第二节　分子的空间结构

高中化学选择性必修2人教版第二节分子的空间结构

1.红外光谱工作原理分子中的原子不是固定不动的,而是不断地振动着的。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,可以得知分子中含

有何种化学键或官能团的信息。2.作用:根据红外光谱图可以初步判断分子中化学键或官能团的类型。1|分子结构的测定——红外光谱法知识拓展

现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。在质谱图中质荷

比最大的数据代表所测物质的相对分子质量。1.三原子分子的空间结构有直线形和V形(又称角形)两种。如:化学式电子式结构式键角分子的空间结构模型空间结构名称CO2

O

C

O180°

直线形H2O

105°

V形2

|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名称CH2O

约120°

平面三角形NH3

107°

三角锥形2.四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种空间结构。如:3.五原子分子的形状更多,最常见的是四面体形。如:化学式电子式结构式键角分子的空间结构模型空间结构名称CH4

109°28'

正四面体形

1.价层电子对互斥模型(VSEPRmodel)对ABn型的分子或离子,中心原子A的价层电子对之间由于存在排斥力,使分

子总是采取电子对相互排斥最弱的那种空间结构,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.价层电子对数的计算(详见定点1)3.VSEPR模型与分子或离子的空间结构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

分子或离子的空间结构。根据价层电子对互斥模型对几种分子或离子的空间结构的推测如下:3|价层电子对互斥模型分子或离子中心原子上的孤

电子对数中心原子上的价

层电子对数VSEPR模型名称分子或离子的空

间结构名称CO202直线形直线形SO213平面三角形V形C

03平面三角形平面三角形CH404正四面体形正四面体形归纳总结常见价层电子对的空间结构

原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生,孤立的原子不可能发生杂化。1.杂化轨道的含义在外界条件影响下,原子能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨

道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道,叫做杂化原子轨

道,简称杂化轨道。2.杂化轨道理论要点(1)原子在成键时,同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。(2)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),

且杂化轨道的能量相同。(3)杂化改变了原子轨道的形状、方向,杂化使原子的成键能力增强。4|杂化轨道理论简介归纳总结对杂化过程的理解3.杂化轨道的类型与分子空间结构的关系(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时,分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结

构相同,见下表:中心原子的杂化轨道类型spsp2sp3轨道组成一个ns和一个np一个ns和两个np一个ns和三个np轨道夹角180°120°109°28'杂化轨道示意图

实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图

分子的空间结构直线形平面三角形正四面体形(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,孤电子对对成键电子对的排斥作

用,会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。中心原子的杂化轨道类型中心原子上的孤电子对数空间结构实例sp21V形SO2sp31三角锥形NH3、PCl3、NF3、H3O+2V形H2S、N

知识拓展

sp3d杂化:三角双锥形,如PCl5。sp3d2杂化:八面体(等性杂化为正八面体)形,如SF6。sp杂化和sp2杂化这两种形式中,原子还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,而

杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。1.NF3的VSEPR模型和分子空间结构相同,这种说法正确吗?提示：不正确。NF3的中心原子价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形,孤电子对数为1,分子空间结构为三角锥形。2.空间结构相同的分子,键角一定相同,这种说法正确吗?提示：不正确。CH4和P4均为正四面体结构,但CH4键角为109°28',而P4为60°。3.中心原子的价层电子都用于形成共价键的分子,其空间结构与VSEPR模型相同,

这种说法正确吗?提示：正确。中心原子的价层电子都用于形成共价键的分子,其空间结构与VSEPR模型相同,如CO2、CH4。知识辨析4.CH4、NH3、H2O的中心原子的杂化轨道类型都为sp3,键角依次减小,这种说法

正确吗?提示：正确。CH4、NH3、H2O的中心原子都采取sp3杂化,中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对成键电子对的排斥作用较大,使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键角越小。5.分子的空间结构与化学式有必然联系,这种说法正确吗?提示：不正确。AB2(或A2B)型分子可能是直线形分子,也可能是V形分子;AB3(或A3B)型分子可能是平面三角形分子,也可能是三角锥形分子。6.在同一分子中,同一种原子的杂化方式都相同,这种说法正确吗?提示：不正确。在同一分子中,同一种原子可以有多种不同的杂化方式。如:

1.利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构的解题思路

1利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数(1)σ键电子对数:根据与中心原子结合的原子数判断(由化学式确定)。(2)中心原子上的孤电子对数①简单的分子或离子可由电子式得出,如:NH3(

)中N的孤电子对数为1。②复杂的分子或离子可以根据

(a-xb)计算,其中a为中心原子的价层电子数,x为与中心原子结合的原子数,b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,对于

阴(阳)离子来说,a为中心原子的价层电子数加上(减去)离子所带电荷数的绝对

值。例如:S

中S的孤电子对数=

×(6+2-4×2)=0。2.确定中心原子价层电子对数3.确定分子空间结构(1)若中心原子没有孤电子对,则VSEPR模型与分子空间结构一致。(2)若中心原子有孤电子对,根据孤电子对与成键电子对相互排斥规律: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。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键角减小。如CH4、NH3和H2O分子

中的键角依次减小。(3)常见分子(中心原子为A)空间结构的判断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模型分子的空间结构实例202

直线形直线形BeCl2、CO2303

平面三角形平面三角形BF3、BCl321

V形SnBr2、PbCl2404

四面体形四面体形CH4、CCl431

三角锥形NH3、NF322

V形H2O

典例下列分子或离子中,VSEPR模型名称与分子或离子的空间结构名称不一致的是

(

)A.CO2B.C

C.H2OD.CCl4

思路点拨VSEPR模型即价层电子对互斥模型,分子或离子的空间结构是指分子

或离子中的原子在空间的排布,不包括中心原子的孤电子对。若中心原子上的价

层电子对数为4,不含孤电子对,则分子或离子的空间结构为四面体形;含有一个孤

电子对,为三角锥形;含有两个孤电子对,为V形。若中心原子上的价层电子对数

为3,不含孤电子对,则分子或离子的空间结构为平面三角形;含有一个孤电子对,

为V形。若中心原子上的价层电子对数为2且不含孤电子对,则分子或离子的空

间结构为直线形。C解析

A项,CO2分子中每个O原子和C原子形成两对共用电子,所以C原子价层电

子对数是2,VSEPR模型为直线形,且中心原子上没有孤电子对,CO2分子的空间结

构为直线形,VSEPR模型与空间结构一致,故A不符合题意;B项,C

的中心原子C原子上有3个σ键电子对,中心原子上的孤电子对数=

×(4+2-3×2)=0,所以C原子价层电子对数是3,VSEPR模型为平面三角形,且不含孤电子对,C

的空间结构为平面三角形,VSEPR模型与空间结构一致,故B不符合题意;C项,水分子的中心原

子O原子价层电子对数=2+

×(6-2×1)=4,VSEPR模型为四面体形,孤电子对数为2,略去孤电子对后,实际空间结构是V形,VSEPR模型与空间结构不一致,故C符合题

意;D项,CCl4分子中,中心原子C原子上的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对

数=4+

×(4-1×4)=4,VSEPR模型为正四面体形,中心原子上没有孤电子对,空间结构为正四面体形,VSEPR模型与空间结构一致,故D不符合题意。

(1)根据杂化轨道的空间结构判断(2)根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为109°28',则中心原子采取sp3杂化;若杂化轨道之间

的夹角为120°,则中心原子采取sp2杂化;若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原

子采取sp杂化。空间结构杂化轨道类型杂化轨道在空间的分布呈正四面体形sp3杂化轨道在空间的分布呈平面三角形sp2杂化轨道在空间的分布呈直线形sp2中心原子杂化轨道类型的判断因为杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形

成一个σ键,故有下列关系:杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+中心原子结合

的原子数,由杂化轨道数可判断杂化轨道类型。代表物杂化轨道数杂化轨道类型CO20+2=2spCH2O0+3=3sp2CH40+4=4sp3SO21+2=3sp2NH31+3=4sp3H2O2+2=4sp3(3)根据杂化轨道数判断(4)根据共价键类型判断由杂化轨道理论可知,原子之间成键时,未参与杂化的p轨道可形成π键,杂化

轨道用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。对于能够明确结构式的分子,

其中心原子的杂化轨道数=中心原子形成的σ键数+中心原子上的孤电子对数。

例如:①SiF4分子中,基态硅原子有4个价层电子,与4个氟原子形成4个σ键,中心原子上

无孤电子对,杂化轨道数为4,则SiF4分子中硅原子采取sp3杂化。②基态碳原子有4个价层电子,在HCHO分子中,1个碳原子与2个氢原子形成2个σ

键,与氧原子形成

键,

键中有1个σ键、1个π键,碳原子上无孤电子对,杂化轨道数为3,则HCHO分子中碳原子采取sp2杂化。

典例下表中各粒子对应的空间结构及解释均正确的是

(

)

粒子空间结构解释A氨基负离子(N

)直线形N原子采用sp杂化B二氧化硫(SO2)V形S原子采用sp3杂化,与H2O中的O原子杂化方式相同C乙炔(C2H2)直线形C原子采用sp杂化且C

原子的价层电子均参

与成键D碳酸根离子(C

)三角锥形C原子采用sp3杂化C思路点拨价层电子对数

杂化轨道数

杂化轨道类型

杂化轨道构型。解析

氨基负离子中N原子价层电子对数=2+

=4,且含有两个孤电子对,根据价层电子对互斥模型知,该离子的空间结构为V