分子的空间结构-2025-2026学年高二化学人教版选择性必修2

第二章分子结构与性质第二节分子的空间结构

分子结构的测定1.分子结构的测定——红外光谱法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，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。如某未知物的红外光谱：

读谱：该物质分子中有3种不同的化学键，分别是C—H、O—H、C—O。

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。2.相对分子质量的测定——质谱法用高能电子流轰击样品分子，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，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。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。(1)通过红外光谱中的吸收峰分析出分子中含有的化学键或官能团。(2)质谱图中的质荷比最大的就是未知物的相对分子质量。分子类型化学式电子式结构式键角分子空间结构三原子分子CO2180°直线形H2O105°V形常见分子的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四原子分子CH2O

约120°平面三角形NH3

107°三角锥形五原子分子CH4

109°28'正四面体形

价层电子对互斥模型1.价层电子对互斥模型

对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的σ键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥最弱的那种结构，以使彼此之间的斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。2.价层电子对的计算(1)中心原子的价层电子对数＝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，就有几个σ键电子对。如H2O分子中，O有2个σ键电子对，NH3分子中，N有3个σ键电子对。

3.分子或离子的空间结构由于价层电子对的相互排斥，可得到含有孤电子对的分子的VSEPR模型，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。(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CO22直线形直线形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3平面三角形平面三角形CH44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模型及名称分子或离子的空间结构及名称NH341四面体形三角锥形H2O42四面体形V形SO231平面三角形V形(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。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＞孤电子对与成键电子对＞成键电子对与成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。(2)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。(3)价层电子对数相同的分子(离子)空间结构不一定相同，价层电子对数相同，则VSEPR模型相同，但是分子的空间结构还与中心原子的孤电子对数有关。

杂化轨道类型和空间结构1.杂化轨道理论(1)杂化轨道理论概述当原子成键时，原子的价层电子轨道相互混杂，形成与原轨道数目相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。(2)杂化轨道的三种类型①sp杂化：sp杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如BeCl2。②sp2杂化：sp2杂化轨道由1个s轨道和2个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，如BF3。③sp3杂化：sp3杂化轨道由1个s轨道和3个p轨道杂化而得，杂化轨道间的夹角为109°28'，呈正四面体形，如CH4。(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化轨道类型杂化轨道用来形成σ键和容纳未参与成键的孤电子对，杂化轨道数＝中心原子的孤电子对数＋中心原子的σ键个数。①价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。a.当中心原子无孤电子对时，两者的结构一致。b.当中心原子有孤电子对时，两者的结构不一致。如中心原子采取sp3杂化时，其价层电子对互斥模型为四面体形，其分子结构可以为四面体形(如CH4)，也可以为三角锥形(如NH3)或V形(如H2O)。②杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越多，键角越小。2.杂化轨道类型与空间结构中心原子的杂化轨道类型参与杂化的轨道生成杂化轨道数成键电子对数中心原子上的孤电子对数分子的空间结构实例分子式结构式sp1个s

1个p220直线形BeCl2Cl—Be—Clsp21个s2个p330平面三角形BF321V形SO2中心原子的杂化轨道类型参与杂化的轨道生成杂化轨道数成键电子对数中心原子上的孤电子对数分子的空间结构实例分子式结构式sp31个s3个p440正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O

杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同，杂化后，形成的一组杂化轨道能量相同。

(3)第三步：略去孤电子对，确定空间结构。中心原子上的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电子对的排列方式VSEPR模型分子或离子的空间结构202直线形直线形303平面三角形平面三角形21V形中心原子上的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电子对的排列方式VSEPR模型分子或离子的空间结构404正四面体形正四面体形31三角锥形22V形

直线V平面三角三角锥四面体120°正四面体

判断分子(或离子)的空间结构时，要能够正确计算价层电子对数：一是运用计算式推导价层电子对数；二是看σ键电子对数。选项分子式价层电子对互斥模型分子或离子的空间结构ABCl3四面体形三角锥形BHCHO平面三角形三角锥形CNF3四面体形平面三角形D正四面体形正四面体形根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或离子的空间结构正确的是()

D

中心原子杂化轨道类型的判断方法1.根据杂化轨道的空间结构或杂化轨道之间的夹角判断根据杂化轨道理论，中心原子轨道采取一定的杂化方式后，其空间结构和键角如表：杂化轨道类型杂化轨道空间结构键角sp直线形180°sp2平面三角形120°sp3正四面体形109°28'2.根据价层电子对互斥模型判断根据价层电子对互斥模型，判断ABn型共价分子或离子的空间结构和中心原子杂化轨道类型。中心原子的价电子对数与价层电子对互斥模型、中心原子杂化轨道类型的对应关系：中心原子上的价层电子对数VSEPR模型中心原子轨道杂化类型2直线形sp3平面三角形sp24正四面体形sp33.根据σ键电子对数和孤电子对数逆向判断根据价层电子对互斥模型，中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数，如果已知σ键电子对数和孤电子对数，就可以逆向判断出中心原子价层电子对数，从而判断出杂化轨道类型。σ键电子对数孤电子对数杂化轨道类型实例20spCO2、BeCl221sp2SO222sp3H2O30sp2BF331sp3NH340sp3CCl44.含碳化合物中碳原子的杂化轨道类型判断(1)若碳原子形成4个单键(即饱和碳原子)，则杂化轨道类型为sp3。如CH4、CH3OH等。(2)若碳原子形成1个双键、两个单键，则杂化轨道类型为sp2。如HCHO、CH2

===CH2等。(3)若碳原子形成2个双键，或1个三键、1个单键，则杂化轨道类型为sp。如CO2、HC===CH等。

氧、硒元素位于元素周期表第ⅥA族，它们及其化合物在生产、生活中有着广泛的应用。(1)OF2是一种无色的剧毒气体，主要用于氧化反应、氟化反应、火箭工程助燃剂等。OF2中O原子的杂化轨道类型是

，OF2分子的