高中化学 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 （二）

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

［核心素养发展目标］1.了解分子结构的测定方法。2.通过对典型分子空间结构的学习，认识微观结构对分子

空间结构的影响，了解共价分子结构的多样性和复杂性。3.通过对价层电子对互斥模型的探究，建立解决复杂

分子结构判断的思维模型。

一、分子结构的测定

科学家应用光谱、晶体等方法测定分子结构，应用测定分子的相

对分子质量。

1.红外光谱

(1)原理

当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些的红外线，再记录

到图谱上呈现O通过和己有谱图库,或通过量子化学,可分析出分

子中含有何种或的信息。

(2)红外光谱仪原理示意图

(3)实例

某未知物的红外光谱图:

w

为

烟

通过红外光谱图可知，该物质中有化学键，并推测可能含有官

能团。

2.相对分子质量的确定一质谱法

甲苯分子的质谱图:

%

、

赵

抖

发

迁

3。405()708090100110

质荷比(f)

读谱：相对分子质量=最大质荷比，甲苯的相对分子质量为

r应用体验」

1.如图所示是某分子式为C4H802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

2.如图是有机物A的质谱图,贝！A的相对分子质量是)

A.29

C.57D.72

二、多样的分子空间结构

观察下列几种简单的分子的空间结构模型。

吟0

HOBF

co223NHA

。父。4°

HCHOCH.CH©

化学式电子式结构式键角分子的空间结构

co2

三原子分子

H2O

BF3

四原子分子NH3

CH2O

CH4

五原子分子

CH3C1—

r深度思考」

四原子分子都是平面三角形或三角锥形吗？

r应用体验」

1.正误判断

(1)所有的三原子分子都是直线形结构()

(2)正四面体形的键角均为109°28,()

(3)SiCL；、SiK、NHj、CH3CI均为正四面体结构()

(4)SF6分子的空间结构为正八面体形()

(5)椅式C6H12比船式C6H12稳定()

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

3.(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

⑵二硫化碳(CS2)分子中，两个C=S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为极性共价键

c.4个C—H的键能、键长都相等

d.二氯甲烷(CH2c12)只有一种(不存在同分异构体)

■归纳总结■------------------------------------

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BeCk、HCN、C2H2、CO?等。

(2)常见的空间结构为V形的分子有H?0、H2S>SO?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P%、PCb、N%等。

(5)常见的空间结构为正四面体形的分子有CH,、CCUsSiE、SiFa等；是四面体形但不是正四面体形的有

CH?CLCH2cb、CHCL等。

三、价层电子对互斥模型

1.价层电子对互斥模型(VSEPRmodel)

对AB〃型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的和未成键

的)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)中心原子价层电子对数=。键电子对数+孤电子对数。

(2)。键电子对数的计算

由化学式确定，即中心原子形成几个◎键，就有几个。键电子对。如H2O分子中，0有个

。键日子对，NH3分子中，N有个。键电子对。

(3)中心原子上的孤电子对数的L算

①中心原子上的孤电子对数=^(a-xb)

i表示中心原子的价电子数。具体情况如下表所示：

对象公式

主族元素“原子的最外层电子数

阳离子C『中心原子的价电子数-离子的电荷数

阴离子4二中心原子的价电子数十离子的电荷数(绝对值)

ii.X表示与中心原子结合的原子数。

iii.b表示与中心原了结合的原了•最多能接受的电了•数。

对象公式

Hb=\

其他原子b=8■■该原子的价电子数

②几种常见分子或离子的中心原子上的孤电子对数如下表所示:

分子或离子中心原子aXb中心原子上的孤电子对数

SO2S6221

NH3N5311

NH；N5-1=4410

CO夕C4+2=6320

3.价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)

价层电子对数目：2

VSEPR模型：

4.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AB〃型分子，利用VSEPR模型推测分子或离子空间结构的思路如下:

确定价乂价层电子对尽可能远离价房电子对

性则结构

电子•对数均分空间

确定孤电孤电千对的排斥作用较强形变后的空

子对数孤电f对与成键电子对尽可能远离间结构

去掉孤电子对所占空间八工十+门

—T分子或岗干的空间结构

(2)具体实例

①中心原子不含孤电子对

分子或中心原子的VSEPR模分子或离子的

离子价层电子对数型及名称空间结构及名称

OOOOOO

co

2直线形直线形

y

CO『4

平面三角形平面三角形

0Ao

CH4

正四面体形正四面体形

②中心原子含孤电子对

中心原子的价中心原子的VSEPR模分子或离子的空

分子或离子

层电子对数孤电子对数型及名称间结构及名称

0^0力0

NH3

三角锥形

四面体形

%

回

H20

形

四面体形V

小□

+

H3O

三角锥形

四面体形

Ao

c/\）0

S02

形

平面三角形V

r深度思考」

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？

2.试解释CH4键角（109。28'）、NH3键角（107。）、FkO键角（105。）依次减小的原因。

■特别提醒■-------------------------------------------------------------------

（1）若AB”型分子中，A与B之间通过两对或三对电子（即通过双键或三键）结合而成，则价层电子对互斥模

型把双键或三键作为一个电子对看待。

（2）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。

（3）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。

r应用体验」

1.正误判断

（1）分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构是相同的（）

（2）SO2与CCh的分子组成相似，故它们分子的空间结构相同（）

（3）由价层电子对互斥模型可知SnBn分子中Sn—Br的键角小于180°（）

（4）根据价层电子对互斥模型可以判断印0+与NH3的分子（或离子）的空间结构一致（）

2.下列分子或离子中，中心原子含有孤电子对的是（）

A.PClsB.NOJ

C.SiChD.PbClz

3.美国化学家鲍林教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能大体上想象出这

种物质的分子结构模型。多核离子所带电荷可以认为是中心原子得失电子所致，根据VSEPR模型,

下列离子中所有原子都在同一平面上的一组是（）

A.NO］和NHJBHQ十和CIOJ

C.N0］和C01-D.P0/和SOJ-

4.用价层电子对互斥模型完成下列问题（加“•”的原子为中心原子）。

。键电子对数孤电子对数空间结构

H2Se

SCh

PCI3

SO2

soj-

OF2

C1FJ

答案精析

红外X射线衍射质谱法

1.(1)化学键的振动频率相同吸收峰比对计算化学键官能团(3)C—HO—HC—O羟基

2.92

应用体验

I.A［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

分子中存在不对称一CH3、C—O—C和C-O,且分子式为C4H8。2,正确；B项，CH3cH2cH2coOH分子

中含有I个一C%,且不存在C—O—C,错误；C项，HCOOCH2cH2cH3分子中只含有1个一Ch,错误；

D项，(CHRCHCH2coOH分子中存在对称一CH3,不存在C—0—C,且含有5个碳原子，错误。］

2.D［由有机物A的质谱图可以看出，最大质荷比为72,故A的相对分子质量为72。］

-、

：()：：C：：()：

()=C=()180。直线形

O.p-F

H：o：H/

HH105°V形(角形)：120°平面正三角形

HHH

H：N：H

II107°三角锥形

H

II/

()=C

()：：H\

H120°平面三角形

Cl

：Cl:

II

H：C：H

109°28f正四面体形HH四面体形

深度思考

不是。孙。2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(P。分子为正四面体形。

H,O,

应用体验

l.(l)x(2)x(3)X(4)7(5)4

2.B［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。］

3.⑴V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

ClH

II

H—C—ClCl—C—CI

I|