形形色色的分子与价层电子对互斥理论课件

第二节分子的立体结构(共2课时)1．根据有关原子的结构，依据共价键的方向性和饱和性，用电子式、结构式等描述CO2、H2、NH3、CH2O、CH4等分子结构。2．利用有关素材制作CO2、H2O、NH3、CH2O、CH4等分子的模型，了解这些分子的空间构型。3．以典型分子结构为例，从价层电子对互斥模型理论角度解释分子结构的多样性和复杂性。4．能用价层电子对互斥模型理论判断简单分子或离子的空间构型。一、形形色色的分子1．三原子分子的立体结构有________和________两种。直线形的有________、________等。V形有________、________等。2．四原子的分子立体结构有________和________两种。甲醛(CH2O)呈________，键角约________；氨分子呈________，键角________。3．五原子分子的立体结构最常见的是________。如________等，键角是________。二、价层电子对互斥理论1．价层电子对互斥理论认为，分子的立体构型是“________”相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的________上的电子对，包括________和________。2．σ键电子数可由________确定。而中心原子上的孤电子对数，确定方法如下：中心原子上的孤电子对数＝________a为________；x为________；b为与中心原子结合的原子________。3．VSEPR模型和分子的立体构型H2O的中心原子上有________对孤电子对，与中心原子上的________键电子对相加等于________，它们相互排斥形成________形VSEPR模型。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对，因而H2O分子呈________形。答案：一、1.直线形V形CO2

CS2

H2O

SO22．平面三角形三角锥形平面三角形120°三角锥形107°3．正四面体CH4、CCl4

109°28′二、1.“价层电子对”中心原子σ键电子对中心原子上的孤电子对1．用价层电子对互斥(VSEPR)法判断分子空间构型的要点是哪些内容？提示：用VSEPR法判断分子空间构型的要点。①共价分子或原子团的几何构型，主要决定于中心原子价电子对(包括成键电子对和孤对电子)的排斥情况。分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小(或电子对相距最远)的那种结构，因为分子内原子间排斥力越小，分子势能越低，分子越稳定。②电子对间相互排斥力的大小，主要决定于电子对间的夹角或成键情况。斥力大小的一般规律如下：a．电子对之间的夹角越小，排斥力越大，各种不同夹角斥力的大小顺序为：30°＞60°＞90°＞120°。b．孤对电子—孤对电子＞孤对电子—成键电子对＞成键电子对—成键电子对，简写为LP—LP＞LP—BP＞BP—BP(LP—孤对电子，BP—成键电子对)c．多重键比单键包含的电子数目多，所以其排斥力大小顺序为：三键＞双键＞单键。根据电子对相互排斥最小的原则，分子的几何构型与电子对的数目和类型有关。2．分子的立体结构是怎样测定的？提示：分子中原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。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。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，结合这些信息，可分析出分子的立体结构。1.分子的立体结构(1)三原子分子：(2)四原子分子：说明：常见四原子分子中，白磷(P4)的立体结构是正四面体形。它的键角是60°，立体结构如图所示：。(3)五原子分子：五原子分子最常见的立体结构是四面体结构。说明：分子的空间构型不只局限于上面的几种情况，它具有多样性和复杂性。在多原子分子中，立体结构形形色色，异彩纷呈。如图：2．分子的立体结构与其稳定性的关系分子稳定性与其立体结构有关，如S8分子：，它的立体结构像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可存在，却不如皇冠式稳定；又如C6H12的椅式结构比船式结构稳定。●案例精析【例1】下列分子中的立体结构模型正确的是(

)A．CO2的立体结构模型B．H2O的立体结构模型C．NH3的立体结构模型D．CH4的立体结构模型[解析]

CO2的分子构型为直线形，A不正确；H2O的分子构型为V形，B不正确；NH3的分子构型为三角锥形，C不正确；CH4的分子构型为正四面体形，D正确。[答案]

D[点评]

一些常见物质的分子构型要了解记忆，并且能用下面学习的价层电子对互斥模型及杂化轨道理论予以解释说明。硫化氢(H2S)分子中，两个H—S键夹角都接近90°，说明H2S分子的空间构型为________________；二氧化碳(CO2)分子中，两上C＝O键夹角是180°，说明CO2分子的空间构型为________________；甲烷(CH4)分子中，任意两个C—H键的夹角都是109°28′，说明CH4分子的空间构型为__________。[答案]

V形直线形正四面体形(1)写出具有10个电子，两个或两个以上原子核的离子的符号________、________、________、________。(2)写出具有18个电子的无机化合物的化学式________、________、________、________。(3)在(1)(2)题涉及的粒子中，空间构型为正四面体的有______；为三角锥形的有______。[解析]

(1)第二周期元素的氢化物具有10个电子，其分子结合一个H＋或电离出一个H＋后，形成阴阳离子所具有的电子数不变，离子符号为NH4＋、H3O＋、NH2－、OH－，对照左栏类比推导或根据等电子体原理导出：NH4＋与CH4、H3O＋与NH3、NH2－与H2O的空间构型分别相同，依次为正四面体构形、三角锥形、V形结构。(2)第三周期元素的氢化物分子中具有18个电子，第二周期元素形成R2Hx型的化合物，如C2H6、H2O2等，也具有18个电子。符合条件的分子有：C2H6、H2O2、SiH4、PH3、H2S、HCl，由等电子体原理分析，SiH4为正四面体构型，PH3为三角锥形。[答案]

(1)OH－、NH4＋、H3O＋、NH2－、(2)H2S、PH3、SiH4、HCl

(3)NH4＋、SiH4；H3O＋、PH3已知三角锥形分子E和直线形分子G反应，生成两种直线形分子L和M(组成E、G、L、M分子的元素原子序数均小于10)如下图。则下列判断错误的是(

)A．E能使紫色石蕊试液变蓝色B．G是最活泼的非金属单质C．E、L分子中都只有极性键D．M化学性质活泼[解析]

从上图中形成共价键的情况可以判断出组成E、G、L、M分子的元素分别为：H、N、F(分别为小圈、中圈、大圈)，E、G、L、M分子分别为NH3、F2、HF、N2。[答案]

D价层电子对互斥模型(VSFPR模型)是一种预测分子立体结构的一种简单理论，价层电子对互斥模型主要的内容是：对ABn型分子或离子，中心原子A价层电子对(包括用于形成共价键的电子对和没有形成共价键的电子对)之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低。根据价层电子对互斥模型可以把分子分成以下两大类：(1)中心原子上不存在没有成键电子对的分子这类分子的中心原子上的价电子都用于形成共价键，如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子，最外层的4个电子全部形成共用电子对。在这类分子中，由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离，成键原子的几何构型总是采取电子对排斥最小的那种结构。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测，其类型可以归纳如下：(2)中心原子上存在没有成键电子对的分子这类分子的中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对)的分子。如H2O和NH3分子中，中心原子O原子和N原子分别有2对和1对孤对电子，这些中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥，成键原子的几何构型与没有孤对电子的分子不同。这类分子的立体结构可以归纳如下：●案例精析【例2】用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型：BeCl2

________，SCl2

________，BF3

________，PF3

________，NH4＋

________，SO32－

________。[解析]

根据各分子的电子式和结构式，分析中心原子的孤电子对数，依据中心原子连接的原子数和孤电子对数，确定VSEPR模型和分子的空间构型。[答案]

直线形V形平面三角形三角锥形正四面体形三角锥形[点评]

使用价层电子对互斥理论判断分子空间构型时需注意：价层电子对互斥构型是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对)，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型：(1)H2S

(2)NH2－

(3)BF3

(4)CHCl3

(5)SiF4[解析]

根据原子的最外层电子的排布，可以判断出本题分子的中心原子含有的孤对电子对数和结合的原子数情况为：根据上述的数据不难判断出各种分子的空间构型。化学式H2SNH2－BF3CHCl3SiF4中心原子含有孤对电子对数22000中心原子结合的原子数22344[答案]

(1)H2S为V形(2)NH2－为V形(3)BF3为正三角形(4)CHCl3为四面体(5)SiF4为正四面体[点评]

利用价层电子对互斥理论时，首先要根据原子的最外层电子数，判断中心原子上有没有孤对电子，然后再根据中心原子结合的原子的数目，就可以判断出分子的空间构型。本题要注意，CHCl3结合的原子不同，不是正四面体。若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的是(

)A．若n＝2，则分子的立体结构为V形B．若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形C．若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形D．以上说法都不正确[解析]

若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2，分子结构为直线形，n＝3，分子结构为平面三角形，n＝4，分子结构为正四面体形。[答案]

C推断分子或离子的空间构型的具体步骤(1)确定中心原子A的价电子对数中心原子A的价电子对数＝(中心原子A的价电子数＋结合原子B提供的电子数)/2。计算时应注意：①氧族元素原子作为结合原子时，可以认为不提供电子，但作为中心原子时可以认为提供6个价电子。②如果讨论的是离子，则应加上或减去与离子电荷相对应的电子数。如PO43－中P原子价电子数应加上3。而NH4＋中N原子的价电子数应减去1。③如价电子数出现奇数电子，可把这个单电子当作电子对看待。(2)确定价层电子对的空间构型由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离。价层电子对的空间构型与价层电子对的数目的关系为价层电