2024-2025学年新教材高中化学第2章分子结构与性质第2节分子的空间结构第1课时多样性的分子空间结构价层电子对互斥模型课件新人教版选择性必修2

第二节分子的空间结构第一课时多样性的分子空间结构价层电子对互斥模型素养目标学习要点1.知道分子的结构可以通过波谱等技术进行测定。2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,认识共价分子结构的多样性。3.通过对价层电子对互斥模型的探究,建立解决分子结构判断的思维模型。并可运用相关理论和模型对分子或离子的空间结构进行解释和预测,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。两种测定方法:红外光谱法、质谱法。五种空间结构:V形、直线形、平面三角形、三角锥形、四面体形。一个模型:VSEPR模型。三个计算式:价层电子对数、σ键电子对数、孤电子对数。一个关系:价层电子对数与空间结构的关系。知识点一分子结构的测定和多样的分子空间结构基础落实•必备知识全过关知识点一分子结构的测定和多样的分子空间结构1.分子结构的测定(1)最早测定方法:主要靠对物质的

进行系统总结得出规律,再推测分子的结构。

(2)现代测定方法:应用

、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。

(3)红外光谱工作原理: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

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,可分析出分子中含有何种

或

的信息。

化学性质红外光谱振动频率吸收峰化学键官能团(4)质谱法①目的:测定分子的

。

②仪器:

。

③质谱图(以甲苯分子为例)由图可得:甲苯的相对分子质量为92。相对分子质量质谱仪2.多样的分子结构

直线形O═C═OV形平面三角形三角锥形正四面体形109°28'深度思考(1)红外光谱属于原子光谱中的吸收光谱吗?(2)红外光谱可以推断化学键或官能团的种类,能否确认化学键或官能团的个数?提示

不属于。原子光谱是原子中的电子在不同能级轨道上跃迁时吸收或释放能量所得到的光谱,红外光谱不是原子光谱,属于分子光谱。提示

不能。

(3)未知物质A的质谱图为由图可知该物质的相对分子质量是多少?提示

16。相对分子质量=最大质荷比。

教材拓展多原子分子的空间结构重难突破•能力素养全提升探究角度1

分子结构的测定例1已知某有机物A的最简式为C2H6O,用质谱仪和红外光谱仪处理A,得到如图所示信息,推测该有机物的结构式:

。

CH3CH2OH解析

根据质荷比最大值可以确定A的相对分子质量是46,结合其最简式为C2H6O,可推知A的分子式为C2H6O。根据红外光谱图可知该物质中含有C—H、O—H、C—O,可以推测该有机物含有羟基官能团,结合碳原子的成键特点,该有机物A的结构简式为CH3CH2OH。[对点训练1]设H+的质荷比为β,某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷,信号强度与该离子的多少有关),则该有机物可能是(

)A.甲醇(CH3OH) B.甲烷C.丙烷

D.乙烯B解析

从题图中可看出其右边最高质荷比为16,是H+质荷比的16倍,即其相对分子质量为16,可能是甲烷。探究角度2

分子的空间结构例2下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(

)A.键角为180°的分子,空间结构是直线形B.键角为120°的分子,空间结构是平面三角形C.键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形D.键角为90°~109°28'之间的分子,空间结构可能是V形B解析

键角为180°的分子,空间结构是直线形,例如CO2分子是直线形分子,A正确;苯分子的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B错误;白磷分子的键角为60°,空间结构为正四面体形,C正确;水分子的键角为105°,空间结构为V形,D正确。【变式设问】(1)硫化氢(H2S)分子中,两个H—S键的夹角接近90°,H2S分子是哪种空间结构?二硫化碳(CS2)分子中,两个C═S键的夹角是180°,CS2分子是哪种空间结构?(2)CH3Cl分子是正四面体形结构吗?提示

H2S分子:V形;CS2分子:直线形。

提示

C—H与C—Cl不一样长,所以CH3Cl是四面体形,但不是正四面体形。思维建模ABn分子的空间结构与键角的关系

[对点训练2]下列分子的空间结构与分子中共价键键角对应正确的是(

)A.直线形分子:180°B.平面正三角形:120°C.三角锥形:109°28'D.正四面体形:109°28'B解析

HCl也是直线形分子,因只有一个共价键,故不存在键角,A项错误;氨分子呈三角锥形,键角为107°,C项错误;甲烷、白磷分子均是正四面体形分子,但键角分别为109°28'、60°,D项错误。[对点训练3]短周期主族元素A、B可形成AB3分子,下列有关叙述正确的是(

)A.若A、B为同一周期元素,则AB3分子一定为平面正三角形B.若AB3分子中的价电子个数为24,则AB3分子可能为平面正三角形C.若A、B为同一主族元素,则AB3分子一定为三角锥形D.若AB3分子为三角锥形,则AB3分子一定为NH3B解析

若A、B为P和Cl,形成的PCl3为三角锥形结构,故A错误;若AB3分子中的价电子个数为24,可以推出A为B元素或Al元素,B为F元素或Cl元素,无论哪种组合形成的分子,其中心原子都是sp2杂化,且无孤电子对,分子都是平面三角形结构,故B正确;若A、B为S和O,形成的SO3是平面三角形结构,故C错误;若AB3分子为三角锥形结构,则AB3分子可能是NH3,也可能是PH3等,故D错误。知识点二价层电子对互斥模型基础落实•必备知识全过关知识点二价层电子对互斥模型1.理论要点

不能预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构分子的空间结构是

的结果。分子中的价层电子对包括

电子对和中心原子上的

。

中心原子周围的“价层电子对”相互排斥

σ键

孤电子对

2.中心原子价层电子对数的计算(1)中心原子价层电子对数=σ键电子对数+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,就有几对σ键电子对。如H2O分子中O有

对σ键电子对,NH3分子中N有

对σ键电子对。

23(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=

①a表示中心原子的

。

对于主族元素:a=

。

对于阳离子:a=

-

。

对于阴离子:a=

+

。

②x表示

。

③b表示与中心原子结合的原子

,氢为

,其他原子=

。

价电子数

原子的最外层电子数

中心原子的价电子数

离子的电荷数

中心原子的价电子数

离子的电荷数(绝对值)与中心原子结合的原子数

最多能接受的电子数

18-该原子的价电子数

3.VSEPR模型与分子或离子的空间结构

直线形

直线形

平面三角形

平面三角形

四面体形

V形四面体形

三角锥形

平面三角形

V形

微点拨中心原子的价层电子对数和VSEPR结构的关系

教材拓展以CO2为例计算其价层电子对数(1)CO2分子的结构式为O═C═O,中心原子为C原子,分别与两个O原子各形成一个σ键和一个π键,则其σ键电子对数为2。(2)①CO2分子不带电荷,且C为主族元素,则a=C原子的最外层电子数=4;②一个C原子同时与两个O原子形成共价键,则x=与C原子结合的O原子数=2;③O原子的价电子数=O原子的最外层电子数=6,则b=8-6=2。中心C原子上的孤电子对数=

(a-xb)=

×(4-2×2)=0。(3)CO2分子中心C原子上价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=2+0=2。深度思考(1)阅读教材表2-4,探究有关规律,确定BF3、

和NF3的价层电子对数、VSEPR模型、空间结构是怎样的。提示

BF3的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形,分子空间结构为平面三角形;

的价层电子对数为4,VSEPR模型为正四面体形,离子空间结构为正四面体形;NF3的价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形,分子空间结构为三角锥形。(2)价层电子对之间相互排斥作用力大小的一般规律: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。试分析H2O中的键角小于NH3中键角的原因。提示

H2O的中心原子(氧原子)上有2个孤电子对,NH3的中心原子(氮原子)上有1个孤电子对,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥力越大,故H2O分子中H—O—H的键角小于NH3分子中H—N—H的键角。正误判断(1)价层电子对就是σ键电子对。(

)提示

价层电子对数是σ键电子对数与中心原子上的孤电子对数之和。(2)孤电子对数等于π键数。(

)提示

孤电子对数是指没有成键的价电子对数,不等于π键数。(3)SO2分子与CO2分子的组成相似,故它们都是直线形分子。(

)提示

CO2分子的空间结构为直线形,SO2分子的空间结构为V形。×××(4)VSEPR模型不能预测以过渡金属为中心原子的分子。(

)提示

VSEPR模型可预测简单分子的空间结构,不能预测以过渡金属为中心原子的分子。(5)中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥。(

)提示

中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥,且斥力大于成键电子对。√√重难突破•能力素养全提升探究角度1

价层电子对数与孤电子对数的计算例1(1)计算下列分子中标“·”原子的价层电子对数:(2)计算下列分子中标“·”原子的孤电子对数:42342001【变式设问】判断NO2的空间结构时,计算中心原子孤电子对数不是正整数,应怎么处理?提示

NO2的中心原子孤电子对数=

(5-2×2)=0.5,当计算出的孤电子对数不是整数时,就进1而不能忽略,因为单电子也要占据一个原子轨道。思维建模价层电子对与孤电子对求算的三个等量关系(以ABx为例)①价层电子对数=σ键电子对数+中心原子的孤电子对数②σ键电子对数=B原子的个数③孤电子对数=(a-xb)[对点训练1]A.a=8

x=3

b=2B.a=6

x=3

b=2C.a=4

x=2

b=3D.a=6

x=2

b=3Ax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,因此a=6+2=8,x=3,b=2,故选A。探究角度2

分子或离子的空间结构的推断例2(1)利用VSEPR模型推断分子或离子的空间结构。(2)有两种活性反应中间体,它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子,依据图中给出的这两种粒子的球棍模型,写出这两种活性反应中间体的相应化学式:正四面体形平面三角形平面三角形解题思维

解答本题的思维流程如下:思维建模利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构的思维流程[对点训练2]用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构。(1)H2Se

;(3)BBr3

;(4)CHCl3

;

(5)SiF4

。

V形V形平面三角形四面体形正四面体形解析

根据原子的最外层电子排布,可以判断出各分子或离子的中心原子上的孤电子对数和σ键电子对数:化学式H2SeBBr3CHCl3SiF4中心原子上的孤电子对数22000中心原子的σ键电子对数22344价层电子对数44344H2Se、

因中心原子上有两个孤电子对,空间结构均为V形;BBr3为平面三角形;CHCl3分子中由于H原子和Cl原子不同,不能形成正四面体形;SiF4为正四面体形。探究角度3

键角的判断与比较例3用价层电子对互斥模型(VSEPR)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都是直线形的分子B.BF3键角为120°,SnBr2键角为180°C.PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形的分子D.CH2O、

、SO3都是平面三角形的粒子D【变式设问】(1)CH2O的空间结构是平面正三角形吗?(2)CH4、NH3、H2O的价层电子对数分别是多少?键角大小顺序如何?为什么?提示

不是,应是等腰三角形。

提示

价层电子对数都为4,但孤电子对数分别为0、1、2,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥力越大,故键角依次减小。归纳总结键角大小比较方法(1)先计算价层电子对数,根据VSEPR模型比较键角;(2)若VSEPR模型相同,比较孤电子对数,孤电子对数越多,键角越小;(3)若VSEPR模型和孤电子对数均相同,则通过比较元素电负性,确定成键电子对间排斥力大小,排斥力越大,键角越大;(4)若在同一个分子内,则可根据多重键对键角的影响判断。[对点训练3]下列分子中键角最大的是(

)A.H2S B.H2OC.CCl4

D.NH3C解析

题中四种物质中的中心原子的价层电子对数都是4,CCl4中不存在孤电子对,键角为109°28';NH3中存在1个孤电子对,H2S和H2O中存在2个孤电子对,由于孤电子对的排斥作用,导致NH3、H2S和H2O的键角小于109°28'。学以致用·随堂检测全达标123456题组1分子结构的测定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C解析

组成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。1234562.下图是某有机化合物分子的质谱图,由图可知该分子的相对分子质量为(

)A.58

B.214

C.229

D.231D解析

质谱图中的质荷比最大的值对应的就是未知物的相对分子质量,D项正确。123456题组2