2.2.1分子结构的测定和多样性价层电子对互斥模型课件高二下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

分子的空间结构

课时1分子结构的测定和多样性价层电子对互斥模型课堂导入P4O6SF6NH3P4分子是微观的，肉眼无法观察，那科学家是如何知道分子结构的呢？早年的科学家主要依靠对物质的化学性质进行系统总结，得出规律后进行推测。课堂学习分子结构的现代测定方法现代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。课堂学习分子结构的现代测定方法红外光谱的测定原理：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。原子与原子结合依靠的是原子间的化学键，这些化学键就像弹簧，通过振动来化解原子间的伸缩振动(可近似地看成谐振子的简谐振动)，从而保持物质的状态。分子的空间结构则是分子中的原子处于平衡位置时的模型。课堂学习分子结构的现代测定方法通过红外光谱和已有谱图库比对，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，从而分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。通过红外光谱图，发现未知物质的谱图中中含有O-H、C-H和C-O的振动吸收，可初步推测该未知物中含有羟基。课堂学习分子结构的现代测定方法质谱仪：测定分子的相对分子质量。质谱仪的测定原理：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。课堂学习分子结构的现代测定方法谱图坐标：纵坐标是相对丰度(与粒子的浓度成正比)；横坐标是粒子的相对质量与其电荷数之比，简称质荷比。谱图信息：质谱图中，横坐标最右侧，代表着数值最大的质荷比，就是该分子的相对分子质量。如右图为甲苯的质谱图，其相对分子质量等于最大质荷比，故甲苯的相对分子质量为92。课堂学习多样的分子空间结构大多数分子是由两个以上原子构成的，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。刚才的学习中我们知道了可以通过现代手段测定分子的结构，请你思考是否所有的分子都具有空间结构，你知道哪些物质的空间结构？单原子分子(稀有气体分子)和双原子分子不存在空间结构，三原子及以上的分子才会存在空间结构。三原子分子化学式电子式结构式键角空间结构名称CO2

180°直线形

H2O

105°V形(角形)

课堂学习多样的分子空间结构四原子分子化学式电子式结构式键角空间结构名称CH2O

120°平面三角形

NH3

107°三角锥形

五原子分子CH4109°28′正四面体形CH3Cl-四面体形课堂学习多样的分子空间结构分子的空间结构主要受到原子个数、键长、键角和孤电子对等因素的影响，所以同样的原子个数形成的分子空间结构不一定相同，如H2O2、NH3和P4，空间结构相同的分子键角也不一定相等，如CH4和P4。课堂学习多样的分子空间结构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。(6)是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。分子类型键角空间结构实例AB2180°直线形CO2、BeCl2、CS2<180°V形H2O、H2SAB3120°平面三角形BF3、BCl3<120°三角锥形NH3、H3O＋、PH3AB4109°28′正四面体形CH4、NH4+、CCl4课堂学习价层电子对互斥模型通过刚才的学习，你一定发现了CO2和H2O同为三原子分子，空间结构却不同，HCHO和NH3同为四原子分子，空间结构也不同，这是为什么？1940年，希吉维克和坡维尔在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型后经吉列斯比和尼霍尔姆在20世纪50年代加以发展，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR。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σ键电子对和未成键的孤电子对)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。课堂学习价层电子对互斥模型价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数a表示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-离子所带电荷数；对于阴离子：a=价电子数+离子所带电荷数。b表示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=8-该原子的价电子数。x表示与中心原子结合的原子数。示例：SO2的中心原子为S，S的价电子数为6(即S的最外层电子数为6)，则a＝6；与中心原子S结合的O的个数为2，则x＝2；与中心原子结合的O最多能接受的电子数为2，则b＝2；故SO2中的中心原子S上的孤电子对数为1；故SO2中的中心原子S上的价层电子对数为3。课堂学习价层电子对互斥模型根据价层电子对的计算方法补充下列表格分子或离子中心原子axb中心原子上的孤电子对数CO2C422(4-2×2)÷2=

0SO2S622(6-2×2)÷2=

1CO32-C4+2

=632(6-3×2)÷2=

0NH4+N5-1

=

441(4-4×1)÷2=

0分子或离子中心原子axb中心原子上的孤电子对数CO2SO2CO32-NH4+课堂学习价层电子对互斥模型由于价层电子对的相互排斥，价层电子对的数目可以帮助我们预测分子或离子的空间结构。价层电子对数234空间结构VSEPR模型直线形平面三角形正四面体形注意事项：VSEPR模型所预测的空间结构略去中心原子上的孤电子对后，才能得到分子的实际空间结构；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。课堂学习价层电子对互斥模型分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型分子(或离子)的空间结构CO220

直线形直线形CO32-30平面三角形平面三角形CH440

正四面体形

正四面体形NH341正四面体形三角锥形H2O42正四面体形V形H3O+41正四面体形三角锥形分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型分子(或离子)的空间结构CO2CO32-CH4NH3H2OH3O+课堂学习价层电子对互斥模型中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致；中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则VSEPR模型与分子的空间结构不一致，此时推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对；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，即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；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。课堂巩固正误判断1.SF6的空间结构为正八面体形。4.由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子的键角小于180°。2.SiH4、CH2Cl2均为正四面体结构。3.SO2与CO2的分子组成相似，空间结构相同。√××√下列粒子中，与NO3-空间结构最