高中化学第2章　分子结构的测定和多样性　价层电子对互斥模型

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。通过和已有谱图库，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：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——质谱法甲苯分子的质谱图：读谱：相对分子质量=最大质荷比，甲苯的相对分子质量为。

1.如图所示是某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为()A.CH3COOCH2CH3B.CH3CH2CH2COOHC.HCOOCH2CH2CH3D.(CH3)2CHCH2COOH2.如图是有机物A的质谱图，则A的相对分子质量是()A.29 B.43 C.57 D.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。化学式电子式结构式键角分子的空间结构三原子分子CO2H2O四原子分子BF3NH3CH2O五原子分子CH4CH3Cl—四原子分子都是平面三角形或三角锥形吗？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)SiCl4、SiH4、NH4+、CH3Cl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。

(2)二硫化碳(CS2)分子中，两个CS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(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)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BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。(2)常见的空间结构为V形的分子有H2O、H2S、SO2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PH3、PCl3、NH3等。(5)常见的空间结构为正四面体形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。三、价层电子对互斥模型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(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=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有个σ键电子对，NH3分子中，N有个σ键电子对。

(3)中心原子上的孤电子对数的计算①中心原子上的孤电子对数=12(a-xbⅰ.a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a=原子的最外层电子数阳离子a=中心原子的价电子数-离子的电荷数阴离子a=中心原子的价电子数+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表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。

对象公式Hb=1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SO2S6221NH3N5311NHN5-1=4410COC4+2=63203.价层电子对的空间结构(即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ABn型分子，利用VSEPR模型推测分子或离子空间结构的思路如下：(2)具体实例①中心原子不含孤电子对分子或离子中心原子的价层电子对数VSEPR模型及名称分子或离子的空间结构及名称CO2直线形直线形CO平面三角形平面三角形CH4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的价层电子对数中心原子的孤电子对数VSEPR模型及名称分子或离子的空间结构及名称NH3四面体形三角锥形H2O四面体形V形H3O+四面体形三角锥形SO2平面三角形V形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°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。(1)若ABn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。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CO2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SnBr2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H3O+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.PCl5 B.NOC.SiCl4 D.PbCl23.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.NO2-和NH4+ B.H3OC.NO3-和CO32- D.P4.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)。σ键电子对数孤电子对数空间结构H2SeSCl2PCl3SO2SOOF2Cl答案精析一、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1.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—CH3、C—O—C和CO，且分子式为C4H8O2，正确；B项，CH3CH2CH2COOH分子中含有1个—CH3，且不存在C—O—C，错误；C项，HCOOCH2CH2CH3分子中只含有1个—CH3，错误；D项，(CH3)2CHCH2COOH分子中存在对称—CH3，不存在C—O—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。］二、180°直线形105°V形(角形)120°平面正三角形107°三角锥形120°平面三角形109°28'正四面体形四面体形深度思考不是。H2O2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(P4)分子为正四面体形。应用体验1.(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√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.(1)V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；若为前者，则键角为90°，CH2Cl2有两种：和；若为后者，则键角为109°28'，CH2Cl2只有一种。三、1.σ键电子对孤电子对2.(2)233.直线形平面三角形正四面体形4.(2)①234②41424131深度思考1.不一定一致。中心原子有孤电子对时，二者结构不一致；当中心原子无孤电子对时，二者结构一致。2.CH4分子中C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1个孤电子对，H2O分子中O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角依次减小。应用体验1.(1)×(2)×(3)√(4)√2.D［PCl5中中心原子磷原子含有的孤电子对