1、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 1.了解分子结构的测定方法。了解分子结构的测定方法。 2.认识共价分子结构的多样性和复杂性。认识共价分子结构的多样性和复杂性。 3.理解价层电子对互斥理论的含义。理解价层电子对互斥理论的含义。 学习目标 一、分子结构的测定一、分子结构的测定 1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。律后推测分子的结构。 2如今，科学家应用红外光谱、晶体如今，科学家应用红外光谱、晶体 X 射线衍射等现代仪器和射线衍射等现代仪器和 方法测定分子的结构。
2、方法测定分子的结构。 基础梳理 3红外光谱工作原理红外光谱工作原理 (1)原理：红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的原理：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， 再记录到谱图上呈现吸收峰。 通过和已有谱相同的红外线， 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图库比对， 或通过量子化学计算， 可以得知分子中含有何种 或或 官能团的信息。官能团的信息。 振动频率振动频率 化学键化学键 (2)红外光谱仪原理示意图红外光谱仪原理示意图 微微点拨：点拨：用红外光谱仪测定化学键或官能团信息。用质谱法测用红外光谱仪测
3、定化学键或官能团信息。用质谱法测 定分子的相对分子质量，在质谱图中质荷比最大的数据代表所测物定分子的相对分子质量，在质谱图中质荷比最大的数据代表所测物 质的相对分子质量。质的相对分子质量。 二、多样的分子空间结构二、多样的分子空间结构 分子类分子类 型型 化学式化学式 空间结构空间结构 结构式结构式 键角键角 空间填空间填 充充模型模型 球棍模球棍模 型型 CO2 _ _ 180 三原子三原子 分子分子 H2O _ 105 直线形直线形 V形形 O=C=O CH2O _ _ 120 四原子四原子 分子分子 NH3 _ 107 五原子五原子 分子分子 CH4 _ _ 三角锥形三角锥形 平面平面
4、三角形三角形 四面体形四面体形 10928 思考思考 科学家研制出可望成为高效火箭推进剂的科学家研制出可望成为高效火箭推进剂的 N(NO2)3如图如图 所示。已知所示。已知 该分子中该分子中 NNN 键角都是键角都是 108.1 。试推测四个氮原子围成的。试推测四个氮原子围成的 空间是空间正四面体吗？空间是空间正四面体吗？ 提示提示 不是。由于不是。由于 NNN 键角都是键角都是 108.1 。所以四个氮原。所以四个氮原 子围成的空间不是正四面体而是三角锥形。子围成的空间不是正四面体而是三角锥形。 三、价层电子对互斥模型三、价层电子对互斥模型 1价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论 分子的空间
5、结构是中心原子周围的分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对价层电子对”相互相互 的的 结果。结果。 2中心原子上价层电子对的计算中心原子上价层电子对的计算 (1)价层电子对价层电子对 键电子对键电子对 中心原子上的孤电子对中心原子上的孤电子对 排斥排斥 (2)计算计算 键电子对的计算键电子对的计算 由分子式确定，即中心原子形成几个由分子式确定，即中心原子形成几个 键，就有几对键，就有几对 键电子键电子 对。如对。如 H2O 分子中，分子中，O 有有 对对 键电子对，键电子对，NH3分子中，分子中，N 有有 对对 键电子对。键电子对。 中心原子上的孤电子对的计算中心原子上的孤电子对的计算 中
6、心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数1 2(a xb) 2 3 aa 表示中心原子的表示中心原子的 。 对于主族元素：对于主族元素：a 。 对于阳离子：对于阳离子：a 。 对于阴离子：对于阴离子： a 。 bx 表示表示 。 cb 表示与中心原子结合的原子表示与中心原子结合的原子 ，氢为，氢为 ， 其他原子其他原子 。 中心原子的价电子数中心原子的价电子数 价电子数价电子数 8该原子的价电子数该原子的价电子数 1 原子的最外层电子数原子的最外层电子数 最多能接受的电子数最多能接受的电子数 中心原子的价电子数中心原子的价电子数 离子的电荷数离子的电荷数 与中心原子结合的原子数与中心原子结合
7、的原子数 离子的电荷数离子的电荷数(绝对值绝对值) (3)VSEPR 模型与分子或离子的空间结构模型与分子或离子的空间结构 键电子对数孤电子对数价层电子对数键电子对数孤电子对数价层电子对数 价层电子对价层电子对 互斥理论互斥理论 VSEPR 模型模型 略去孤电子略去孤电子对对 分子或离子的空间结构。分子或离子的空间结构。 分子或离子分子或离子 孤电子对数孤电子对数 价层电子对数价层电子对数 VSEPR 模型名称模型名称 分子或离子分子或离子 的空间结构名称的空间结构名称 CO2 0 2 直线形直线形 直线形直线形 SO2 1 3 平面三角形平面三角形 V 形形 CO2 3 0 3 平面三角形平
8、面三角形 平面三角形平面三角形 H2O 2 4 四面体形四面体形 V 形形 NH3 1 4 四面体形四面体形 三角锥形三角锥形 CH4 0 4 正四面体形正四面体形 正四面体形正四面体形 1判断正误判断正误(对的在括号内打对的在括号内打“”“”， 错的在括号内打， 错的在括号内打“”“”。 ) (1)CH2Cl2分子只有一种， 可说明分子只有一种， 可说明CH4的空间结构为正四面体形。的空间结构为正四面体形。 ( ) (2)分子的分子的 VSEPR 模型和相应分子的立体构型是相同的。模型和相应分子的立体构型是相同的。 ( ) (3)根据价层电子对互斥理论，根据价层电子对互斥理论， H3O 的立
9、体构型为平面正三角形。 的立体构型为平面正三角形。 ( ) (4)SO2分子与分子与 CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子。分子的组成相似，故它们都是直线形分子。 ( ) 效果验收效果验收 2下列分子的空间结构错误的是下列分子的空间结构错误的是( ) ASO2： BNH3： CCS2： DCH4： B NH3的空间结构为三角锥形。的空间结构为三角锥形。 3为了解释和预测分子的空间结构，科学家在归纳了许多已知为了解释和预测分子的空间结构，科学家在归纳了许多已知 分子空间结构的基础上，提出了一种十分简单的理论模型分子空间结构的基础上，提出了一种十分简单的理论模型价层价层 电子对互斥理论。这种
10、模型把分子分成两类：一类是中心原子电子对互斥理论。这种模型把分子分成两类：一类是中心原子 _(填填“有孤电子对有孤电子对”或或“无孤电子对无孤电子对”，下同，下同)；另一类是中；另一类是中 心原子心原子_。BF3和和 NF3都是四个原子的分子，都是四个原子的分子，BF3分子分子 的立体构型是平面三角形，而的立体构型是平面三角形，而 NF3分子的立体构型是三角锥形的原分子的立体构型是三角锥形的原 因是因是_ _。 答案答案 无孤电子对无孤电子对 有孤电子对有孤电子对 BF3分子中分子中 B 原子的原子的 3 个价个价 电子都与电子都与 F 原子形成共价键而形成平面三角形；而原子形成共价键而形成平
11、面三角形；而 NF3分子中分子中 N 原原 子的子的 3 个价电子与个价电子与 F 原子形成共价键，还有原子形成共价键，还有 1 对未成键的孤电子对，对未成键的孤电子对， 占据了占据了 N 原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形形 重难点重难点 利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构 ABm型分子的价层电子对数型分子的价层电子对数 n A原子的价电子数原子的价电子数B原子提供的价电子总数原子提供的价电子总数 电荷数电荷数 2 利用上式利用上式 计算计算 A 原子的价层电子对数时，需注意：原子的价层
12、电子对数时，需注意： (1)氧族元素的原子作为中心原子氧族元素的原子作为中心原子 A 时提供时提供 6 个价电子，作为配个价电子，作为配 位原子位原子 B 时不提供价电子。时不提供价电子。 难点突破 (2)卤素原子作为中心原子卤素原子作为中心原子 A 时提供时提供 7 个价电子个价电子，作为配位原子，作为配位原子 B 时提供时提供 1 个价电子。个价电子。 (3)若为分子， 电荷数为若为分子， 电荷数为 0； 若为阳离子， 则减去电荷数， 如； 若为阳离子， 则减去电荷数， 如 NH 4， ， n5 141 2 4；若为阴离子，则加上电荷数，如；若为阴离子，则加上电荷数，如 SO2 4 ，n6
13、 2 2 4。 (1)根据上面背景信息分析根据上面背景信息分析 BCl3的价层电子对数、价层电子对空的价层电子对数、价层电子对空 间结构、分子空间结构是怎样的？间结构、分子空间结构是怎样的？ 提示：提示：BCl3的价层电子对数有的价层电子对数有 3 对，价层电子对空间结构为平对，价层电子对空间结构为平 面三角形，分子空间结构为平面三角形。面三角形，分子空间结构为平面三角形。 (2)NF3的价层电子对、价层电子对空间结构、分子空间结构是怎的价层电子对、价层电子对空间结构、分子空间结构是怎 样的？样的？ 提示：提示：NF3的价层电子对为的价层电子对为 4 对，价层电子对空间结构为四面体对，价层电子
14、对空间结构为四面体 形，分子空间结构为三角锥形。形，分子空间结构为三角锥形。 (3)通过通过(1)、(2)两例分析价层电子对的空间结构与分子的空间结两例分析价层电子对的空间结构与分子的空间结 构一定相同吗？二者之间有何规律存在？构一定相同吗？二者之间有何规律存在？ 提示：提示： 价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致， 分价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致， 分 子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对(未用未用 于形成共价键的电子对于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电。两者是否一致
15、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，两者的空间结构一致；当中心原子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的空间结构一致；当中心原 子上有孤电子对时，两者的空间结构不一致。子上有孤电子对时，两者的空间结构不一致。 利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构解题思路利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构解题思路 核心突破核心突破 说明：说明：(1)若若 ABn型分子中，型分子中，A 与与 B 之间通过两对或三对电子之间通过两对或三对电子(即即 通过双键或三键通过双键或三键)结合而成，则价层电子对互斥理论把双键或三键作结合而成，则价层电子对互斥理论把双键或三键作 为一对
16、电子对看待。为一对电子对看待。 (2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：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。随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减小，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。如键角也减小。如 CH4、NH3和和 H2O 分子中的键角依次减小。分子中的键角依次减小。 1 若 若 ABn分子的中心原子分子的中心原子 A 上没有未用于形成共价键的孤电子上没有未用于形成共价键的孤电子 对，根据价层电子对
17、互斥理论，下列说法正确的是对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是( ) A若若 n2，则分子的空间结构为，则分子的空间结构为 V 形形 B若若 n3，则分子的空间结构为三角锥形，则分子的空间结构为三角锥形 C若若 n4，则分子的空间结构为正四面体形，则分子的空间结构为正四面体形 D以上说法都不正确以上说法都不正确 对对点训练点训练 C 若中心原子若中心原子 A 上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力 最小的原则，当最小的原则，当 n2 时，分子的空间结构为直线形；当时，分子的空间结构为直线形；当 n3 时，时， 分子的空间结构为平面三角形；当分子的空
18、间结构为平面三角形；当 n4 时，分子的空间结构为正四时，分子的空间结构为正四 面体形。面体形。 2用价层电子对互斥理论用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的可以预测许多分子或离子的 空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断错误的是空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断错误的是( ) ASO2、CS2、HI 都是直线形的分子都是直线形的分子 BBF3键角为键角为 120 CBF3、SO3都是平面三角形的分子都是平面三角形的分子 DPCl3、NH3都是三角锥形的分子都是三角锥形的分子 A A.SO2中价层电子对数中价层电子对数21 2 (622)3且含有且含有1对孤
19、对孤 电子对，所以电子对，所以 SO2为为 V 形结构，形结构，CS2、HI 为直线形结构，故为直线形结构，故 A 错误；错误； B.BF3中价层电子对数中价层电子对数31 2 (331)3，为平面三角形结构，为平面三角形结构， 所以所以 BF3键角为键角为 120 ，故，故 B 正确；正确；C.BF3、SO3中中心原子价层电子中中心原子价层电子 对数都是对数都是 3 且不含孤电子对，所以这两种分子都是平面三角形结构，且不含孤电子对，所以这两种分子都是平面三角形结构， 故故 C 正确；正确；D.PCl3、NH3中价层电子对数中价层电子对数31 2 (531)4，且，且 含有含有 1 对孤电子对
20、， 所以对孤电子对， 所以 PCl3、 NH3均为三角锥形结构， 故均为三角锥形结构， 故 D 正确。正确。 3(1)计算下列分子中标计算下列分子中标“ ”原子的价层电子对数：原子的价层电子对数： C Cl4_； ；B eCl2_； ；B Cl3_； ； P Cl3_。 。 (2)计算下列分子中标计算下列分子中标“ ”原子的孤电子对数：原子的孤电子对数： H2S _；P Cl5_； ；B F3_； ； N H3_。 。 答案答案 (1)4 2 3 4 (2)2 0 0 1 用价层电子对互斥理论推测分子或离子的空间结构时的常见错用价层电子对互斥理论推测分子或离子的空间结构时的常见错 误误 1 计
21、算阴计算阴、阳离子的中心原子的价层电子对数时未考虑离子所阳离子的中心原子的价层电子对数时未考虑离子所 带电荷而计算错误带电荷而计算错误。 2 由电子式或路易斯结构式判断中心原子价层电子对数时未将由电子式或路易斯结构式判断中心原子价层电子对数时未将 双键或三键当作一对价层电子对计算双键或三键当作一对价层电子对计算。 易错提醒易错提醒 3 不能准确区分和判断孤电子对和成键电子对不能准确区分和判断孤电子对和成键电子对。判断判断 ABn型分型分 子中孤电子对数的简单方法为孤电子对数价层电子对数子中孤电子对数的简单方法为孤电子对数价层电子对数n。 4 误将误将 VSEPR 模型当作分子或离子的空间结构模
22、型当作分子或离子的空间结构。 5 错误地利用相似性规律判断分子或离子的空间结构错误地利用相似性规律判断分子或离子的空间结构。 1下列叙述正确的是下列叙述正确的是( ) ANH3分子中分子中 N 原子处在原子处在 3 个个 H 原子所组成的三角形的中心原子所组成的三角形的中心 BCCl4分子中分子中 C 原子处在原子处在 4 个个 Cl 原子所组成的正方形的中心原子所组成的正方形的中心 CH2O 分子中分子中 O 原子处在原子处在 2 个个 H 原子所组成的直线的中央原子所组成的直线的中央 DCO2是非极性分子，分子中是非极性分子，分子中 C 原子处在原子处在 2 个个 O 原子所连接原子所连接
23、 的直线的中央的直线的中央 随堂检测 D NH3分子为三角锥形分子，分子为三角锥形分子，N 原子位于锥顶，原子位于锥顶，A 错误；错误；CCl4 分子为正四面体形分子，分子为正四面体形分子，B 错误；错误；H2O 分子为分子为 V 形结构，形结构，C 错误；错误； CO2分子为直线形，分子为直线形，C 原子位于两个原子位于两个 O 原子连线的中央，原子连线的中央，D 正确。正确。 2下列分子结构与分子中共价键键角对应正确的是下列分子结构与分子中共价键键角对应正确的是( ) A直线形分子：直线形分子：180 B平面正三角形：平面正三角形：120 C三角锥形：三角锥形：109 28 D正四面体形：
24、正四面体形：109 28 B A 项，项，HCl 也是直线形分子，因只有一个共价键，故不存也是直线形分子，因只有一个共价键，故不存 在键角，在键角，A 项错误；氨分子呈三角锥形，键角为项错误；氨分子呈三角锥形，键角为 107 ，C 项错误；项错误； 甲烷、白磷分子均是正四面体形分子，但键角分别为甲烷、白磷分子均是正四面体形分子，但键角分别为 109 28、60 ， D 项错误，故选项错误，故选 B 项。项。 3下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是( ) A价层电子对就是价层电子对就是 键电子对键电子对 B孤电子对数由分子式来确定孤电子对数由分子式来确
25、定 C分子的空间结构是价层电子对互斥的结果分子的空间结构是价层电子对互斥的结果 D孤电子对数等于孤电子对数等于 键数键数 C 价层电子对数是价层电子对数是 键电子对数与中心原子上的孤电子对数键电子对数与中心原子上的孤电子对数 之和，中心原子上的孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与之和，中心原子上的孤电子对数是指没有成键的价电子对数，其与 中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子 数及与中心原子结合的原子数有关，数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D 项错误。项错误。 4下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电
26、子对最多的下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的 是是( ) AH2O BHCl CNH 4 DPCl3 A A 项，氧原子有两对未成键的价电子对；项，氧原子有两对未成键的价电子对；B 项，项，HCl 分子属分子属 于于 AB 型分子，没有中心原子；型分子，没有中心原子；C 项，项，NH 4的中心原子的价电子全部 的中心原子的价电子全部 参与成键；参与成键；D 项，磷原子有一对未成键的价电子对。项，磷原子有一对未成键的价电子对。 5 用价层电子对互斥理论完成下列问题 用价层电子对互斥理论完成下列问题(点点“ ”的原子为中心原子的原子为中心原子)。 分子或离分子或离 子子 键电子对键电子对 数数 中心原子上的孤电子中心原子上的孤电子 对数对数 分子或离子的空间结构分子或离子的空间结构 名称名称 H2Se B Cl3 P Cl3 S O2 S O 2 4 答案答案 分子或离分子或离 子子 键电子对键电子对 数数 中心原子上的孤电中心原子上的孤电 子对数子对数 分子或离子的空间结分子或离子的空间结 构名称构名称 H2Se 2 2 V 形形 B Cl3 3 0 平面三角形平面三角形 P Cl3 3 1 三角锥形三角锥形 S O2 2 1 V 形形 S O2 4 4 0 正四面体形正四面体形