2.2.1分子的空间构型高二上学期化学人教版选择性必修2

第二章分子结构与性质第二节分子的空间构型第1课时分子的空间构型

价电子互斥理论肉眼不能看到分子，科学家是怎样知道分子的结构的呢？一、分子结构的测定

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。

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射线衍射等红外光谱仪(1)原理：分子中的原子不是固定不动的，而是处于不断振着的。动红外线透过分子时，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，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。1．红外光谱法例如，通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如上图所示，发现有O—H、C—H、和C—O的振动吸收。因此，可以初步推测该未知物中含有羟基（—OH）。

红外光谱帮助我们确定分子中的化学键和官能团，还有什么现代化仪器帮我们确定有机物的结构呢？现代化学常利用质谱仪（如上图）测定分子的相对分子质量质谱仪

质谱仪的基本原理（如下图所示）是在质谱仪中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。2.质谱仪纵坐标表示相对丰度，横坐标表示粒子的相对质量与其电荷数之比（m/z），简称荷质比，化学家通过分析得知，被测物的相对分子质量是92，该物质是甲苯。相对分子质量＝最大质荷比

在多原子构成的分子中，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。这就是所谓的分子的立体构型。二、多样的分子空间结构1、双原子分子（直线形）O2HCl直线形180°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°2、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CH2O

NH3

H:CO:::::HH:NH:::H120°107°平面三角形三角锥形3、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CH4

109°28'正四面体形H:CH:::HH4、五原子分子的空间结构——正四面体形

P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6分子空间结构与其稳定性有关。例如，上图中S8像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式C6H12稳定。5、其他多原子分子CO2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？为了探其原因，发展了许多结构理论

有一种比较简单的理论叫做价层电子对互斥(VSEPRmodels)模型，这种简单的理论可用来预测分子的空间结构。

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。三、价层电子对互斥(VSEPRmodels)模型1、价层电子对互斥理论的内容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。中心原子与几个原子成键，就有几个σ键电子对。分子中心原子中心原子结合的原子数σ键电子对数H2OO2NH3N3SO3S3233σ键电子对数=中心原子结合的原子数②中心原子上的孤电子对数1°根据电子式直接确定×(4-4×1)＝0×(5-3×1)＝1×(6-2×1)＝22121212°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）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”2、x为与中心原子结合的原子数

。如：H-1;O-2;Cl-1分子或离子中心原子

a

x

b中心原子上的孤电子对数SO2S6221

NH4+N5-1=4410

CO32-C4+2=6320

SO42-S6+2=84203.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|。总结：中心原子上的孤电子对数=

（a-xb）—21其中：a为中心原子的价电子数,对主族元素，a=最外层电子数；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|。

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，H为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。如：O为2、N为3（化合价数）

计算价层电子对数=中心原子的σ键电子对数+孤电子对数代表物电子式中心原子结合的原子数σ键电子对数孤电子数价层电子对数H2ONH3CO2CH4:::HOH::::HNH:H:::HCH:HHOCO::::::::2342224314404202

（1）中心原子上的价电子都用于形成共价键，无孤对电子。如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n(价层电子对数)来预测，概括如下：4、确定价层电子对互斥模型价层电子对数234电子对的排列方式VSEPR模型直线形平面三角形(正)四面体（2）中心原子上有孤电子对的分子的立体构型中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的立体构型。化学式BeCl2SO2CO32-CH4NH4+NH3H2Oσ键电子对孤电子对价层电子对VSEPR模型分子模型223443201000122334444直线平面三角平面三角四面体四面体四面体四面体直线V形平面三角正四面体正四面体三角锥V形略去互斥模型中心原子的孤电子对，得分子的空间结构。价层电子对互斥构型(VSEPR模型)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：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。价层电子对互斥构型(VSEPR模型)与分子的空间构型有什么联系？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，孤电子对与成键电子对之间的斥力增大，键角减小。

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思考与讨论化学式中心原子孤对电子数σ键电子对数VSEPR模型名称H2SBF3NH2-