第2章 第2节 第1课时 分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型-【优学精讲】2024-2025学年高中化学选择性必修2教用Word(人教版)

第二节　分子的空间结构 第1课时　分子结构的测定和多样性价层电子对互斥模型 【学习目标】　1.认识红外光谱、晶体X射线衍射等研究物质微观结构的方法。 2．通过对典型分子空间结构的学习，认识共价分子空间结构的多样性和复杂性。 3．通过对价层电子对互斥模型的探究，建立判断复杂分子空间结构的思维模型。 知识点一　分子结构的测定 1．测定分子结构常用红外光谱、晶体X射线衍射等现代仪器和方法。 2．红外光谱——分析化学键或官能团信息 如某未知物的红外光谱如下图所示。 通过该未知物的红外光谱图可发现有C—H、O—H和C—O的振动吸收，可以初步推测该未知物中含有____________。 3．质谱法——测定相对分子质量 甲苯分子的质谱图如下图所示。 通过甲苯分子的质谱图可推测甲苯的相对分子质量为____________。 [答案自填] 羟基　92 (1)利用红外光谱可分析分子中所含的官能团的信息(　　) (2)利用质谱法可测定分子的质量(　　) (3)粒子的实际质量与其电荷数之比，就是质荷比(　　) (4)质谱图中，质荷比的最大值就是样品分子的相对分子质量(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√ 1．TBC的一种标准谱图如下图所示，它是(　　) A．核磁共振氢谱 B．质谱 C．红外光谱 D．紫外光谱 答案：C 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。该有机化合物的相对分子质量是60。该有机化合物的结构简式可能是(　　) A．CH3CH2OCH3 B．CH3CH(OH)CH3 C．CH3CH2OH D．CH3COOH 解析：选B。A中不存在O—H；C中有机化合物的相对分子质量是46；D中还存在C===O。 3．下图是有机化合物A的质谱图。A的相对分子质量是(　　) A．29　　　 B．43　　　 C．57　　　 D．72 解析：选D。由有机化合物A的质谱图可以看出，最大质荷比为72，故A的相对分子质量为72。 知识点二　多样的分子空间结构 观察下列几种简单分子的空间结构模型，完成下表： 类型 化学式 结构式 键角 分子的空间结构 三原子分子 CO2 O===C===O ____ ________ H2O ____ ________ 四原子分子 BF3 ____ ________ NH3 ____ ________ 五原子 分子 CH4 ____ ________ CH3Cl － ________ 分析上表，分子的空间结构与________________有关。 ①原子数目　②键能　③键长　④键角 ⑤孤电子对 　(1)四原子分子都是平面三角形或三角锥形吗？ (2)空间结构相同的分子，键角完全相同吗？ 提示：(1)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(如下左图)。而白磷(P4)分子为正四面体形(如下右图)。 (2)不一定，如P4和CH4均为正四面体形，但P4的键角是60°，CH4的键角是109°28′。 [答案自填] 180°　直线形　105°　V形(角形) 120°　平面三角形　107°　三角锥形 109°28′　正四面体形　四面体形　①③④⑤ (1)所有的三原子分子都是直线形结构(　　) (2)甲醛分子呈平面三角形，键角约120°(　　) (3)正四面体形分子一定是五原子分子(　　) (4)SiCl4、SiH4、NH、CH3Cl均为正四面体形结构(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)× 几种常见分子的空间结构 (1)直线形的分子：BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。 (2)V形分子：H2O、H2S、SO2等。 (3)平面三角形分子：BF3、SO3、HCHO等。 (4)三角锥形分子：PH3、PCl3、NH3等。 (5)正四面体形分子：CH4、CCl4、SiH4、SiF4等。 (6)四面体形分子：CH3Cl、CH2Cl2等。 1．下列分子的空间结构模型或键角正确的是　(　　) A．CH4：109°28′　　　　 B．H2S： C．NH3：120° D．CO2： 解析：选A。A.甲烷是正四面体形结构，碳原子在正四面体中心，键角为109°28′，故A正确；B.H2S是V形结构，故B错误；C.NH3是三角锥形结构，键角为107°，故C错误；D.CO2是直线形结构，故D错误。 2．下列分子中，键角按由大到小顺序排列的是(　　) ①BCl3　②NH3　③H2O　④CH4 ⑤BeCl2 A．⑤④①②③ B．⑤①④②③ C．④①②⑤③ D．③②④①⑤ 解析：选B。①BCl3为平面三角形，键角为120°；②NH3为三角锥形，键角为107°；③H2O为V形，键角为105°；④CH4为正四面体形，键角为109°28′；⑤BeCl2为直线形，键角为180°。所以键角按由大到小顺序排列为⑤①④②③。 3．能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体形结构的是________(填字母)。 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)只有一种结构(不存在同分异构体) 解析：五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体形两种空间结构，若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种结构： 和 ；若为后者，则键角为109°28′，CH2Cl2只有一种结构。 答案：AD 知识点三　价层电子对互斥(VSEPR)模型 1．理论要点 (1)分子或离子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”(包括成键的____________和未成键的____________)相互排斥的结果。 (2)价层电子对之间相互排斥力最小的空间结构，体系能量最低，最稳定。 (3)多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对。 2．价层电子对数的计算 (1)中心原子上的价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数。 (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，就有几个σ键电子对。如H2O中的中心原子为O，O有____________个σ键电子对(O—H)；NH3中的中心原子为N，N有____________个σ键电子对(N—H)；SO3有______________个σ键电子对，SO有____________个σ键电子对。 (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为中心原子的价电子数。 对象 公式 主族元素 a＝原子的最外层电子数 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) ②x为与中心原子结合的原子数。 ③b为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“8减去该原子的价电子数”)。 3．价层电子对的空间结构(即VSEPR模型) 4．VSEPR模型的应用——预测分子或离子的空间结构 (1)基本思路 对于ABn型分子，利用VSEPR模型推测分子或离子空间结构的思路如下： (2)具体实例 ①中心原子不含孤电子对 分子或离子 中心原子上的价层电子对数 VSEPR模型及名称 分子或离子的空间结构及名称 CO2 ______ CO ______ CH4 ______ ②中心原子含孤电子对 分子 中心原子上的价层电子对数 中心原子上的孤电子对数 VSEPR模型及名称 分子的空间结构及名称 NH3 ______ ______ H2O ______ ______ SO2 ______ ______ 　(1)NH与NH3的VSEPR模型一致吗？空间结构一致吗？说明理由。 (2)试解释CH4的键角(109°28′)、NH3的键角(107°)、H2O的键角(105°)依次减小的原因。 提示：(1)NH与NH3的VSEPR模型一致，但二者的空间结构不一致。NH与NH3的中心N原子上的价层电子对数都是4，故VSEPR模型都是四面体形；但NH的中心N原子上无孤电子对，离子的空间结构为正四面体形，而NH3的中心N原子上有一个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形。 (2)CH4分子中的中心C原子上没有孤电子对，NH3分子中的中心N原子上有1个孤电子对，H2O分子中的中心O原子上有2个孤电子对，孤电子对对σ键电子对的排斥作用大，故键角依次减小。 (1)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个电子对看待。 (2)由于孤电子对有较大斥力，含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于VSEPR模型的预测值。价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对与孤电子对＞孤电子对与σ键电子对＞σ键电子对与σ键电子对。随着孤电子对数目的增多，σ键电子对与σ键电子对之间的斥力减小，键角也减小。 (3)价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。 [答案自填] σ键电子对　孤电子对　2　3 3　4　直线形　平面三角形　四面体形 2　3　4　4　1　4　2　3　1 1．下列有关价层电子对互斥模型的描述正确的是　(　　) A．价层电子对就是σ键电子对 B．孤电子对数可以直接由分子式来确定 C．分子的空间结构是价层电子对互斥的结果 D．孤电子对数等于π键数 解析：选C。价层电子对数是σ键电子对数与孤电子对数之和，孤电子对数是指没有成键的价电子对数，需要由中心原子的价电子数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数来计算得出，A、B、D项错误。 2．(2024·石家庄高二联考)下列对应关系不正确的是(　　) 选项 A B C D 中心原子所在族 ⅣA ⅤA ⅣA ⅥA 分子通式 AB4 AB3 AB2 AB2 空间结构 正四面体形 平面三角形 直线形 V形 解析：选B。当中心原子在ⅤA族时，AB3分子的空间结构应是三角锥形。 3．下列各组粒子中，空间结构不同的是(　　) A．SO3和BF3　　　　　 B．SO和PO C．CO2和CNS－ D．SO和CO 解析：选D。SO3中中心S原子上的价层电子对数＝3＋×(6－3×2)＝3，且不含孤电子对，空间结构为平面三角形；BF3中中心B原子上的价层电子对数＝3＋×(3－3×1)＝3，且不含孤电子对，空间结构为平面三角形，A项不符合题意。SO中中心S原子上的价层电子对数＝4＋×(6＋2－4×2)＝4，且不含孤电子对，空间结构为正四面体形；PO中中心P原子上的价层电子对数＝4＋×(5＋3－4×2)＝4，且不含孤电子对，空间结构为正四面体形，B项不符合题意。CO2中中心C原子上的价层电子对数＝2＋×(4－2×2)＝2，且不含孤电子对，空间结构为直线形；CNS－中中心C原子上的价层电子对数＝2＋×(4＋1－1×3－1×2)＝2，且不含孤电子对，空间结构为直线形，C项不符合题意。SO中中心S原子上的价层电子对数＝3＋×(6＋2－3×2)＝4，含1个孤电子对，空间结构为三角锥形；CO中中心C原子上的价层电子对数＝3＋×(4＋2－2×3)＝3，且不含孤电子对，空间结构为平面三角形，D项符合题意。 1．可以准确判断有机化合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．元素分析仪 答案：C 2．某有机化合物的分子式为C4H10O，红外光谱如下图所示。该有机化合物的结构简式为(　　) A．CH3OCH2CH2CH3 B．CH3CH2OCH2CH3 C．CH3OCH(CH3)2 D．CH3CH2CH2CH2OH 解析：选B。CH3CH2OCH2CH3中含有对称的—CH3、对称的—CH2—和C—O—C，故选B。 3．(教材习题改编)下列分子和离子中，VSEPR模型与分子或离子的空间结构一致的是(　　) A．NH B．PH3 C．H3O＋ D．SO 解析：选A。A.NH的中心N原子上的价层电子对数＝4＋＝4，VSEPR模型为正四面体形，N原子上不含孤电子对，所以NH的空间结构也为正四面体形；B.PH3的中心P原子上的价层电子对数＝3＋＝4，VSEPR模型为四面体形，P原子上含有1个孤电子对，所以PH3的空间结构为三角锥形；C.H3O＋的中心O原子上的价层电子对数＝3＋＝4，VSEPR模型为四面体形，O原子上含有1个孤电子对，所以H3O＋的空间结构为三角锥形；D.SO的中心S原子上的价层电子对数＝3＋＝4，VSEPR模型为四面体形，S原子上含有1个孤电子对，所以SO的空间结构为三角锥形。 4．有X、Y两种活性反应中间体微粒，均含有1个碳原子和3个氢原子，空间结构模型如下图所示。下列说法错误的是(　　) 　 A．X的组成为CH B．Y的组成为CH C．X中心原子的价层电子对数为4 D．Y中键角小于120° 解析：选C。由题图可知，X为平面三角形结构，碳原子应该有3个价层电子对，故X的组成为CH，A项正确、C项错误；Y为三角锥形，碳原子应该有4个价层电子对，故Y的组成为CH，键角小于120°，B、D项正确。 5．(教材习题改编)根据价层电子对互斥模型填写下表(加“·”的原子为中心原子)： 分子或离子 σ键电子对数 孤电子对数 空间结构 H2Se SCl2 PCl3 SO2 OF2 ClF 答案： 分子或离子 σ键电子对数 孤电子对数 空间结构 H2Se 2 2 V形 SCl2 2 2 V形 PCl3 3 1 三角锥形 SO2 2 1 V形 OF2 2 2 V形 ClF 2 2 V形 学科网（北京）股份有限公司 $