2025春高二化学选择性必修2 （配人教版）第二章 分子结构与性质 第二节 分子的空间结构 第1课时 分子结构的测定 多样的分子空间结构 价层电子对互斥模型

分子结构的测定多样的分子空间结构价层电子对互斥模型第1课时第二节分子的空间结构学习目标1.通过分子结构测定方法的学习,能说明分子结构测定的常用方法,能辨识简单的波谱图。2.通过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,能够辨识分子结构的多样性及复杂性,能分析构成不同物质分子空间结构差异的原因。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,能应用价层电子对互斥模型解释和预测分子的空间结构。任务分项突破『自主梳理』1.分子结构的测定方法(1)早年的科学家主要靠对物质的

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

、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。学习任务1认识分子结构的测定化学红外光谱2.红外光谱的工作原理(1)原理。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

相同的红外线,再记录到图谱上呈现

。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

或

的信息。振动频率吸收峰化学键官能团(2)示意图。[示例]通过此红外光谱图发现某未知物有

、

和

化学键的振动吸收,初步推测该未知物中含有的官能团为

。O—HC—HC—O羟基3.质谱法(1)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。分子离子和碎片离子各自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)应用:测定

。(3)读谱:相对分子质量=最大质荷比。分子的相对分子质量[示例]以甲苯为例:由图可得,甲苯的相对分子质量为

。92『互动探究』研究有机化合物一般要经过以下几个基本步骤,每个步骤中都有一些常用的基本方法。探究有机化合物组成、结构的测定方法分离提纯某有机化合物A并用化学方法测定其元素组成,确定其最简式(有机化合物分子中各原子最简整数比即为其最简式,又称实验式)为C2H6O。问题1:用质谱仪测定有机化合物A的质谱图如图所示,据此分析A的相对分子质量,并结合其最简式确定该有机化合物的分子式。提示:根据质荷比最大值可以确定A的相对分子质量是46;结合其最简式为C2H6O,可推知A的分子式为C2H6O。问题2:用红外光谱仪处理有机化合物A,得到如图所示信息。推测该有机化合物A含有的化学键或官能团。通过该红外光谱图能否确认化学键或官能团的个数?提示:该物质中含有C—H、O—H、C—O,可以推测该有机化合物含有羟基官能团;不能确认化学键或官能团的个数。问题3:核磁共振氢谱图可以获得有机化合物分子中有几种不同类型的氢原子及它们相对数目的信息。处在不同化学环境中的氢原子在谱图上出现的位置不同,且核磁共振氢谱中吸收峰的面积与氢原子数成正比。测得A的核磁共振氢谱如图所示,推测A中有几种氢原子,各种氢原子个数之比是多少。提示:核磁共振氢谱图中有三个峰,对应三种氢原子,峰面积之比是1∶2∶3,说明三种氢原子个数之比为1∶2∶3。问题4:综合以上信息,写出该有机化合物A的结构简式。提示:CH3CH2OH。归纳拓展分子结构的测定的常用方法比较方法原理应用红外光谱图不同的化学键或官能团吸收频率不同,在红外光谱图中将处于不同的位置,从而获得分子中含有何种化学键或官能团的信息推知有机物中含有哪些化学键、官能团质谱法质谱图中质荷比最大值就是样品分子的相对分子质量(质荷比:指分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷数的比值)推知相对分子质量『题组例练』1.质谱法是让极少量(10-9g左右)的化合物通过质谱仪的离子化室,使样品分子大量离子化,少量分子碎裂成更小的离子。如C2H6离子化后可得到……然后测定其质荷比β。设H+的质荷比为1,某有机化合物样品的质荷比如图(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),则该有机化合物可能是(

)A.CH3OH B.C3H8C.C2H4 D.CH4√解析:有机化合物样品中的质荷比的最大值为该物质的相对分子质量,从图中可知该有机化合物的相对分子质量为16,即为CH4。2.如图是一种分子式为C4H8O2的有机化合物的红外光谱图,则该有机化合物可能为(

)A.CH3COOCH2CH3B.CH3CH2CH2COOHC.HCOOCH2CH2CH3D.(CH3)2CHCH2COOH√学习任务2认识多样的分子空间结构『自主梳理』多原子分子中存在原子的几何学关系和形状,即分子的空间结构。分子类型化学式结构式空间结构模型键角空间结构名称三原子分子CO2

H2O105°

(又称角形)180°直线形V形四原子分子CH2O

NH3107°

五原子分子CH4

120°平面三角形三角锥形109°28′正四面体形『互动探究』观察下列几种简单的分子的空间结构模型。探究分子的空间结构及相关因素问题1:H2S中,两个H—S的键角接近90°,CO2中两个CO的键角是180°,推测H2S和CO2的分子空间结构分别是怎样的?提示:H2S的空间结构是V形,CO2的空间结构是直线形。问题2:CH3Cl分子是正四面体形结构吗?提示:C—H的键长与C—Cl的键长不同,所以CH3Cl是四面体形,但不是正四面体形。问题3:空间结构相同的分子,其键角完全相同吗?提示:不一定,如P4和CH4均为正四面体形,但P4的键角是60°,CH4的键角为109°28′。问题4:NH3与BF3分子组成相似,但NH3是三角锥形,而BF3是平面三角形,试写出这两种分子的电子式,并结合以上分析总结分子的空间结构与哪些因素有关。提示:;分子的空间结构与原子数目、键长、键角、孤电子对等有关。归纳拓展分子的空间结构与键角的关系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、PH3AB4109°28′正四面体形CH4、CCl4『题组例练』1.下列分子的空间结构为正四面体形的是(

)①P4②NH3③CCl4④CH4⑤H2S⑥CO2A.③④⑤ B.①③⑥C.①③④ D.②④⑤√解析:NH3的空间结构是三角锥形,H2S的空间结构是V形,CO2的空间结构是直线形,故选C。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√解析:键角为180°的分子,空间结构是直线形,例如CO2分子是直线形分子,A正确;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。『自主梳理』1.价层电子对互斥模型(1)模型要点:分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互

的结果。(2)价层电子对:VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的

和中心原子上的

。学习任务3探究价层电子对互斥模型排斥σ键电子对孤电子对(3)价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)。直线形平面三角形正四面体形2.价层电子对数的确定方法(1)方法图示。①a表示中心原子的价电子数。对主族元素的原子:a=最外层电子数,如氧原子的a=

。65-1=44+|-2|=634③b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(如下表)。元素H、卤族元素(F、Cl、Br、I)氧族元素(O、S等)氮族元素(N、P等)b

1233.应用VSEPR模型对分子或离子的空间结构的推测(1)推测思路:价层电子对数VSEPR模型名称

分子或离子的空间结构。(2)示例。分子或离子孤电子对数价层电子对数VSEPR模型名称分子或离子的空间结构名称CO2

SO2

02直线形直线形13平面三角形V形

H2O

NH3

CH4

03平面三角形平面三角形24四面体形V形14四面体形三角锥形04正四面体形正四面体形『互动探究』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空间结构。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模型。探究利用VSEPR模型推测分子或离子的空间结构问题1:BF3和PCl3的分子组成相似,其分子空间结构是否相同?提示:两者分子空间结构不同,BF3的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形,分子空间结构为平面三角形;PCl3的价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形,分子空间结构为三角锥形。问题2:CH4(键角为109°28′)、NH3(键角为107°)、H2O(键角为105°)的VSEPR模型相同,但键角不同,试分析这三种分子键角差异的原因。提示:CH4分子中碳原子4个价电子全部参与成键,无孤电子对,NH3分子中氮原子价层电子对数为4,孤电子对数为1,H2O分子中氧原子价层电子对数为4,孤电子对数为2,孤电子对与成键电子对之间的排斥作用依次增大,故键角依次减小。问题3:很多非ABn型分子也可以用“价层电子对相互排斥而尽量远离”的原则快速地判断它们的分子结构。试分析判断乙酸分子(结构如图)中①

、②

、③C—O—H的空间结构是什么。提示:①为四面体结构,②为平面三角形,③为V形。归纳拓展1.价层电子对数的计算方法(1)结构分析法。(2)公式计算法。2.VSEPR模型与分子或离子的空间结构σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型名称

分子或离子的空间结构。(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)价层电子对之间的斥力。①电子对之间的夹角越小,斥力越大。②分子中电子对之间的斥力大小顺序: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增大,键角减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。③由于三键、双键比单键包含的电子多,所以斥力大小顺序:三键>双键>单键。『题组例练』题点一VSEPR模型的理解辨析1.下列关于价层电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述不正确的是(

)A.VSEPR模型可用来预测分子的立体结构B.分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构C.分子中键角越大,价层电子对相互排斥力越小,分子越稳定D.中心原子上的孤电子对不参与互相排斥√解析:价层电子对互斥模型可用来预测分子的立体结构,故A正确;空间结构与价层电子对相互排斥有关,因此分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构,故B正确;分子中键角越大,价层电子对相互排斥力越小,分子越稳定,故C正确;中心原子上的孤电子对参与相互排斥,故D错误。2.若XYn分子的中心原子X上没有未用于形成共价键的孤电子对,根据价层电子对互斥模型,下列说法正确的是(

)A.若n=2,则分子的空间结构为V形B.若n=3,则分子的空间结构为三角锥形C.若n=4,则分子的空间结构为正四面体形D.以上说法都不正确√解析:若中心原子X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时,分子的空间结构为直线形;当n=3时,分子的空间结构为平面三角形;当n=4时,分子的空间结构为正四面体形。题点二利用VSEPR模型预测分子的空间结构3.用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构,其中正确的是(

)A.H2O与BeCl2为V形(角形)B.CS2与SO2为直线形C.BF3与PCl3为三角锥形√4.下列分子或离子中,键角由大到小排列正确的是(

)A.⑤④①②③ B.⑤①④②③C.④①②⑤③ D.③②④①⑤√解析:①的空间结构为正四面体形,键角为109°28′;②NH3分子中氮原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,其空间结构为三角锥形,键角约为107°;③H2O分子的空间结构为V形,键角为105°;④BF3的中心原子的价电子都用来形成共价键,所以价层电子对数为3,其空间结构为平面三角形,键角为120°;⑤CO2的中心原子的价电子都用来形成共价键,所以价层电子对数为2,为直线形,键角为180°。所以键角由大到小排列顺序是⑤④①②③。思维建模利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构的思维流程『知识整合提升』学科素养测评第二、第三周期的部分非金属元素与氢元素形成的分子或离子常含有10电子或18电子。按下列要求写出满足条件的粒子。(1)写出具有10个电子,含两个或两个以上原子核的离子的符号:

、

、

、

。

OH-H3O+(2)写出具有10个电子,含两个或两个以上原子核的分子:

、

、

、

。

CH4解析:(2)10电子分子为CH4、NH3、H2O、HF,空间结构分别为正四面体形、三角锥形、V形、直线形。NH3H2OHF(3)写出具有18个电子的无机化合物的分子式:

、

、

、

、

。

H2O2解析:(3)第三周期元素的氢化物分子具有18个电子,第二周期元素形成R2Hx型化合物,如C2H6、H2O2等,也具有18个电子。符合条件的分子有H2O2、SiH4、PH3、H2S、HCl,其中SiH4