第二章 第二节 第1课时 分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型-【金版新学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书word（人教版，单选）

本讲义聚焦分子的空间结构，系统涵盖分子结构测定（红外光谱、质谱法）、分子空间结构多样性（三原子如CO₂直线形与H₂O V形，四原子如CH₂O平面三角形与NH₃三角锥形，五原子如CH₄正四面体形）及价层电子对互斥模型（价层电子对数计算、VSEPR模型与分子结构关系），构建从测定方法到结构认知再到理论解释的学习支架。 该资料以任务驱动设计（分子结构测定、多样性、价层电子对互斥模型三任务），结合交流研讨、正误判断及实例分析（如CH₃Cl结构判断），培养科学思维（证据推理、模型建构）与科学探究能力（红外光谱等技术应用）。课中助力教师引导学生构建知识体系，课后通过练习巩固，帮助学生查漏补缺，深化对分子结构的理解。

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.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测。　2.知道分子的结构可以通过波谱等技术进行测定。　3.能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能利用相关理论解释简单共价分子的空间结构。 任务一　分子结构的测定 1.分子结构测定的方法：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推测分子的结构。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。 2.红外光谱在测定分子结构中的应用 分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。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，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。 学生用书⬇第29页 红外光谱仪原理示意图： 3.质谱法在测定分子相对分子质量中的应用 (1)质荷比：分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值。 (2)质谱法应用：测定相对分子质量，质荷比的最大值即为该有机物的相对分子质量——质谱图中最右边的数据。 [交流研讨]　下图为某未知物质的质谱图： 质荷比的最大值是该物质的相对分子质量，由图可看出，该物质的相对分子质量是多少？ 提示：相对分子质量为16。 1.正误判断 (1)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。 提示：√。 (2)CH3CH2OH的红外光谱图中显示含有C—H、C—O、O—H等键。 提示：√。 (3)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。 提示：×，它的基本原理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。 (4)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。 提示：√。 2.如图所示是某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为(　　) A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2CH2COOH C.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCH2COOH 答案：A 解析：该物质分子中至少含有两个甲基，且不对称，含有碳氧双键和碳氧单键。A项，CH3COOCH2CH3分子中存在不对称—CH3、C—O—C和CO，且分子式为C4H8O2，正确；B项，CH3CH2CH2COOH分子中含有1个—CH3，且不存在C—O—C，错误；C项，HCOOCH2CH2CH3分子中只含有1个—CH3，错误；D项，(CH3)2CHCH2COOH分子中存在对称—CH3，不存在C—O—C，且含有5个碳原子，错误。 任务二　多样的分子空间结构 1.三原子分子 化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称 CO2 ︰︰C︰︰ OCO 180° 直线形 H2O H︰︰H 105° V形 2.四原子分子 化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结 构名称 CH2O ︰︰ H︰︰H 约120° 平面 三角形 NH3 H︰︰H 107° 三角锥形 3.五原子分子 化学式 电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称 CH4 H︰︰H 109°28' 正四面体形 CCl4 ︰︰︰︰ 109°28' 正四面体形 学生用书⬇第30页 [交流研讨]　(1)H2S中，两个H—S的键角接近90°，BeCl2中两个Be—Cl的键角是180°，推测H2S和BeCl2的分子的空间结构分别是怎样的？ (2)CH3Cl分子是正四面体形结构吗？ (3)白磷分子为正四面体形，其键角是否与甲烷一样也为109°28'？ 提示：(1)H2S的空间结构是V形，BeCl2的空间结构是直线形。 (2)C—H键与C—Cl键的键长不同，所以CH3Cl是四面体形，但不是正四面体形。 (3)不是。白磷分子中四个P原子位于四面体顶点，因此其键角为60°。 1.正误判断 (1)所有的三原子分子都是直线形结构。 提示：×，有些三原子分子是直线形结构，有些三原子分子是V形结构。 (2)所有的四原子分子都是平面三角形结构。 提示：×，有些四原子分子是平面三角形结构，有些四原子分子是三角锥形结构，有些四原子分子是正四面体形结构。 (3)五原子分子的空间结构都是正四面体。 提示：×，有些五原子分子的空间结构是四面体，而非正四面体。 (4)正四面体形的键角均为109°28'。 提示：×，P4为正四面体，键角为60°。 (5)SiCl4、SiH4、N、CH3Cl均为正四面体结构。 提示：×，CH3Cl为四面体结构而非正四面体结构。 2.(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CS的夹角是180°，说明CS2分子的空间结构为　　　　。 (3)能说明CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是　　　　(填字母)。 a.两个键之间的夹角为109°28' b.C—H键为极性共价键 c.4个C—H键的键能、键长都相等 d.二氯甲烷只有一种(不存在同分异构体) 答案：(1)V形　(2)直线形　(3)ad 解析：(3)五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体两种空间结构，不管为哪种，b、c两项都成立；若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种：和；若为后者，则键角为109°28'，CH2Cl2只有一种。 1.常见的空间结构为直线形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。 2.常见的空间结构为V形的分子有H2O、H2S、SO2等。 3.常见的空间结构为平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等。 4.常见的空间结构为三角锥形的分子有PH3、PCl3、NH3等。 5.常见的空间结构为正四面体形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等。 6.是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。 任务三　价层电子对互斥模型 1.理论要点：价层电子对互斥理论认为，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。价层电子对是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。 2.内容 (1)当中心原子的价电子全部参与成键时，为使价电子斥力最小，就要求尽可能采取对称结构。 (2)当中心原子的价电子部分参与成键时，未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同，从而影响分子的空间结构。 (3)电子对之间的夹角越大，相互之间的斥力越小。 (4)成键电子对之间斥力由大到小的顺序：三键—三键＞三键—双键＞双键—双键＞双键—单键＞单键—单键。 学生用书⬇第31页 (5)含孤电子对的斥力由大到小的顺序：孤电子对—孤电子对＞孤电子对—单键＞单键—单键。 3.中心原子上的价层电子对数的计算方法 (1)σ键电子对数的计算 σ键电子对数可由化学式确定，中心原子有几个σ键，就有几个σ键电子对。如H2O分子中σ键电子对数为2，NH3分子中σ键电子对数为3。 (2)孤电子对数的计算 中心原子上的孤电子对数＝(a－xb) 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。 (3)中心原子价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对数。 4.价层电子对互斥理论与分子构型 价层电子对数 成键数 孤电子对数 VSEPR模型名称 分子空间结构 实例 2 2 0 直线形 直线形 CO2 3 3 0 平面三 角形 三角形 BF3 2 1 V形 SO2 4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4 3 1 三角锥形 NH3 2 2 V形 H2O 5.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： 计算出σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数，在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的分子或离子较稳定的空间结构：σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构。 (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 2 直线形 直线形 C 3 平面三角形 平面三角形 CH4 4 正四面体形 正四面体形 ②中心原子含孤电子对 分子 或离子 中心原子的价 层电子对数 中心原子的孤 电子对数 VSEPR 模型及名称 分子或离子的空间结构及名称 NH3 4 1 四面体形 三角锥形 H2O 4 2 四面体形 V形 H3O＋ 4 1 四面体形 三角锥形 SO2 3 1 平面三角形 V形 [交流研讨]　(1)价层电子对的VSEPR模型与分子的空间结构一定一致吗？什么时候一致？ 提示：不一定一致。中心原子有孤电子对时，二者结构不一致；当中心原子无孤电子对时，二者结构一致。 学生用书⬇第32页 (2)试解释CH4键角(109°28')、NH3键角(107°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。 提示：CH4分子中C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1个孤电子对，H2O分子中O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用依次增大，故键角依次减小。 1.正误判断 (1)NH3分子中的价层电子对数为4，VSEPR模型和分子的空间结构均为正四面体形。 提示：×，NH3分子中的价层电子对数为4，孤电子对数为1，VSEPR模型是四面体形而分子的空间结构为三角锥形。 (2)SO2和CO2的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同。 提示：×，SO2的空间结构是V形，CO2的空间结构是直线形。 (3)根据价层电子对互斥模型，H3O＋的空间结构为三角锥形。 提示：√。 (4)S的价层电子对数为4，孤电子对数为0。 提示：√。 2.根据所学知识填空： (1)三原子分子常见的空间结构有　　　　　形(如CO2)和　　　　　形(如H2O)。 (2)四原子分子常见的空间结构有　　　　　　形和　　　　　　形，如甲醛(HCHO)分子呈　　　　　　形，键角约为　　　　　　；氨分子呈　　　　　　形，键角为　　　　　　；需要注意的是白磷分子呈　　　　　　形，键角为　　　　　　。 (3)五原子分子最常见的空间结构为　　　　形，如常见的CH4键角是　　　　　　。 答案：(1)直线　V (2)平面三角　三角锥　平面三角　120°　三角锥　107°　正四面体　60° (3)四面体　109°28' 解析：中心原子价层电子对个数＝σ键个数＋孤电子对数；σ键个数＝成键原子个数，孤电子对数＝×(a－xb)，a指中心原子价电子个数，x指与中心原子结合的原子个数，b指与中心原子结合的原子形成稳定结构需要的电子个数；据此确定VSEPR模型，实际空间结构要去掉孤电子对。 (1)三原子分子常见的空间结构有V形或直线形。CO2分子中，中心原子孤电子对数＝＝0、价电子对数2＋0＝2，则其空间结构为直线形，H2O分子中，中心原子孤电子对数＝＝2、价层电子对数＝2＋2＝4，故空间结构为V形。 (2)四原子分子常见的空间结构有平面三角形和三角锥形，如甲醛(HCHO)分子呈平面三角形，键角约为120°；氨分子呈三角锥形，键角为107°；需要注意的是白磷分子呈正四面体形，键角为60°。 (3)五原子分子最常见的空间结构为四面体形，如常见的CH4呈正四面体形、键角是109°28'。 1.利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可初步判断该有机物分子拥有的(　　) A.同分异构体数 B.原子个数 C.化学键和官能团种类 D.有机化合物的分子式 答案：C 解析：组成有机化合物分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰，利用红外光谱对有机化合物分子进行测试并记录，可以清晰地记录出不同基团的吸收峰，所以可初步判断该有机物分子拥有的化学键和官能团种类。 2.下列分子或离子的中心原子，带有一个孤电子对的是(　　) A.H2O B.BeCl2 C.CH4 D.PCl3 答案：D 解析：H2O有2个孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对。 3.下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是(　　) A.CH4、CS2、BF3 B.CO2、H2O、NH3 C.C2H4、C2H2、C6H6 D.CCl4、BeCl2、PH3 答案：C 解析：题中的CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构，所有原子可能处在同一平面上。 4.(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的空间结构。P：　　　　　　　；CS2：　　　　　　　。 (2)为了解释和预测分子的空间结构，科学家在归纳了许多已知的分子空间结构的基础上，提出了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥模型。这种模型把分子分成两类：一类是　　　　　　　　　　　　　；另一类是　　　　　　　　　　。BF3和NF3都是四个原子的分子，BF3的中心原子是　　　　，NF3的中心原子是　　　　；BF3分子的空间结构与NF3分子的空间结构不同的原因是　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)正四面体形　直线形 (2)中心原子上没有孤电子对　中心原子上有孤电子对　B　N　BF3分子中B原子的3个价电子都与F原子形成共价键，而NF3分子中N原子的3个价电子与F原子形成共价键，还有一个未成键的电子对，占据了N原子周围的空间，形成三角锥形结构 解析：(1)P是AB4型，价层电子对数是4，为正四面体形。CS2是AB2型，价层电子对数是2，是直线形。 学科网（北京）股份有限公司 $