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，记录到图谱上呈现吸收峰。 7 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 8 红外光谱：确定化学键或官能团 晶体X射线衍射：测定分子空间构型 分子结构的测定 9 【科学·技术·社会】 质谱 测定分子量 10 二、多样的分子空间结构 多样的分子空间构型 1. 双原子分子 直线型 H2 HCl 化学式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称 CO2   H2O   二、多样的分子空间结构 O==C==O 180° 105° 直线形 V形 2. 三原子分子 直线型 、V形 多样的分子空间构型 化学式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称 CH2O   NH3   二、多样的分子空间结构 3. 四原子分子 平面三角形、三角锥形…… 107° 平面三角形 三角锥形 约120° 多样的分子空间构型 化学式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称 CH4   CCl4   二、多样的分子空间结构 4. 五原子分子 四面体形 …… 109°28′ 正四面体形 109°28′ 正四面体形 多样的分子空间构型 5.其它多原子分子的空间构型 多样的分子空间构型 CO2 直线形 H2O V形 CO2和H2O都是三原子分子，为什么它们的空间结构不同？ 思考 CO2 H2O 化学式 电子式 分子的空间结构模型 多原子分子中哪个原子决定分子的空间构型？ HCN 直线型 成键电子对 孤电子对 中心原子的哪些电子对决定分子空间构型？ 如何确定分子的空间构型？ “气球空间互斥”类比“电子对互斥” 电子对数 电子对互斥 气球空间互斥 空间结构 2 3 4 直线形 平面三角形 正四面体形 CO2 H2O CH2O NH3 CH4 化学式 电子式 分子的空间结构模型 Valence Shell Electron Pair Repulsion ——预测分子的空间结构 价层电子对互斥模型（VSEPR模型） 价层电子对互斥模型要点有： 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。 Valence Shell Electron Pair Repulsion ——预测分子的空间结构 价层电子对互斥模型（VSEPR模型） 中心原子的价层电子对 互相排斥 尽可能远离 能量最低 最稳定 价层电子对互斥模型（VSEPR模型） 中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数 价层电子对数 2 3 4 形状名称 价层电子对 互斥模型 直线形 平面三角形 正四面体形 价层电子对互斥模型（VSEPR模型） 中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数 σ键电子对数 = 结合原子数 孤电子对数 = CH4 ×(4-4×1)＝0 NH3 ×(5-3×1)＝1 H2O ×(6-2×1)＝2 2 1 2 1 2 1 中心原子上的孤电子对数 ＝－(a xb) 1 2 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原子最多能接受的电子数。 中心原子上的孤电子对数 ＝－(a xb) 1 2 计算中心原子的孤电子对数 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子的 孤电子对数 CO2 SO2 CO NH + 4 2 3 C 4 2 2 S 6 2 2 C 4＋2＝6 3 2 N 5－1＝4 4 1 阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数 阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值) x和b的计算方法不变 4－2×2 2 ＝0 6－2×2 2 ＝1 4＋2－3×2 2 ＝0 5－1－4×1 2 ＝0 算一算 ＝－(a xb) 1 2 分子或离子 中心原子 孤电子对数 价层电子对数 (σ键对＋孤对 ) VSEPR模型 分子或离子 的空间结构 CO2 C SO2 S CO3 C NH4 N 应用VSEPR模型，预测下列微粒的空间结构。 2 + 直线形 直线形 平面 三角形 V形 平面 三角形 平面 三角形 正四面体形 正四面体形 2＋0＝2 2＋1＝3 3＋0＝3 4＋0＝4 0 1 0 0 预测 分子或离子 中心原子 孤电子对数 价层电子对数 (σ键对＋孤对 ) VSEPR模型 分子或离子 的空间结构 CO2 C SO2 S H2O O 直线形 直线形 平面 三角形 V形 2＋0＝2 2＋1＝3 0 1 2 2＋2＝4 四面体形 V形 思考 都是三原子分子，为什么空间结构有差异？ 用VSEPR模型预测分子空间结构的一般思路 σ键对＋孤对 小结 识别 中心原子 计算 价层电子对数 确定 VSEPR模型 略去孤电子对 得到分子结构 应用VSEPR模型，预测下列微粒的空间结构。 BF3 H3O+ SO32- SO42- O3 BeCl2 NO2- NF3 练一练 分子或离子 中心原子 孤电子对数 价层 电子对数 VSEPR模型 分子或离子 的空间结构 BF3 H3O+ SO SO O3 BeCl2 NO2- NF3 2- 3 2 4 B 0 3＋0＝3 平面三角形 平面三角形 O 1 3＋1＝4 四面体形 三角锥形 S 1 3＋1＝4 四面体形 三角锥形 0 S 4＋0＝4 正四面体形 正四面体形 O 1 2＋1＝3 平面三角形 V形 Be 0 2＋0＝2 直线型 直线型 N 1 3＋1＝4 四面体形 三角锥形 N 1 2＋1＝3 平面三角形 V形 思考 价层电子空间构型都是四面体形，为什么键角不相等？ 价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律： 孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－成键电子对。 价层 电子对数 2 3 4 VSEPR 模型 分子或离子的空间结构 典型例子 平面三角形 平面三角形 V形 直线形 直线形 CO2 BF3 CO3 2 SO2 CH4 NH4 + NH3 H3O + H2O 正四面体形 正四面体形 三角锥形 V形 小结 思考 H2O中O的价层电子的2个单电子在两个p轨道中，为什么水分子的键角不是90。？ 2s 2p 34 x y z 思考 CH4中C的价层电子只有2个单电子，为什么能与4个H成键？且是正四面体结构？ 2s 2p 35 思考 杂化轨道理论 1931年由鲍林（Pauling L）等人在价键理论的基础上提出，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。 杂化轨道的含义 在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。 杂化轨道理论的要点 (1) 原子在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。 (2) 杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目)，且杂化轨道的能量相同。 杂化轨道理论的要点 (3)杂化改变了原子轨道的能量、形状和方向。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，成键时根据最大重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠，重叠程度更大，形成的共价键更牢固。 杂化轨道理论的要点 (4)为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。 杂化轨道的类型 2p 2s 2s 2p sp3 4个 sp3 杂化轨道 跃迁 sp3杂化 基态 激发态 sp3杂化 CH4 杂化轨道的类型 sp2杂化 BF3 2s2p轨道 2s 2p 2s 2p 3个sp2杂化轨道 跃迁 sp2杂化 2s 2p 2s 2p 2个 sp 杂化轨道 跃迁 sp杂化 杂化轨道的类型 sp杂化 BeCl2 思考 H2O中O的价层电子的2个单电子在两个p轨道中，为什么水分子的键角不是90。？ 46 sp3杂化 2s 2p H2O分子 NH3分子 sp3杂化 2s 2p 分子 中心原子的杂化轨道类型 杂化轨道数 价层电子对数 VSEPR 理想模型 CH4 sp3 4 4 正四面体形 BF3 sp2 3 3 平面三角形 BeCl2 sp 2 2 直线形 H2O sp3 4 4 正四面体形 NH3 sp3 4 4 正四面体形 杂化轨道数 ＝ 价层电子对数 中心原子的杂化类型与VSEPR模型有什么关系？ 思考 49 VSEPR模型—预测分子的空间结构 杂化轨道理论—解释分子的空间结构 小结 50 确定中心原子 计算价层电子对数 VSEPR模型 预测 空间结构 确定中心原子的杂化轨道类型 原子总数 分子或离子 中心原子的 孤电子对数 价层 电子对数 杂化轨道的类型 分子或离子的空间结构 3 CS2 SO2 HCN 4 CH2O H3O+ 5 SO42- 用VSEPR模型和杂化轨道理论预测和解释分子的空间结构 练习 51 原子总数 分子或离子 中心原子的 孤电子对数 价层 电子对数 杂化轨道的类型 分子或离子的空间结构 3 CS2 0 2 sp杂化 直线形 SO2 1 3 sp2杂化 V形 HCN 0 2 sp杂化 直线形 4 CH2O 0 3 sp2杂化 平面三角形 H3O+ 1 4 sp3杂化 三角锥形 5 SO42- 0 4 sp3杂化 正四面体形 用VSEPR模型和杂化轨道理论预测和解释分子的空间结构 练习 52 思考 已知:乙烯是平面分子，键角为120o，分子中含有碳碳双键。 如何确定中心原子C的杂化类型？ 乙烯 C原子都是sp2杂化 乙炔是直线形分子，键角为180°，分子中含有碳碳三键。 乙炔分子的碳原子采用什么杂化？它的杂化轨道用于形成什么化学键？怎么理解它存在碳碳三键？ 思考 乙炔 C原子都是sp杂化 (1)发生轨道杂化的原子一定是中心原子(　　) (2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的(　　) (3)只有能量相近的轨道才能杂化(　　) (4)杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键(　　) (5)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键(　　) 判断正误 √ √ √ √ √ 小结 58 我国化学家唐敖庆等于1953年统一处理了s－p－d－f轨道杂化，提出了杂化轨道的一般方法，进一步丰富了杂化理论的内容。 他是中国现代理论化学的开拓者和奠基人。 VSEPR模型 分子的 空间结构 预测 光谱 解释 杂化轨道理论 测定 总结 60 用VSEPR模型和杂化轨道理论预测和解释PCl5、SF6分子的空间结构。 思考 PCl5 磷原子在形成PCl5分子时，除最外层s、p轨道参与杂化外，其3d轨道也有1个参加了杂化，称为sp3d杂化。 杂化后形成5个杂化轨道， 其中各有1个未成对电子。 5个杂化轨道指向三角双锥 的5个顶点，并与氯原子配 对成键。 sp3d杂化 62 SF6 sp3d2杂化轨道是由一个s轨道、三个p轨道和两个 d轨道组合而成，其特点是6个sp3d2杂化轨道指向 正八面体的六个顶点，相邻的夹角为90º 。 sp3d2杂化 63 2p 2s 2s 2p sp3 3个 sp2 杂化轨道 跃迁 sp2杂化 基态 激发态 sp2杂化 C2H4 2p 2s 2s 2p sp3 3个 sp2 杂化轨道 跃迁 sp杂化 基态 激发态 sp杂化 C2H2 2p 2s 2s 2p sp3 3个 sp2 杂化轨道 跃迁 sp杂化 基态 激发态 sp杂化 CO2 Lavf58.12.100 $