1、第二节第二节 分子的空间结构分子的空间结构 第第 1 1 课时课时 分子结构的测定、多样的分子空间结构和价层电分子结构的测定、多样的分子空间结构和价层电 子对互斥模型子对互斥模型 学业要求 核心素养建构 1.知道分子的结构可以通过波谱、晶体 X 射线衍射等 技术进行测定。 2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构。 2.能运用价层电子对互斥理论和模型进行解释和预测 分子的空间结构。 知识梳理 一、分子结构的测定 1.红外光谱：根据红外图谱和已有谱图库比对，可分析分子中含有化学键或官能 团的信息。 2.质谱：用质谱法测定分子的相对分子质量，质荷比的最大值即是分子的相对分 子质量。 微自测 1.
2、设 H 的质荷比为 ， 某有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正 电荷，相对丰度与该离子的质量有关)，则该有机物可能是( ) A.甲醇 B.甲烷 C.丙烷 D.乙烯 解析 由图可知， 该有机物的质荷比的最大值为 16， 即分子的相对分子质量为 16， 故 B 符合。 答案 B 二、多样的分子空间结构 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 CO2 O=C=O 180 直线形 H2O 105 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 NH3 107 三角锥形 3.五原子分子 化学式
3、电子式 结构式 键角 空间结构 空间结构名称 CH4 10928 正四面体形 CCl4 10928 正四面体形 微自测 2.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。 (1)所有的三原子分子都是直线形结构。( ) (2)所有的四原子分子都是平面三角形结构。( ) (3)五原子分子的空间结构都是正四面体。( ) (4)P4和 CH4都是正四面体分子且键角都为 10928。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 三、价层电子对互斥模型 1.价层电子对互斥模型 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。 2.价层电子对的确定方法 (1) 键电子对数可由化学式确定。 (2)a 表示
4、中心原子的价电子数 对于主族元素：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。 (3)x 表示与中心原子结合的原子数。 (4)b 表示与中心原子结合的原子最多接受的电子数。氢为 1，其他原子8该原 子的价电子数。 3.价层电子对互斥模型与分子(离子)的空间结构 (1)中心原子价电子全部参与形成共价键的分子(ABn) ABn n2 n3 n4 价电子对数 2 3 4 成键电子对数 2 3 4 VSEPR 模型名称 直线形 平面三角形 正四面体形 分子空间结构名称 直线形 平面三角形 正四面体形 实例 CO2、BeCl2 BF3、BCl3、BBr3 CH
5、4、CCl4、SiF4 (2)中心原子有孤电子对的分子(ABn) 实例 SO2 H2O NH3 成键电子对数 2 2 3 孤电子对数 1 2 1 价层电子对数 3 4 4 VSEPR 模型名称 平面三角形 正四面体形 正四面体形 分子空间结构名称 V 形 V 形 三角锥形 微自测 3.H2O 的中心原子上有_对孤电子对，与中心原子上的_键电子对 相加等于_，它们相互排斥形成_形 VSEPR 模型。略去 VSEPR 模 型中的中心原子上的孤电子对，因而 H2O 分子呈_形。 答案 2 4 四面体 V 探究一、利用价层电子对互斥理论预测空间结构 解读价层电子对互斥模型，深化认知能力 探究素材 价层
6、电子对互斥理论的基本要点 1.ABn型分子或离子的空间结构取决于中心原子A价层电子对(包括成键电子对即 键电子对和孤电子对)的相互排斥作用，分子的空间结构采取价层电子对相互排 斥作用最小的那种结构。 2.若价层电子对全部是成键电子对(即 键电子对)， 为使价层电子对之间斥力最小， 则尽可能采取对称空间结构，若价层电子对包含孤电子对时，则孤电子对与成键 电子对之间、孤电子对之间和成键电子对之间的排斥作用不同，从而影响分子或 离子的空间结构。 3.ABn型分子或离子价层电子对数目和价层电子对空间结构的关系： 价层电 子对数 VSEPR 模型名称 孤电子 对数 成键电 子对数 分子或离子 空间结构名
7、称 2 直线形 0 2 直线形 3 平面三角形 0 3 平面三角形 3 平面三角形 1 2 V 形 4 四面体形 0 4 正四面体形 4 四面体形 1 3 三角锥形 4 四面体形 2 2 V 形 探究题目 1.(1)硫化氢(H2S)分子中，两个 HS 键的夹角接近 90 ，说明 H2S 分子的空间结 构为_。 (2)二氧化碳(CO2)分子中，两个 C=O 键的夹角是 180 ，说明 CO2分子的空间结 构为_。 (3)能说明 CH4分子不是平面四边形，而是正四面体结构的是_(双选)。 a.两个键之间的夹角为 10928 b.CH 键为极性共价键 c.4 个 CH 键的键能、键长都相等 d.二氯
8、甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体) 解析 (1)、(2)中可由键角直接判断分子的空间结构。(3)五原子分子 CH4可能有 平面四边形和正四面体形两种空间结构，不管为哪种，b、c 两项都成立；若为前 者，则键角为 90 ，CH2Cl2有两种：和；若为后者，则键角为 10928，CH2Cl2只有一种。 答案 (1)V 形 (2)直线形 (3)ad 利用VSEPR模型确定空间结构的步骤 探究素材 利用 VSEPR 模型确定 ABn型分子或离子空间结构的步骤 1.确定中心原子 A 的价层电子对数目 (1) 键电子对数的确定方法：由分子式确定。如 H2O 分子中的中心原子为 O，O 有 2
9、 对 键电子对。NH3中的中心原子为 N，N 有 3 对 键电子对。 (2)中心原子上的孤电子对数的确定方法：中心原子上的孤电子对数1 2(axb) (3)中心原子 A 价层电子对数 键电子对数(成键电子对数)中心原子上的孤电 子对数。 2.确定 VSEPR 模型(价电子对空间结构) 根据中心原子 A 的价层电子对数，找出对应的 VSEPR 模型 3.确定分子或离子的空间结构 (1)若中心原子 A 无孤电子对， 则分子或离子的空间结构为价层电子对的空间结构 (VSEPR 模型)。 (2)若中心原子 A 有孤电子对， 则分子或离子的空间结构为略去中心原子孤电子对 后的成键电子对的空间结构。 探究
10、题目 2.用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间结构： BeCl2_，SCl2_，BF3_， PF3_，NH 4_，SO2 3_。 解析 根据各分子的电子式和结构式，分析中心原子的孤电子对数，依据中心原 子连接的原子数和孤电子对数，确定 VSEPR 模型和分子的空间结构。 分子或离子 中心原子孤电 子对数 分子或离子的 价层电子对数 VSEPR 模型名称 分子或离子空 间结构名称 BeCl2 0 2 直线形 直线形 SCl2 2 4 四面体形 V 形 BF3 0 3 平面三角形 平面三角形 PF3 1 4 四面体形 三角锥形 NH 4 0 4 正四面体形 正四面体形 SO2 3 1 4
11、四面体形 三角锥形 答案 直线形 V 形 平面三角形 三角锥形 正四面体形 三角锥形 探究二、价层电子对互斥理论对键角的解析 从价层电子对模型的解读培养探析能力 探究素材 分子或离子中价层电子对之间的斥力主要顺序为： 1.孤电子对之间的斥力孤电子对与共用电子对之间的斥力共用电子对之间的斥 力； 2.双键与双键之间的斥力双键与单键之间的斥力单键与单键之间的斥力； 3.ABn型分子或离子： B 原子得电子能力越弱或 A 原子得电子能力越强， AB 形 成的共用电子对之间的斥力越强。 探究题目 3.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。 (1)NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作
12、用较强。( ) (2)VSEPR 模型和分子的空间结构，二者可能是不同的。( ) (3)价电子对之间的夹角越小，排斥力越小。( ) (4)NH3分子的 VSEPR 模型与分子构型不一致。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 从键角大小判断的“三看”建构推理模型 探究素材 用“三看”法判断键角大小 一看价层电子对数，若价层电子对不同时，价层电子对数越多，键角越小； 二看孤电子对数，若价层电子对数相同时，孤电子对数越多，键角越小； 三看电负性，若价层电子对数和孤电子对数都相同，ABn型分子或离子中 A 的电 负性数值越大或 B 的电负性数值越小，则键角越大，反之，键角越小。 探究题目 4.
13、试回答下列问题： (1)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的空间结构： SeO3_；NO 2_； NO 2_；HCHO_；HCN_。 (2)利用价电子对互斥理论推断键角的大小： 甲醛中 HCH 的键角_120 (填“”“”或“”，下同)； SnBr2分子中 BrSnBr 的键角_120 ； PCl3分子中，ClPCl 的键角_109.28 。 解析 (1)SeO3中，Se 的孤电子对数为1 2(632)0，价层电子对数为 30 3，SeO3为平面三角形；NO 2中，N 的孤电子对数为1 2(5122)0，价层电 子对数为 202，NO 2为直线形；NO 2中，N 的孤电子对数为1 2(5
14、122) 1， 价层电子对数为 213， NO 2为 V 形； HCHO 分子中有 1 个 双键， 看作 1 对成键电子， 2 个 CH 单键为 2 对成键电子， C 原子的价层电子对数为 3， 且无孤电子对，所以 HCHO 分子的空间结构为平面三角形；HCN 分子的结构式 为 HCN，含有 1 个 CN 三键，看作 1 对成键电子，1 个 CH 单键为 1 对 成键电子，故 C 原子的价层电子对数为 2，且无孤电子对，所以 HCN 分子的空 间结构为直线形。 (2)甲醛为平面形分子， 由于 C=O 与 CH 之间的排斥作用大于 2 个 CH 之间 的排斥作用， 所以甲醛分子中CH键与CH键的
15、夹角小于120 。 SnBr2分子中， Sn 成键电子对数2，孤电子对数1 2(421)1，由于孤电子对与 SnBr 键的排斥作用大于 SnBr 键之间的排斥作用，故键角120 。 PCl3分子中，P 的孤电子对数1 2(531)1，价层电子对数为 314，由 于孤电子对与 PCl 键的排斥作用大于 PCl 键间的排斥作用，所以 ClPCl 的键角小于 10928。 答案 (1)平面三角形 直线形 V 形 平面三角形 直线形 (2) 1.下列分子的空间结构为正四面体形的是( ) P4 NH3 CCl4 CH4 H2S CO2 A. B. C. D. 解析 NH3的空间结构是三角锥形、H2S 的
16、空间结构是 V 形、CO2的空间结构是 直线形，故选 C。 答案 C 2.下列叙述正确的是( ) A.NH3分子中 N 原子处在 3 个 H 原子所组成的三角形的中心 B.CCl4分子中 C 原子处在 4 个 Cl 原子所组成的正方形的中心 C.H2O 分子中 O 原子处在 2 个 H 原子所组成的直线的中央 D.CO2分子中 C 原子处在 2 个 O 原子所连接的直线的中央 解析 NH3分子为三角锥形分子，N 原子位于锥顶，A 错误；CCl4分子为正四面 体形分子，B 错误；H2O 分子为 V 形结构，C 错误；CO2分子为直线形，C 原子 位于两个 O 原子连线的中央，D 正确。 答案 D
17、 3.下列分子的空间结构正确的是( ) A.CO2的空间结构： B.H2O 的空间结构： C.NH3的空间结构： D.CH4的空间结构： 解析 CO2的空间结构为直线形， A 不正确； H2O 的空间结构为 V 形， B 不正确； NH3的空间结构为三角锥形， C 不正确； CH4的空间结构为正四面体形， D 正确。 答案 D 4.根据所学知识填空： (1)三原子分子常见的空间结构有_形(如 CO2)和_形(如 H2O)。 (2)四原子分子常见的空间结构有_形和_形，如甲醛(HCHO)分子 呈_形，键角约为_；氨分子呈_形，键角_；另外 需要注意，特殊的白磷(P4)分子呈_形，键角为_。 (3
18、)五原子分子最常见的空间结构为_形，如常见的 CH4键角是_。 解析 (1)CO2是直线形，H2O 是 V 形。(2)甲醛(HCHO)分子呈平面三角形，氨分 子呈三角锥形，白磷分子呈正四面体形。(3)CH4分子呈正四面体形。 答案 (1)直线 V (2)平面三角 三角锥 平面三角 120 三角锥 107 正 四面体 60 (3)正四面体 10928 5.用价层电子对互斥模型预测下列粒子的空间结构。 (1)H2Se_ (2)OF2_ (3)BCl3_ (4)PCl3_ (5)CO2_ (6)SO2_ (7)H3O _ (8)SO2 4_ 答案 (1)V 形 (2)V 形 (3)平面三角形 (4)三角锥形 (5)直线形 (6)V 形 (7) 三角锥形 (8)正四面体形