2.2.1分子的空间结构 课件 2023-2024学年高二化学人教版2

第二章分子结构与性质第二节分子的空间结构P4O6SF6NH3P4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？一些分子的空间结构模型分子结构的测定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

分子结构推测如今，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、质谱法、晶体X射线衍射(下一章讲)等测定红外光谱

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。乙醛分子空间结构模型分子的空间结构是分子中的原子处于平衡位置时的模型红外光谱仪原理示意图

当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些

振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现

。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知各吸收峰是由哪种

、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种

或

的信息。化学键吸收峰化学键化学键官能团测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析官能团、化学键。

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。分子式：C2H6O乙醇：CH3CH2OH

二甲醚

：CH3OCH3【思考交流】

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质谱仪原理示意图质谱法

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30405060100708011090659192相对丰度/％质荷比（）mz甲苯分子的质谱图

纵坐标表示相对丰度，横坐标表示粒子的相对质量与其电荷数之比（m/z），简称质荷比，化学家通过分析得知，被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯。通过质谱图测定分子的相对分子质量：相对分子质量＝最大质荷比甲苯的相对分子质量为92板书分子的空间结构分子结构的测定仪器：红外光谱仪红外光谱晶体X射线衍射应用：确定化学键和官能团的种类质谱法仪器：质谱仪质荷比：粒子的相对质量与其电荷数之比应用：最大质荷比

相对分子质量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C2、能够快速、微量、精确测定有机物相对分子质量的物理方法是(

)A、红外光谱法

B、质谱法C、核磁共振氢谱法D、色谱法B3、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、C3H8C、C2H4

D、CH4D4、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，该有机物的相对分子质量是60，则该有机物的结构简式是()A、CH3CH2OCH3 B、CH3CH(OH)CH3C、CH3CH2OH D、CH3COOHBNO.2多样的分子空间结构

大多数分子是由两个以上的原子构成的，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。

在O2、HCl这样的双原子分子中不存在分子的立体构型问题。O2HCl多样的分子空间结构化学式电子式结构式键角分子的空间结构模型空间结构空间填充模型球棍模型CO2

H2O

O:::CO:::::H:OH:::O=C=O180°直线形V形105°三原子分子的空间结构化学式电子式结构式键角分子的空间结构模型空间结构空间填充模型球棍模型CH2O

NH3

H:CO:::::HH:NH:::H120°107°平面三角形三角锥形四原子分子的空间结构四原子分子其他立体构型C2H2180°P460°正四面体形BF3

120°平面正三角形

五原子分子的空间结构化学式电子式结构式键角分子的空间结构模型空间结构空间充填模型球棍模型CH4

109°28'正四面体形H:CH:::HHP4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6其他多原子分子皇冠形•正八面体形椅式C6H12比船式C6H12稳定

分子空间结构与其稳定性有关。例如，上图中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。C60C20C40C70形形色色的分子【探究与讨论】1、根据元素周期律并结合本节所学知识，你能推断出PCl3、SiCl4分子的空间结构吗？NH3分子的空间结构为三角锥形，CCl4分子的空间结构为正四面体形，根据同族元素原子的最外层电子排布相同，形成分子的空间结构相似可以进行推断。PCl3、SiCl4分子的空间结构分别为三角锥形、正四面体形。【探究与讨论】2、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等五原子分子都是正四面体形结构吗?

不是，由于碳原子所连的四个原子不相同，使四个键的键长、键角不全相等，所以并不是正四面体形结构。板书多样的分子空间结构常见空间结构三原子分子CO2直线形180°H2O

V形105°四原子分子CH2O

平面三角形约120°NH3

三角锥形107°五原子分子CH4

正四面体形

109°28'

其它P4正四面体形S8

皇冠形C6H12

椅式比船式稳定(1)键角为180˚的分子，空间结构是直线形。(

)(2)键角为120˚的分子，空间结构是平面三角形。(

)

(3)空间结构是正四面体形，键角一定是109˚28´。(

)(4)键角在90˚-109˚28´之间的分子，空间结构可能是V形。(

)(5)只由红外光谱就可以确定物质的分子式。(

)(6)质谱图中的所有数据之和的平均值就是分子的相对分子质量。(

)(7)由质谱图还可以确定化合物的元素组成。(

)×××1、正误判断：√××√(8)所有的三原子分子都是直线形结构。(

)(9)所有的四原子分子都是平面三角形结构。(

)(10)五原子分子的空间结构都是正四面体形。(

)(11)由红外光谱可推测未知物的化学键。(

)(12)P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28'。(

)(13)由CH4的结构可推测CH2Cl2也是正四面体。(

)×××√××2、下列分子的空间结构模型正确的是(

)A、CO2的空间结构模型：

B、H2O的空间结构模型：C、NH3的空间结构模型：

D、CH4的空间结构模型：D3、下列关于红外光谱法测定分子结构的说法中，不正确的是(

)A、红外线透过分子时,分子会吸收特定频率的红外线B、分子中原子是固定不动的C、红外光谱法可初步判断有机物分子中基团的种类D、所用仪器为红外光谱仪B4、下列物质分子的空间结构与CH4相同的是（

）

A.H2O

B.P4

C.NH3

D.CO2

B1.英文：VSEPR模型2.作用：预测分子的空间结构3.理论基础：P44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。4.VSEPR模型的“价层电子对”是指：P44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。(多重键只计其中σ键电子对，不计π键电子对)三、价层电子对互斥模型“价层电子对”相互排斥使电子对尽可能的远离，键角最大，使分子能量最低最稳定。活动

用气球（大小相同）表示价层电子对，把两个气球绑在一起；再把三个气球绑一起；最后绑四个气球，观察他们的空间构型。空间构型价层电子对数VSEPR模型直线形2对平面三角形3对正四面体形4对价层电子对的数目确定价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数σ键电子对（不计π键）中心原子上的孤电子对分子的价层电子对（1）σ键电子对数（可从化学式来确定）中心原子与几个原子成键，就有几个σ键电子对练一练化学式BeCl2SO2CO32-CH4NH4+NH3H2Oσ键电子对2234432①根据电子式直接确定12000适用于简单、熟悉的分子或离子（2）孤电子对数中心原子价层上未用于形成共价键的电子对a中心原子的价层电子数x与中心原子结合的原子数b与中心原子结合的原子最多能接受的电子数②根据公式计算确定P45中心原子的孤电子对数＝

(a-xb)21（2）孤电子对数主族元素=最外层电子数阳离子阴离子=中心原子的价层电子数-离子的电荷数=中心原子的价层电子数+︱离子的电荷数︱H=1其他原子=8-该原子的价层电子数练一练分析下表中分子或离子的孤电子对数分子或离子中心原子

a

x

b中心原子上的孤电子对数CO2SO2CO32-CH4NH3H2O中心原子上孤电子对数＝

(a-xb)21C422

S

226C4+2=632

C4410N1135O6212分子或离子中心原子孤电子对数σ键电子对数价层电子对数CO2SO2CO32-CH4NH3H2O价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数练一练010012223432233444价层电子对数234电子对的排列方式VSEPR模型价层电子对在中心原子周围按尽可能互相远离的位置排布，使彼此间排斥力最小直线形平面三角形四面体形

[VSEPR模型]价层电子对的相互排斥结果分子或离子中心原子VSEPR模型VSEPR模型名称分子或离子的空间结构分子或离子的空间结构名称孤电子对数σ键电子对数价层电子对数CO2SO2CO32-CH4NH3H2O223432010012233444直线形平面三角形四面体形P46第4行略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，便可得到分子的空间结构。直线形V形/角形平面三角形正四面体形三角锥形V形/角形VSEPR模型预测分子空间结构【总结】VSEPR模型预测分子空间结构（1）计算中心原子价层电子对数

价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数

①σ键电子对数=中心原子结合的原子数

②孤电子对数=1/2(a-xb)（2）确定相应的VSEPR模型（3）略去孤电子对，确定分子空间构型P47VSEPR模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子！分子或离子σ键电子对数中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型及其名称分子或离子的空间结构名称HCNO3O(O2)平面三角形V形长知识特殊分子或离子的空间结构直线形直线形2(4-1×1-1×3)÷2＝02+0=22(6-2×2)÷2＝12+1=3想一想CH4、NH3、H2O的键角分别是109°、107°、105°，请解释原因。109°28′105°107°P47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。且孤电子对越多，键角越小。P50无孤电子对有2对孤电子对BDP50CP51直线形平面三角形正四面体形CO2、HCNBF3、CH2OCH4、CCl4练一练分析下表中分子或离子的孤电子对数分子或离子中心原子

a

x

b中心原子上的孤电子对数

SO2

NH4+

CO32-

CO2

SO42-SO3NH3SNCCS145-1=4

2264+2=646+2=83242220S6320中心原子上孤电子对数＝

(a-xb)21N1135

0VSEPR模型预测分子空间结构（1）确定VSEPR模型价层电子对数n=2n=3n=4n=5n=6VSEPR模型VSEPR模型名称直线形平面三角形四面体形三角双锥八面体形三、价层电子互斥模型3、VSEPR模型预测分子空间结构（2）确定分子构型确定VSEPR模型后，去掉孤对电子，就得到分子的真实构型（如无孤对电子，则VSEPR模型就是其构型）。分子或离子σ键电子对数中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型及其名称分子或离子的空间结构名称CO2200+2=2BF3300+3=3NH4+

400+4=4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、价层电子互斥模型3、VSEPR模型预测分子空间结构（2）确定分子构型去掉VSEPR模型中的孤对电子（有无孤对电子，则VSEPR模型就是其构型），得到分子的真实构型。分子或离子σ键电子对数中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型及其名称分子或离子的空间结构名称SO2212+1=3NH3313+1=4H2O222+2=4四面体形三角锥形V形平面三角形四面体形V形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！（1）计算中心原子价层电子对数

价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数

①σ键电子对数=中心原子结合的原子数

②孤电子对数=1/2(a-xb)（2）确定相应的VSEPR模型（3）略去孤电子对，确定分子空间构型VSEPR模型预测分子空间结构复习回顾P51直线形平面三角形四面体形CO2、HCNCH2O、BF3CH4、CCl4P50无孤电子对有2对孤电子对BDP50C写出碳原子的核外电子排布图，思考为什么碳原子与氢原子结合形成CH4，而不是CH2？C原子

电子排布图（轨道表示式）H原子

电子排布图

按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C—H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体构型的甲烷分子。为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论。图解基态激发态4个能量相同的sp3杂化轨道电子跃迁杂化Cxyzxyzzxyzxyz109°28′甲烷的形成[sp3杂化]同一原子中能量相近1个s轨道和3个p轨道形成4个能量相同的新轨道，称为4个sp3轨道，轨道夹角为109°28′，形成正四面体结构。

σσσσ（1）概念

原子形成分子的过程中，中心原子若干能量相近的原子轨道发生混杂，形成一组新轨道的过程叫做原子轨道的杂化。（2）条件①在形成化学键时才杂化②能量相近的轨道间才能杂化（3）特点①杂化轨道数=参加杂化的原子轨道数②杂化改变了原子轨道的形状、方向、能量（各杂化轨道能量可能相同，也可能不同，但更易成键）③为使杂化轨道间的斥力最小，杂化轨道尽可能远离④杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对杂化轨道理论图解xyzxyzzxyzxyz109°28′sp3杂化sp3杂化：1个s轨道与3个p轨道进行的杂化，形成4个sp3杂化轨道。每个sp3轨道形状为一头大，一头小，含有1/4s轨道和3/4p轨道的成分常见杂化类型（1）sp3杂化

由1个s轨道与3个p轨道杂化形成①特点：中心原子的价层电子对数=4②示例：CH4

类似的：CCl4、SiF4、ClO4-等

AB4

型化合物

注意：烃基中的饱和碳原子也采取sp3杂化s-sp3σ键C的价层电子对数=4NH3（N原子的4个sp3杂化轨道：3个与3个H原子形成3个σ键，

剩余1个含一对孤电子对）NH3的空间结构为三角锥形（1）sp3杂化N的价层电子对数=4H2O（O原子的4个sp3杂化轨道：2个与2个H原子形成2个σ键，剩余2个各含一对孤电子对H2O的空间结构为V形（1）sp3杂化O的价层电子对数=4图解sp2杂化sp2杂化：1个s轨道与2个p轨道进行的杂化，形成3个sp2杂化轨道。xyzxyzzxyzxyz120°每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小。含有1/3s

轨道和2/3p

轨道的成分。sp2杂化后，未参与杂化的1个p轨道可以用于形成π键。（2）sp2杂化

由1个s轨道与2个p轨道杂化形成BF3B原子的3个sp2杂化轨道:分别与3个F原子形成3个σ键BF3的空间结构为平面三角形常见杂化类型①特点：中心原子的价层电子对数=3②示例：B的价层电子对数=3（2）sp2杂化战CH2=CH2C原子的3个sp2杂化轨道：2个与H原子形成2个σ键，1个与另一个C形成1个σ键。剩余1个p轨道形成π键。注意：有机物中形成双键的碳原子均为sp2杂化图解sp

杂化sp杂化：1个s轨道与1个p轨道进行的杂化，形成2个sp

杂化轨道。180°xyzxyzzxyzxyz180°180°sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2s轨道和1/2p轨道的成分。sp杂化后，未参与杂化的两个p轨道可以用于形成π键。（3）sp杂化

由1个s轨道与1个p轨道杂化形成BeCl2Be2p↑↓2s激发2p↑2s↑杂化2psp

↑

↑Be原子的2个sp杂化轨道:与2个Cl原子形成2个σ键ClClsppxpx180°ClClBe常见杂化类型①特点：中心原子的价层电子对数=2②示例：Be的价层电子对数=2CH≡CHC原子的2个sp杂化轨道：1个与H原子形成1个σ键，1