1、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 价层电子对互斥理论【思考】肉眼不能看到分子，科学家是怎样知道分子的结构的呢？1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构，并可运用相关理论和模型进行解释和预测。2.知道分子的结构可以通过波谱等技术进行测定。1.通过认识分子结构，能够辨识分子结构的多样性及复杂性。（宏观辨识与微观探析）2.结合价层电子对互斥理论与分子的空间结构，能够论证证据与模型的建立及其发展之间的关系。（证据推理与模型认知）体会课堂探究的乐趣，汲取新知识的营养，让我们一起吧！进走课堂2如今，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
2、衍射等。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律后推测分子的结构。一、分子结构的测定(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振动频率相同的红外线，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化学键或官能团的信息。3红外光谱法 红外光谱仪测分子体结构：红外光谱仪吸收峰分析官能团、化学键。(2)红外光谱仪原理示意图 例如，通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如上图所示，发现有OH、CH和CO的振动吸收。因此，可以初步推测该未知物中含有羟基（OH）。透过率/%红外光谱帮助我们确定分子中的化学键和官能团，还有什么现代化仪
3、器帮我们确定有机物的结构呢？质谱仪 4.质谱仪（如上图）测定分子的相对分子质量。（1）质谱仪的基本原理（如下图所示）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。1.利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？【思考与讨论】迁移:两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？O2HCl2.利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？迁移：三
4、个原子构成的分子，将这3个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？CO2H2O 在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺序不一样，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。这就是所谓的分子的立体构型。二、多样的分子空间结构 1.双原子分子（直线形）O2 HCl 直线形180 化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构 空间充填模型 球棍模型 CO2 H2O O:C O:H:O H:O=C=O 180 直线形 V形 105 2.三原子(AB2型)分子的空间结构直线形和V形 化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构 空间充
5、填模型 球棍模型 CH2O NH3 H:C O:H H:N H:H 120 107 平面三角形 三角锥形 3.四原子(AB3型)分子的空间结构平面三角形和三角锥形 四原子分子其他空间结构（直线形、正四面体形）（平面三角形，三角锥形）C2H2 180 P4 60正四面体形 BF3 平面正三角形 120 化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构 空间充填模型 球棍模型 CH4 10928 正四面体形 H:C H:H H 4.五原子(AB4型)分子的空间结构正四面体形 P4 P4O6 P4O10 C60 椅式C6H12 船式C6H12 S8 SF6 分子空间结构与其稳定性有关。例如
6、，上图中S8像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式C6H12稳定。5.其他多原子分子 C60C20C40C70多样的分子空间结构【小结】分子结构的测定 红外光谱化学键或官能团 质谱相对分子质量 三原子分子的空间结构有直线形和V形（又称角形）两种。CO2直线形 H2OV形 大多数四原子分子采取平面三角形和三角锥形两种空间结构。五原子分子的形状更多，最常见的是四面体形，如甲烷，键角10928。同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结构却不同 同为四原子分子，CH2O与 NH3 分子的的空间结构也不同，什么原因？【思考与讨论
7、】价层电子对互斥理论(VSEPR models)认为，分子的空间结构是“价层电子对”相互排斥的结果。价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括 键电子对和中心原子上的孤电子对。为了探其原因，发展了许多结构理论。有一种比较简单的理论叫做价层电子对互斥理论(VSEPR models)，这种简单的理论可用来预测分子的空间结构。电子对带负电荷，因此它们之间有排斥的作用力。排斥的力量越大，分子越不稳定。要想让分子成为较稳定状态，应使价层电子对之间尽可能彼此远离（即夹角越大越好），这样它们之间的斥力就可以很小了。三、价层电子对互斥理论(VSEPR models)价层电子对互斥理论认为,分子的空间结构是
8、中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。分子中的价层电子对包括 键电子对和中心原子上的孤电子对,多重键只计其中 键的电子对,不计 键电子对。1.价层电子对互斥理论的内容 理论 对ABn型的分子或离子，中心原子A价层电子对（包括成键 键电子对和未成键的孤电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种构型，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低,最稳定。键电子对和孤电子对 排斥力最小 CO2为什么不是直角形状，而是直线形呢？2.价电子对互斥理论（VSEPR模型）的用途 预测分子或离子的空间构型 CH4为什么不是正方形，而是正四面体结构呢？中心原子（C原子）形成了
9、两个 键（两对 键电子对），没有孤电子对，总和为2对价层电子对。为了使它们之间斥力最小，就应使夹角为180，也就预测出了CO2不可能是直角形状，而必定是直线形。中心原子（C原子）形成了四个 键（四对 键电子对），没有孤电子对，总和为4对价层电子对。为了使它们之间斥力最小，就应使夹角为10928，不能是90，也就预测出了CH4必定是正四面体。利用价层电子对互斥理论，可以对分子或离子的结构做出比较精确的预测。但前提是，要算出分子的中心原子的价层电子对的个数。3.中心原子价层电子对数的确定方法 价层电子对数=键电子对数+中心原子上的孤电子对数 (1)键电子对可从分子式来确定。ABn型分子，A为中心原
10、子，B为周围与A用共价键结合的原子。n为结合的数量，也等于A与B之间结合的 键个数，即 键电子对的数量。即 键电子对数=中心原子结合的原子数。例如：H2O中O的 键电子对数是2；NH3 中的 键电子对数是3。(2)中心原子上的孤电子对数=（a-xb）2 1 其中：a为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-离子电荷数；对于阴离子，a=价电子数+|离子电荷数|。x为与中心原子结合的原子数；b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，H为1，其他原子 8该原子的价电子数。如：O为2、N为3（化合价数）例：CH4：C原子的孤电子对数为（4-41）2=0 个；分子中
11、一个C原子与4个H原子形成了4个 键电子对；则价层电子对数为4。这4对价层电子对之间彼此排斥，便得到了正四面体的VSEPR模型，也就是甲烷分子的空间构型。例：CO2：C原子的孤电子对数为（4-22）2=0 个；分子中一个C原子与2个O原子形成了2个 键电子对；则价层电子对为2。这2对价层电子对之间彼此排斥，便得到了直线形的VSEPR模型，也就是二氧化碳分子的空间构型。【学以致用】分析CH4和CO2的空间构型 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 H2O O SO2 S NH4+N CO32-C 6 5-1=4 0 4+2=6 0 2 2 4 1 3 2 孤电子对的计算 6=
12、（a-xb)a:对于原子：为中心原子的最外层电子数 x 为与中心原子结合的原子数 b 为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 1 2 2 1 分析下表中分子或离子的孤电子对数 分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数 SO2 NH4+CO32-CO2 SO42-S N C C S 0 1 4 5 1 2 2 6 4 4 6 3 2 4 2 0 0 2 2 0 计算价层电子对数=中心原子的 键电子对数+孤电子对数 代表物 电子式 中心原子结合的原子数 键 电子对数 孤电子数 价层电子对数 H2O NH3 CO2 CH4:H O H:H N H:H:H C H:H H O C O
13、:2 3 4 2 2 2 4 3 1 4 4 0 4 2 0 2 价层电子对（键电子对和未成键的孤电子对）（1）中心原子上的价电子都用于形成共价键，无孤电子对。如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n(价层电子对数)来预测，概括如下：ABn 立体结构 范例 n=2 直线形 CO2、CS2 n=3 平面三角形 CH2O、BF3 n=4 正四面体形 CH4、CCl4 n=5 三角双锥形 PCl5 n=6 正八面体形 SCl6 理论形形形形形（2）中心原子上有孤电子对的分子的立体构型 对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子，中心原子上的
14、孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的立体构型。化学式 路易斯结构式 含孤电子对的VSEPR模型 分子或离子的空间结构 分子或离子的空间结构名称 H2O NH3 V形 三角锥形 化学式 路易斯结构式 含孤电子对的VSEPR模型 分子或离子的空间结构 分子或离子的空间结构名称 HCN H3O SO2 直线形 三角锥形 V形.得到VSEPR模型以后，若分子的中心原子有孤电子对，中心原子上的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。再讨论空间构型时应略去孤电子对，才是该分子的实际空间构型。例如：CH4、NH3、H2O 中心原子都是4对价层电子对，它们相互排斥
15、，VSEPR模型都是四面体，但CH4孤电子对为0，正四面体；NH3孤电子对为1，三角锥形；H2O孤电子对为2，V形。化学式 中心原子 孤对电子数 键电子对数 VSEPR模型 名称 H2S BF3 NH2-2 0 2 3 立体构型（空间结构）V形 平面正三角形 V 形 2 2 平面三角形 四面体形 四面体形 应用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间构型 分子或离子 键电 子对数 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 立体 构型 SO2 CO32-SO32-3 1 4 2 3 1 0 3 3【小结】分子空间构型的确定 A的价层电子对数 键电子对数 孤对电子对数 VSEPR 模型名称 分子
16、的空间结构 2 2 0 3 3 0 2 1 BeCl2 CO2(直线形）BF3 BCl3（平面三角形）SnBr2 PbCl2 （V形）直线形 平面三角形 平面三角形 A的价层电子对数 成键电子对数 孤对电子对数 VSEPR模型名称 分子的几何构型 4 4 0 3 1 2 2 CH4 CCl4（正四面体）NH3 PH3 （三角锥）H2O H2S （V形）正四面体 正四面体 正四面体 A的价层电子对数 成键电 子对数 孤对电子对数 VSEPR模型名称 分子实际的几何构形 5 5 0 6 6 0 4 2 三角双锥（PCl5）正八面体（SF6）平面正方形（XeF4）八 面 体 键电子对数孤电子对数价层
17、电子对数 价层电子对互斥理论 VSEPR模型 略去孤电子对 分子或离子的空间结构。5.根据价层电子对互斥模型推测分子或离子的空间结构 理论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 分子类型 中心原子 空间构型 AB2 有孤电子对 V型 无孤电子对 直线形 AB3 有孤电子对 三角锥形 无孤电子对 平面三角形 AB4 无孤电子对 四面体形【思考与讨论】提示:不同。二者有很大的区别，VSEPR模型指的是包括共价键和孤电子对在内的分子空间构型，而分子的立体结构指的是略去VSEPR模型中的中心原子上的孤对电子得到的组成分子的所有原子(只考虑分子内的共价键)所形成的分子空间构型。(1)区别
18、：价层电子对互斥理论说明的是价层电子对的立体结构，包括孤电子对。分子的立体结构指的是成键电子对的立体结构，不包括孤电子对。(2)联系：当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致。当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。价层电子对互斥模型和分子立体结构是相同的分子构型吗？理论 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。随着孤电子对数目的增多，孤电子对与成键电子对之间的斥力增大，键角减小。价层电子对互斥理论不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。【总结】价层电子对数 价层电子对 互斥理论 VSEPR模型 略去孤电子对 分子的立体构型 键电子对
19、中心原子上的 孤电子对数目 价层电子对互斥理论 1下列分子结构与分子中共价键键角对应错误的是()A直线形分子：180 B平面正三角形：120C三角锥形：10928D正四面体形：10928 C2下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是()A价层电子对就是键电子对 B孤电子对数由分子式来确定 C分子的空间结构是价层电子对互斥的结果 D孤电子对数等于键数 C4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()AH2OBHCl CNH4 DPCl33.下列分子中,空间结构不是直线形的是()A.COB.H2O C.CO2D.C2H2BA5.运用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间结构。(1)BeCl2 ;(2)SCl2 ;(3);(4)PF3 ;SO32-直线形V形三角锥形三角锥形(5)H2Se ;(6)BBr3 ;(7)CHCl3 ;(8)SiF4 。V形平面三角形四面体形正四面体形计划要细，动手要早，落实要准。计划与目标、行动要一致。
