第2章-第2节-第1课时-分子结构的测定和多样性-价层电子对互斥模型(讲义)

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和多样性价层电子对互斥模型学习导航1.了解分子结构的测定方法。2.通过对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，了解共价分子结构的多样性和复杂性。3.通过对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。教学过程一、分子结构的测定早年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进行推测，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。1．红外光谱在测定分子结构中的应用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。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，可分析分子中含有何种化学键或官能团的信息。2．质谱法在测定分子相对分子质量中的应用现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。它的基本原理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。二、多样的分子空间结构单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构，多原子分子中存在原子的几何学关系和形状，即所谓“分子的空间结构”。1．三原子分子化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CO2O=C=O180°直线形H2O105°V形2.四原子分子化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH2O约120°平面三角形NH3107°三角锥形3．五原子分子化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH4109°28′正四面体形CCl4109°28′正四面体形4.其他多原子分子的空间结构三、价层电子对互斥模型1．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。2．价层电子对的计算(1)中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。(2)σ键电子对数的计算由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如H2O分子中，O有2对σ键电子对。NH3分子中，N有3对σ键电子对。(3)中心原子上的孤电子对数的计算中心原子上的孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)①a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。②x表示与中心原子结合的原子数。③b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。3．价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)价层电子对数目：234VSEPR模型：直线形平面三角形正四面体形4．VSEPR模型的应用——预测分子空间结构由价层电子对的相互排斥，得到含有孤电子对的VSEPR模型，然后，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。(1)中心原子不含孤电子对分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子(或离子)的空间结构及名称CO220直线形直线形COeq\o\al(2－,3)30平面三角形平面三角形CH440正四面体形正四面体形(2)中心原子含孤电子对分子或离子价层电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子的空间结构及名称NH341四面体形三角锥形H2O42四面体形V形SO231平面三角形V形【归纳总结】分子空间结构的确定思路中心原子价层电子对数n⇓⇓分子的空间结构——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间课时训练1．下列叙述中错误的是A．气态和中心原子的孤电子对数目相等B．某晶体不导电，熔融状态能导电，可以较充分说明该晶体是离子晶体C．分子与H+结合成，O原子的杂化类型未发生改变D．离子空间结构：正四面体形2．下列有关和的说法正确的是A．和的空间结构都是三角锥形B．中N原子上的孤电子对数为1，中B原子上无孤电子对C．和形成的化合物中各原子最外层都达到8电子稳定结构D．和的中心原子的价层电子对数均为43．下列微粒的中心原子的价层电子对数正确的是A．HCHO3 B．CS21 C．BCl32 D．SO324．根据价层电子对互斥理论，NCl3、SO2、SO3、BF3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是A．NCl3 B．SO2 C．SO3 D．BF35．下列分子或高中，VSEPR模型为四面体形，但分子或离子的空间结构为V形的是A． B．BF3 C．PH3 D．OF26．下列表达方式或说法正确的是A．NH3、H2O、CO2、HCl四分子中孤电子对最多的是CO2B．氯化铵的电子式：C．硫离子的核外电子排布式1s22s22p63s23p4D．基态到激发态产生的光谱是发射光谱7．氮及其化合物的转化过程如图所示，下列说法正确的是A．过程Ⅰ可表示为，该反应是可逆反应，故产率和原子利用率不可能达到100%B．加入催化剂a可增大单位体积内的活化分子百分数，改变反应的活化能C．催化剂b表面生成的产物与空气接触后生成的红棕色气体为酸性氧化物D．过程Ⅰ的产物的VSEPR模型名称为正四面体形8．下列说法正确的是A．凡是中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型都是正四面体形B．白磷分子和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28'C．若ABn型分子的中心原子A上没有孤电子对，则ABn为非极性分子D．NH3和PH3分子的VSEPR模型为正四面体形，PH3中P—H键键角大于NH3中N—H键键角9．(1)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为__________和__________。(2)NH4H2PO4中，电负性最高的元素是______；P的_______杂化轨道与O的2p轨道形成_______键。(3)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是__________、__________。(4)H2S的VSEPR模型为________，其分子的空间构型为________；结合等电子体的知识判断离子的空间构型为________。(5)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是_________，中心原子的杂化形式为________。LiAlH4中，存在________(填标号)。A．离子键B．σ键C．π键D．氢键10．I.有下列分子或离子：BF3、H2O、NH、SO2、HCHO、PCl3、CO2(1)粒子构型为直线型的为：______(2)粒子的立体构型为V型的为：______(3)粒子的立体构型为平面三角形的为：______(4)粒子的立体构型为三角锥型的为：______(5)粒子的立体构型为正四面体的为______II.在下列分子中，①H2，②CO2，③H2O2，④HCN(填序号)。分子中只有σ键的是______，分子中含有π键的是______，分子中所有原子都满足最外层为8个电子结构的是______，分子中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是______，分子中含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是______，分子中既含有极性键又含有非极性键的是______。答案解析1．A【详解】A．通过公式计算中心原子的孤电子对数，，所以二者的孤电子对数目不相等，故A错误；B．离子晶体是电解质，晶体不能导电，但水溶液或熔融状态下能导电，因此，某晶体不导电，熔融状态能导电，可以较充分说明该晶体是离子晶体，故B正确；C．分子与H+结合成，结合前后O原子的杂化类型都为sp3杂化，故C正确；D．中心原子S提供6个电子，氧不提供，得到两个电子，所以电子数为8，孤对电子数为4，空间结构为正四面体形，故D正确；故选A。2．B【详解】A．的空间结构为平面三角形，A错误;B．中N原子上的孤电子对数，中B原子上的孤电子对数，正确，B正确;C．中氢原子形成2电子稳定结构，Ｃ错误;D．中N原子的价层电子对数为，中B原子的价层电子对数为，D错误;答案选B。3．A【详解】A．在HCHO中，碳原子形成3个σ键，孤电子对数为0，故价层电子对数为3，A正确；B．在CS2中，碳原子形成2个σ键，孤电子对数为0，故价层电子对数为2，B错误；C．在BCl3中，B原子形成3个σ键，孤电子对数为0，故价层电子对数为3，C错误；D．在SO3中，S原子形成3个σ键，孤电子对数为0，故价层电子对数为3，D错误；故合理选项是A。4．A【详解】NCl3态分子中，中心原子价层电子对数为：，SO2气态分子中，中心原子价层电子对数为：，SO3气态分子中，中心原子价层电子对数为，BF3气态分子中，中心原子价层电子对数为：，则与其他分子不同的是NCl3，故B正确；故选B。5．D【详解】A．的中心原子N的价层电子对数=，由于此时N原子不含孤对电子，根据价层电子对互斥理论知VSEPR模型与实际构型相同，均为正四面体形，A不符合题意；B．BF3的中心原子B的价层电子对数=，由于此时B原子不含孤对电子，根据价层电子对互斥理论知BF3VSEPR模型与实际构型相同，均为正三角形，B不符合题意；C．PH3的中心原子P的价层电子对数=，对应VSEPR模型为四面体形，由于中心P含有1对孤对电子，故其实际构型为三角锥形，C不符合题意；D．OF2的中心原子O的价层电子对数=，对应VSEPR模型为四面体形，由于中心O含有2对孤对电子，故其实际构型为V形，D符合题意；故答案选D。6．A【详解】A．NH3分子中N原子有一对孤电子对，H2O分子中O原子有两对，HCl分子中Cl原子有3对，CO2分子中两个O原子共有2×2=4对，孤电子对最多的是CO2，A正确；B．氯离子最外层有8个电子，电子式应为，B错误；C．S2-核外有18个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，C错误；D．基态到激发态需要吸收能量，产生的光谱为吸收光谱，D错误；综上所述答案为A。7．B【详解】A．该反应虽然为可逆反应，但是其原子利用率为100%，故A错误；B．加入催化剂a降低反应的活化能，可增大单位体积内的活化分子百分数，故B正确；C．催化剂表面生成的产物为NO，接触空气后生成，但与碱反应生成和，不属于酸性氧化物，故C错误；D．中含有3个键和1个孤电子对，故其VSEPR模型不应为正四面体形，而应为四面体形，故D错误。故选B。8．C【详解】A．通过sp3杂化形成的中性分子，分子中价层电子对数是4，若不含孤电子对，如CH4或CF4，分子为正四面体结构；分子中价层电子对数是4，若含有一个孤电子对，如NH3或NF3，分子为三角锥形结构；分子中价层电子对数是4，若含有两个孤电子对，如H2O，分子为V形结构，A错误；B．P4的空间结构为正四面体，体中心无原子，键角是60°，B错误；C．若ABn型分子的中心原子A上没有孤对电子，则ABn为非极性分子，这是判断极性分子和非极性分子的重要经验规律，C正确；D．由于电负性N强于P，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间的距离越小，成键电子对之间的排斥力越大，因此键角变大，即PH3中P—H键键角小于NH3中N—H键键角，D错误；故选C。9．spsp3Osp3σsp3sp3正四面体型V型直线型正四面体型sp3AB【详解】(1)对于CO2，根据VSEPR理论，其价层电子对数=2+=2，且不含孤电子对，根据杂化轨道理论，C的杂化方式为sp杂化；CH3OH分子中，C形成4根σ键，所以C的杂化方式为sp3杂化；答案为sp；sp3。(2)元素的非金属性越强，其电负性越大，NH4H2PO4中元素的非金属性H＜P＜N＜O，则电负性最高的是O；P原子价层电子对个数=4+=4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断空间构型为正四面体结构，中心原子的杂化方式为sp3，杂化轨道只能形成单键，即P的sp3杂化轨道与O的2p轨道形成σ键；答案为O；sp3；σ。(3)每个N原子形成的共价键有2个N-H键、1个N-C键，且还含有1个孤电子对；每个C原子形成的共价键有2个C-H键、2个C-N键，所以N、C原子价层电子对个数都是4，根据价层电子对互斥理论判断N、C原子杂化类型分别为sp3，sp3；答案为sp3；sp3。(4)H2S中，中心原子S的价层电子对数=2+=2+2=4且含有二对孤电子对，则VSEPR模型为正四面体型，中心原子S的杂化方式为sp3；在VSEPR模型基础上忽略孤对电子可得分子的空间构型为V型；与CO2互为等电子体，二者价键结构相似，空间构型相同，CO2为直线型，则为直线型；答案为正四面体型；V型；直线型。(5)LiAlH4的阴离子中中心原子Al的价层电子对个数=4+=4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断其空间构型为正四面体型，中心原子杂化方式分sp3杂化；LiAlH4中，阴阳离子之间存在离子键、Al和H原子之间存在极性共价单键、配位键，所以含有的化学键为离子键、σ键、