第2章 02 第二节 分子的空间结构 01 第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构 价层电子对互斥模型(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年化学选择性必修二学生用书（人教版）

第二节　分子的空间结构 第1课时　分子结构的测定　多样的分子空间结构　价层电子对互斥模型 ◆ 学习任务一　分子结构的测定与多样的分子空间结构 【课前自主预习】 1.分子结构测定的方法:早年的科学家主要靠对物质的　　　性质进行系统总结得出规律后　　　分子的结构。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。  (1)红外光谱 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　　　　的红外线,再记录到图谱上呈现　　　　　。通过和已有谱图库比对,或通过　　　　　　计算,可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。  红外光谱仪原理示意图: 红外光谱图→分析吸收峰→与谱图库对比→推断分子所含的官能团和化学键。 如某未知物的红外光谱: 读谱:该未知物的红外光谱图中有C—H、O—H、C—O的振动吸收,初步推测该未知物中含有羟基。 (2)相对分子质量的测定——质谱法 ①基本原理 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。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,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。 ②测定过程 待测物→分子离子、碎片离子→电场加速磁场偏转→质谱图 ③质荷比(粒子的　　　　　与其　　　　　之比)　　　　　　为该物质的相对分子质量。  如甲苯分子的质谱图: 读谱:相对分子质量=最大质荷比,甲苯的相对分子质量为92。 2.多样的分子空间结构 分子 类型 化学式 电子式 结构式 键角 分子空间 结构名称 三原子 分子 CO2 　　  OCO 180° 　　  H2O 　　  105° 　　  四原子 分子 CH2O 　　  约120° 　　  　　  NH3 　　  107° 　　  五原子 分子 CH4 　　  109°28' 　　  　　  [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? 【核心知识讲解】 1.四原子分子不一定都是平面三角形或三角锥形。如白磷(P4)分子,四个磷原子位于正四面体的四个顶点,键角为60°。 2.AB4型分子或离子,如CX4(X为同种卤素原子或氢原子)、SiCl4、SiH4、N、S属于正四面体形结构,若其中的部分B原子被其他原子取代后仍为四面体形,但不是正四面体形结构。 3.记住一些常见分子的空间结构及键角,则可推测组成相似的其他分子的空间结构。 如CO2与CS2、H2O与H2S、NH3与PH3、CH4与CCl4等。 4.几种常见分子的空间结构 (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,是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。 【知识迁移应用】 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 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: ◆ 学习任务二　价层电子对互斥模型 【课前自主预习】 1.价层电子对互斥模型 (1)价层电子对互斥模型认为,分子的空间结构是中心原子周围的“　　　　　　”相互排斥的结果。  (2)VSEPR的“价层电子对”指分子中的中心原子与结合原子间的　　　　　　　　和中心原子上的　　　　　　,多重键只计其中的　　　　　　,不计　　　　　　。  (3)σ键电子对数可由化学式确定;孤电子对数可由公式　　　　　　确定。  2.VSEPR模型的两种类型 (1)中心原子上的价电子都用于形成共价键的分(离)子 ABn n=2 n=3 n=4 价层电子 对数 2 3 4 电子对 排布方式 空间结构 名称 　　　  　　　　　  　　　　　  键角 　　　  　　　  　　　  实例 CO2 BF3 CH4 (2)中心原子上有孤电子对的分(离)子 对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分(离)子,中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间,并相互排斥使分子呈现不同的空间结构。 化学式 含孤电子对的 VSEPR模型 分子或离子的 空间结构 分子或离子的 空间结构名称 H2O 　　　  NH3 　　　  HCN 　　　  H3O+ 　　　  SO2 　　　  [问题思考] 如何确定C和N的中心原子上的孤电子对数? 【核心知识讲解】 1.中心原子上价层电子对数的确定方法 由公式(a-xb)确定孤电子对数。 (1)a表示中心原子的价电子数。 对主族元素的原子:a=最外层电子数,如氧元素的a=6。 对于阳离子:a=中心原子的价电子数-离子电荷数,如N中a=5-1=4。 对于阴离子:a=中心原子的价电子数+|离子电荷数|,如:C中a=4+|-2|=6。 (2)x表示与中心原子结合的原子数,如:C中x=3,N中x=4。 (3)b表示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-该原子的价电子数。 常用的如下表: 元素 H、卤族元素 (F、Cl、Br、I) 氧族元素 (O、S等) 氮族元素 (N、P等) b 1 2 3 2.根据价层电子对互斥模型判断分子的空间结构 (1)判断步骤 (2)常见分子的VSEPR模型和分子的空间结构 σ键电 子对数 孤电子 对数 价层电 子对数 电子对的 排列方式 VSEPR 模型名称 分子的 空间结构名称 实例 2 0 2 直线形 直线形 HgCl2、BeCl2、CO2 3 0 3 平面 三角形 平面三角形 BF3、BCl3 2 1 V形 SnBr2、PbCl2 4 0 4 四面 体形 四面体形 CH4、CCl4 3 1 三角锥形 NH3、NF3 2 2 V形 H2O 3.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。 (4)分子的空间结构与成键原子的价电子数有关。价层电子对互斥模型可以用于预测分子的空间结构。应用这种理论模型,中心原子周围的价层电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于相互排斥作用而趋向尽可能彼此远离以减小斥力,分子尽可能采取对称的空间结构。 ①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。例如,H2O的键角为105°,NH3的键角为107°,N的键角为115°。价层电子对互斥模型对分子空间结构的预测少有失误,但它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。 ②电子对之间的夹角越小,排斥力越大。 例如:CO2分子中C原子的价层电子对数为2,为了保证排斥力最小,在空间上,夹角为180°;又如BF3分子中B原子的价层电子对数为3,为了保证排斥力最小,在空间上,夹角为120°。 ③由于成键电子对受两个原子核的吸引,所以电子云比较紧缩,而孤电子对只受到中心原子的吸引,电子云比较“肥大”,对邻近电子对的斥力较大,所以电子对之间的斥力大小顺序如下: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。 ④由于三键、双键比单键包含的电子数多,所以其斥力大小顺序为三键>双键>单键。 【知识迁移应用】 例3 用价层电子对互斥(VSEPR)模型可以预测许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角大小,下列判断正确的是 (　) A.SO2、CS2、HCN分子的键角都是180° B.H2O的键角为120°,HgCl2的键角为180° C.PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形分子 D.HCHO(甲醛)、BCl3、SO3的空间结构都是平面三角形 例4 关于价层电子对互斥模型,下列说法错误的是 (　) A.价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对 B.两种分子的中心原子价层电子对数相同时,孤电子对越多,键角越小 C.用该模型预测H2S和BF3的空间结构分别为V形和平面正三角形 D.该理论一定能预测出分子或原子团的空间结构 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)CH2Cl2分子只有一种,可说明CH4的空间结构为正四面体形 (　) (2)VSEPR模型和分子的空间结构是相同的分子结构 (　) (3)根据价层电子对互斥模型,H3O+的空间结构为平面正三角形 (　) (4)SO2与CO2的分子组成相似,故它们分子的空间结构相同 (　) (5)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中的键角小于180° (　) (6)AB3型的分子空间结构必为平面三角形(　) (7)BF3和甲醛(CH2O)都是平面三角形结构 (　) (8)六氟化硫分子的空间结构呈正八面体形,其中心原子的价层电子对数为4 (　) 2.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.孤电子对数由化学式来确定 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 3.用价层电子对互斥模型预测H2S和COCl2的空间结构,两个结论都正确的是 (　) A.直线形　三角锥形 B.V形　三角锥形 C.直线形　平面三角形 D.V形　平面三角形 4.X射线衍射测定发现,I3AsF6中存在。该的空间结构为 (　) A.直线 B.V形 C.四面体 D.三角锥形 5.用价层电子对互斥模型可以判断许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角大小,下列判断正确的是 (　) A.NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为AsH3>PH3>NH3 B.BF3的键角为120°,SnBr2的键角大于120° C.PCl3分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等 D.HCOOH分子中,H—C—O的键角为120° 6.利用价层电子对互斥模型推断下列分子或离子的空间结构。 SeO3　　　　　　　;SCl2　　　　　　　;  NO　　　　　　　;　　　　　　　;  HCHO　　　　　;HCN　　　　　。  学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节　分子的空间结构 第1课时　分子结构的测定　多样的分子空间结构　价层电子对互斥模型 【新课探究】 学习任务一 课前自主预习 1.化学　推测　红外光谱　晶体X射线衍射 (1)相同　吸收峰　量子化学 (2)③相对质量　电荷数　最大值 2.　直线形　H　V形　　平面三角形　H　三角锥形　H　正四面体形 [问题思考] 提示: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,而白磷(P4)分子为正四面体形。 不是,CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3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。 知识迁移应用 例1　C　[解析] 质谱仪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,C错误。 例2　D　[解析] CO2的空间结构为直线形,A错误;H2O的空间结构为V形,B错误;NH3的空间结构为三角锥形,C错误;CH4的空间结构为正四面体形,D正确。 学习任务二 课前自主预习 1.(1)价层电子对 (2)σ键电子对　孤电子对　σ键电子对　π键电子对 (3)(a-xb) 2.(1)直线形　平面三角形　正四面体形　180°　120° 109°28' (2)V形　三角锥形　直线形　三角锥形　V形 [问题思考] 提示:阴离子中,a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数(绝对值),C的中心原子为C,a=4+2=6,b=2,x=3,所以中心原子上的孤电子对数为(a-xb)=×(6-3×2)=0。 阳离子中,a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数,N中的中心原子为N,a=5-1=4,b=1,x=4,所以中心原子上的孤电子对数为(a-xb)=×(4-4×1)=0。 知识迁移应用 例3　D　[解析] 二氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3、孤电子对数为1,分子的空间结构为V形,键角小于180°,故A错误;水分子中氧原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,键角为105°,故B错误;三氯化镓分子中镓原子的价层电子对数为3、孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,不是三角锥形,C错误;甲醛分子中的碳原子、三氯化硼分子中的硼原子、三氧化硫分子中的硫原子的价层电子对数都为3、孤电子对数都为0,分子的空间结构都为平面三角形,故D正确。 例4　D　[解析] 价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对,不包含π键中的电子对,A正确。孤电子对与孤电子对之间的排斥力大于孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对与成键电子对之间的排斥力,所以价层电子对数相同时,孤电子对数越多,键角越小,B正确。H2S中心S原子的价层电子对数为2+=4,且含有2个孤电子对,分子呈V形结构;BF3中心B原子的价层电子对数为3+=3,且不含孤电子对,分子呈平面正三角形结构,C正确。该理论不能预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构,D错误。 【课堂评价】 1.(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)√　(8)× [解析] (6)BCl3中心B原子的价层电子对数为3+×(3-3×1)=3,无孤电子对,则其空间结构为平面三角形。而PCl3中心P原子的价层电子对数为3+×(5-3×1)=4,有一个孤电子对,则其空间结构为三角锥形。该类型的结构不确定,错误。 (8)六氟化硫中心S原子的价层电子对数为6+=6,错误。 2.C　[解析] 价层电子对是指σ键电子对和中心原子上的孤电子对,中心原子上的孤电子对数在化学式里看不到,必须计算得出,不能完全说由化学式确定,孤电子对为未成键电子对,A、B、D项错误。 3.D　[解析] H2S的中心S原子上的价层电子对数为2+×(6-2×1)=4,含有2个孤电子对,因此H2S的空间结构是V形;而COCl2的中心C原子上的价层电子对数为3+×(4-2×1-1×2)=3,无孤电子对,COCl2的空间结构是平面三角形。 4.B　[解析] I中以1个I为中心原子,则中心原子的价层电子对数为2+=4,且含有2个孤电子对,所以是V形结构。 5.C　[解析] 氨、磷化氢、砷化氢分子都为三角锥形分子,氮原子、磷原子、砷原子的电负性依次减小、原子半径依次增大,成键电子对间的排斥力依次减小,则键角由大到小的顺序为NH3>PH3>AsH3,故A错误;三氟化硼中硼原子和二溴化锡中锡原子的价层电子对数都为3,中心原子的孤电子对数分别为0、1,分子的空间结构分别为平面三角形、V形,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,所以三氟化硼的键角为120°,二溴化锡的键角小于120°,故B错误;三氯化磷分子中磷原子的价层电子对数为4、孤电子对数为1,分子的空间结构为三角锥形,分子中三个共价键的键能、键长、键角都相等,故C正确;甲酸分子的空间结构为不对称的平面三角形,H—C—O的键角小于120°,故D错误。 6.平面三角形　V形　直线形　V形　平面三角形　直线形 [解析] SeO3的中心原子Se的价层电子对数=3+(6-3×2)=3,没有孤电子对,SeO3的空间结构为平面三角形; SCl2的中心原子S的价层电子对数=2+(6-2×1)=4,孤电子对数为2,SCl2的空间结构为V形; N的中心原子N的价层电子对数=2+(5-1-2×2)=2,没有孤电子对,N的空间结构为直线形; 的中心原子N的价层电子对数=2+(5+1-2×2)=3,孤电子对数为1,N的空间结构为V形; HCHO的中心原子C的价层电子对数=3+(4-2×1-1×2)=3,没有孤电子对,HCHO的空间结构为平面三角形; HCN的中心原子C的价层电子对数=2+(4-3-1)=2,没有孤电子对,HCN的空间结构为直线形。 学科网（北京）股份有限公司 $