分子的空间结构 第一课时：分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型【知识精讲+备课精研+高效课堂】 高中化学人教版（2019）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第一课时分子结构的测定和多样性价层电子对互斥模型1.了解分子结构的测定方法2.通过典型分子结构的学习，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分子的世界形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。肉眼不能看到的分子，科学家是怎样知道分子的结构的呢分子结构的测定1.早年的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后推测分子的结构。2.如今，科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如红外光谱、晶体X射线衍射等。3.下面先介绍红外光谱，下一章还将介绍晶体X射线衍射。分子结构的确定——红外光谱法1.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，再记录到谱图上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。红外光谱仪某有机物分子式为C2H6O，其红外光谱图如下，则该有机物的结构简式是A.CH3CH2OH

B.CH3OCH3相对分子质量的确定——质谱法1.原理在质谱仪中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。质谱仪相对分子质量＝最大质荷比甲苯的相对分子质量为921.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是()A.核磁共振氢谱 B.质谱C.红外光谱 D.紫外光谱C

2.质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方法是让极少量的(10-9g)化合物通过质谱仪的离子化室，样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子，然后测定其质荷比。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),该有机物可能是（）A.甲醇(CH3OH)

B.甲烷

C.丙烷

D.乙烯B紫外光谱核磁共振氢谱1、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？迁移:两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？O2HCl2、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？迁移：三个原子构成的分子，将这3个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？CO2H2O大多数分子是由两个以上原子构成的，由于原子间排列的空间顺序不一样，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。多样的分子空间构型三原子分子的空间结构——直线形和V形化学式电子式结构式键角分子的空间结构模型空间结构空间充填模型球棍模型CO2

H2O

O:::CO:::::H:OH:::O=C=O180°直线形V形105°四原子分子的空间结构——平面三角形和三角锥形化学式电子式结构式键角分子的空间结构模型空间结构空间充填模型球棍模型BF3

NH3

CH2OH:NH:::H107°三角锥形120°H:CO:::::H平面三角形平面正三角形约120°四原子分子其他空间结构（直线形、正四面体形）C2H2180°直线形P460°正四面体形97°94°H2O2五原子分子的空间结构——正四面体形和四面体形化学式电子式结构式键角分子的空间结构模型空间结构空间充填模型球棍模型CH4

CH3Cl109°28'正四面体形H:CH:::HH四面体形P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6正八面体形其他多原子分子的空间结构C60C20C40C70CO2直线形180°H2O

V形105°CH2O平面三角形约120°NH3三角锥形107°三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，为什么它们的空间结构不同？化学式电子式分子的空间结构模型CO2H2OCH2ONH3CH4孤电子对成键电子对根据分子的电子式，再对照其球棍模型，运用分类、对比的方法，分析结构不同的原因。由于中心原子的孤电子对占有一定空间，对其他成键电子对存在排斥力，影响分子的空间结构。价层电子对互斥模型(VSEPRmodels)1.内容

价层电子对互斥模型认为,分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。

“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。

多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对。2.价层电子对数的计算

价层电子对数＝σ键电子对数+孤电子对数①σ键电子对数可从化学式来确定。

ABn型分子，A为中心原子，B为与A用共价键结合的原子。n为结合的数量，也等于A与B之间结合的σ键个数，即σ键电子对的数量。σ键电子对数=中心原子结合的原子数分子中心原子中心原子结合的原子数σ键电子对数H2OO2NH3N3SO3S3233②中心原子上的孤电子对数1°根据电子式直接确定2°公式计算中心原子上的孤电子对数＝(a-xb)211、a为中心原子的价电子数（对于主族元素等于原子的最外层电子数）；2、x为与中心原子结合的原子数；3、b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数（氢为1，其他原子为“8减去该原子的价电子数”，如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1；等等）CH4×(4-4×1)＝0NH3×(5-3×1)＝1H2O×(6-2×1)＝2212121分子或离子中心原子

a

x

b中心原子上的孤电子对数

SO2

NH4+

CO32-

CO2

SO42-SNCCS0145-1=412264+2=646+2=8324200220几种分子或离子的中心原子上的孤电子对数对于阳离子，a=价电子数-离子电荷数；对于阴离子，a=价电子数+|离子电荷数|。3.价层电子对的空间结构（VSEPR模型）价层电子对数n=2n=3n=4n=5n=6VSEPR模型VSEPR模型名称直线形平面三角形四面体形三角双锥八面体形中心原子的价层电子对之间存在排斥力，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，以使彼此之间的排斥力最小，分子或离子的体系能量最低，最稳定。3.分子的空间结构得到VSEPR模型以后，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。含孤电子对的VSEPR模型分子的空间结构模型105°由于孤电子对有较大排斥力，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。价层电子对互斥模型对分子空间结构的预测少有失误，但它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。CH4、H2O、NH3的键角分别是109°28′、105°、107°，请解释原因。价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：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

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，键角减小。109°28′分子或离子孤电子对数σ键电子对数价层电子对数VSEPR模型分子空间结构

CO2

CH4

NH4+SO42-

SO3CO32-H2OSO2

NH3HCN022直线形直线形044正