【公開課】第二章++第二節(jié)++分子的空間結(jié)構(gòu)+++課件高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

人教版·高中化學(xué)·選擇性必修2第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)1.紅外光譜法一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定(1)原理：分子中的原子不是固定不動(dòng)的，而是處于不斷振動(dòng)著的。紅外線透過分子時(shí)，分子會(huì)吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率相同的紅外線，再記錄到譜圖上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對(duì)，或通過量子化學(xué)計(jì)算，可以得知分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。紅外光譜儀→吸收峰→分析官能團(tuán)、化學(xué)鍵。(2)原理示意圖1.紅外光譜法一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定通過紅外光譜儀測(cè)得某未知物的紅外光譜圖如上圖，發(fā)現(xiàn)有O-H、C-H、和C-O的振動(dòng)吸收。因此，可初步推測(cè)該未知物中含有羥基（-OH）。1.紅外光譜法一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定

紅外光譜幫助我們確定分子中的化學(xué)鍵和官能團(tuán)，還有什么現(xiàn)代化儀器幫我們確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)呢？質(zhì)譜儀現(xiàn)代化學(xué)常利用質(zhì)譜儀（如上圖）測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量。一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定2.質(zhì)譜法：在質(zhì)譜儀中使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對(duì)質(zhì)量，它們?cè)诟邏弘妶?chǎng)加速后，通過狹縫進(jìn)入磁場(chǎng)得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)家對(duì)這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量。一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定1.在研究有機(jī)物的組成和結(jié)構(gòu)時(shí)，可用于確定化學(xué)鍵和官能團(tuán)信息的方法是(

)A.質(zhì)譜法

B.紅外光譜法

C.核磁共振氫譜法

D.燃燒法2.能夠快速、微量、精確測(cè)定有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量的物理方法是(

)A.紅外光譜法

B.質(zhì)譜法

C.核磁共振氫譜法

D.色譜法3.質(zhì)譜法能夠?qū)τ袡C(jī)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其方法是讓極少量(10-9g)化合物通過質(zhì)譜儀，樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子，然后測(cè)定其質(zhì)荷比。其有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖所示(假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子的多少有關(guān))，該有機(jī)物可能是（

）A.甲醇(CH3OH)

B.甲烷

C.丙烷

D.乙烯BBB二、多樣的分子空間構(gòu)型1、利用幾何知識(shí)分析一下，空間分布的兩個(gè)點(diǎn)是否一定在同一直線？遷移：兩個(gè)原子構(gòu)成的分子，將這2個(gè)原子看成兩個(gè)點(diǎn)，則它們?cè)诳臻g上可能構(gòu)成幾種形狀？分別是什么？O2HCl2、利用幾何知識(shí)分析一下，空間分布的三個(gè)點(diǎn)是否一定在同一直線上？遷移：三個(gè)原子構(gòu)成的分子，將這3個(gè)原子看成三個(gè)點(diǎn)，則它們?cè)诳臻g上可能構(gòu)成幾種形狀？分別是什么？CO2H2O二、多樣的分子空間構(gòu)型多樣的分子空間結(jié)構(gòu)在多原子構(gòu)成的分子中，由于原子間排列的空間順序不一樣，于是分子就有了原子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀，這就是分子的空間結(jié)構(gòu)，這就是所謂的分子的立體構(gòu)型。二、多樣的分子空間構(gòu)型1、雙原子分子（直線形）O2HCl直線形180°二、多樣的分子空間構(gòu)型2、三原子(AB2型)分子的空間構(gòu)型物質(zhì)化學(xué)式空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型二氧化碳CO2180°水H2O105°直線形V形二、多樣的分子空間構(gòu)型3、四原子(AB3型)分子的空間構(gòu)型物質(zhì)化學(xué)式空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型甲醛CH2O120°氨NH3107°平面三角形三角錐形四原子分子的其它立體構(gòu)型（直線形、正四面體形）C2H2180°P460°正四面體形BF3平面正三角形

120°二、多樣的分子空間構(gòu)型二、多樣的分子空間構(gòu)型4、五原子(AB4型)分子的空間構(gòu)型物質(zhì)化學(xué)式空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)模型甲烷CH4109°28′四氯化碳CCl4109°28′正四面體形正四面體形注意：五原子分子不都是正四面體結(jié)構(gòu)，如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等，雖為四面體結(jié)構(gòu)，但由于碳原子所連的四個(gè)原子不相同，四個(gè)原子電子云的排斥力不同，使四個(gè)鍵的鍵角不全相等，所以并不是正四面體結(jié)構(gòu)。分子的立體構(gòu)型與鍵角的關(guān)系：分子類型鍵角立體構(gòu)型實(shí)例AB2180°CO2、BeCl2、CS2<180°H2O、H2SAB3120°BF3、BCl3<120°NH3、H3O＋、PH3AB4109°28′CH4、NH4+、CCl4直線形V形平面三角形三角錐形正四面體形二、多樣的分子空間構(gòu)型二、多樣的分子空間構(gòu)型5、其它多原子分子P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6分子空間結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性有關(guān)。例如，上圖中S8像頂皇冠，如果把其中一個(gè)向上的硫原子倒轉(zhuǎn)向下，盡管也可以存在，卻不如皇冠式穩(wěn)定；又如，椅式C6H12比船式C6H12穩(wěn)定。二、多樣的分子空間構(gòu)型1.下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型正確的是(

)A.CO2的空間結(jié)構(gòu)模型B.H2O的空間結(jié)構(gòu)模型C.NH3的空間結(jié)構(gòu)模型D.CH4的空間結(jié)構(gòu)模型2.下列物質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)與CH4相同的是（

）A.H2O

B.P4

C.NH3

D.CO2

DB

同為三原子分子，CO2和H2O分子的空間構(gòu)型卻不同

同為四原子分子，CH2O與NH3分子的的空間結(jié)構(gòu)也不同，什么原因？思考與討論三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)1、內(nèi)容：價(jià)層電子對(duì)互斥模型認(rèn)為，分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍的“價(jià)層電子對(duì)”相互排斥的結(jié)果。

價(jià)層電子對(duì)=σ鍵電子對(duì)+中心原子上的孤電子對(duì)

（多重鍵只計(jì)其中σ鍵電子對(duì)，不計(jì)π鍵電子對(duì)）

對(duì)ABn型的分子或離子，中心原子A的價(jià)層電子對(duì)（包括成鍵σ鍵電子對(duì)和未成鍵的孤電子對(duì)）之間由于存在排斥力，將使分子的幾何構(gòu)型總是采取電子對(duì)盡可能遠(yuǎn)離彼此的那種構(gòu)型，使彼此之間的斥力最小，體系能量最低，最穩(wěn)定。孤電子對(duì)指成對(duì)但不成鍵的價(jià)電子。孤電子對(duì)三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)2、用途：預(yù)測(cè)分子或離子的空間構(gòu)型。CO2為什么不是直角形狀，而是直線型呢？中心原子（C原子）形成了兩個(gè)σ鍵，沒有孤電子對(duì)，總和為2對(duì)價(jià)層電子對(duì)。為了使它們之間斥力最小，就應(yīng)使夾角為180°，也就預(yù)測(cè)出了CO2不可能是直角形狀，而必定是直線型。CH4為什么不是正方形，而是正四面體結(jié)構(gòu)呢？中心原子（C原子）形成了四個(gè)σ鍵，沒有孤電子對(duì)，總和為4對(duì)價(jià)層電子對(duì)。為了使它們之間斥力最小，就應(yīng)使夾角為109°28’，不能是90°，也就預(yù)測(cè)出了CH4必定是正四面體。

利用價(jià)層電子對(duì)互斥理論，可以對(duì)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)做出精確預(yù)測(cè)。但前提，要算出分子的中心原子的價(jià)層電子對(duì)的個(gè)數(shù)。三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)3、中心原子價(jià)層電子對(duì)的確定：價(jià)層電子對(duì)=σ鍵電子對(duì)+中心原子的孤電子對(duì)(1)σ鍵電子對(duì)可從分子式來確定。ABn型分子，A為中心原子，B為周圍與A用共價(jià)鍵結(jié)合的原子。n為結(jié)合數(shù)量，也等于A與B之間結(jié)合的σ鍵個(gè)數(shù)，即σ鍵電子對(duì)的數(shù)量，即：σ鍵電子對(duì)數(shù)=中心原子結(jié)合的原子數(shù)。例如：H2O中O的σ鍵電子對(duì)數(shù)是2；NH3中的σ鍵電子對(duì)數(shù)是3。三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)3、中心原子價(jià)層電子對(duì)的確定：價(jià)層電子對(duì)=σ鍵電子對(duì)+中心原子的孤電子對(duì)(2)中心原子的孤電子對(duì)=其中：a為中心原子的價(jià)電子數(shù)，對(duì)主族元素，a=最外層電子數(shù)；對(duì)于陽離子，a=價(jià)電子數(shù)-離子電荷數(shù)；對(duì)于陰離子，a=價(jià)電子數(shù)+|離子電荷數(shù)|。x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)；b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，H為1，其他原子＝8-該原子的價(jià)電子數(shù)，如：O為2、N為3（化合價(jià)數(shù)）

（a-xb）—21三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)3、中心原子價(jià)層電子對(duì)的確定：價(jià)層電子對(duì)=σ鍵電子對(duì)+中心原子的孤電子對(duì)(2)中心原子的孤電子對(duì)=（a-xb）—21分子或離子中心原子axb中心原子的孤電子對(duì)σ鍵電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型

H2OO

SO2S

NH4+N

CO32-C

CO2C

SO42-S615-1=40

4+2=60224132622142206+2=8420243224343424四面體形四面體形四面體形平面三角形平面三角形直線形三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)＝價(jià)層電子對(duì)數(shù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論VSEPR模型略去孤電子對(duì)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。4、根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型推測(cè)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)

得到VSEPR模型以后，若分子的中心原子有孤電子對(duì)，中心原子上的孤對(duì)電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間，并與成鍵電子對(duì)互相排斥。再討論空間構(gòu)型時(shí)應(yīng)略去孤電子對(duì)，才是該分子的實(shí)際空間構(gòu)型。

例如：CH4、NH3、H2O，中心原子都是4對(duì)價(jià)層電子對(duì)，它們相互排斥，VSEPR模型都是四面體，但CH4孤電子對(duì)為0，為正四面體，NH3孤電子對(duì)為1，三角錐形，H2O孤電子對(duì)為2，V形。三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)價(jià)層電子對(duì)之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：孤電子對(duì)－孤電子對(duì)＞孤電子對(duì)－成鍵電子對(duì)＞成鍵電子對(duì)－成鍵電子對(duì)。隨著孤電子對(duì)數(shù)目的增多，孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力增大，鍵角減小。價(jià)層電子對(duì)互斥模型不能用于預(yù)測(cè)以過渡金屬為中心原子的分子。三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)化學(xué)式σ鍵電子對(duì)數(shù)中心原子孤對(duì)電子數(shù)VSEPR模型名稱分子的立體結(jié)構(gòu)H2SBF3NH2-SO2CO32-SO32-2023V形平面正三角形V形22平面三角形四面體形四面體形思考與討論：應(yīng)用價(jià)層電子對(duì)互斥理論推測(cè)下列分子或離子的空間構(gòu)型323110平面三角形平面三角形四面體形V形平面正三角形三角錐形三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)價(jià)層電子對(duì)互斥模型和分子立體結(jié)構(gòu)是相同的分子構(gòu)型嗎？思考與討論(1)區(qū)別：①價(jià)層電子對(duì)互斥模型是包括孤電子對(duì)和成鍵電子對(duì)的立體結(jié)構(gòu)；

②分子的立體結(jié)構(gòu)是成鍵電子對(duì)的立體結(jié)構(gòu)，不包括孤對(duì)電子。(2)聯(lián)系：①當(dāng)中心原子無孤對(duì)電子時(shí)，兩者的構(gòu)型一致。

②當(dāng)中心原子有孤對(duì)電子時(shí)，兩者的構(gòu)型不一致。1.判斷正誤(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“√”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“×”)(1)SO2分子與CO2分子的組成相似，故它們都是直線形分子。()(2)分子的VSEPR模型和相應(yīng)分子的立體構(gòu)型是相同的。()(3)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，H3O＋的立體構(gòu)型為平面正三角形。()2.下列微粒的價(jià)層電子對(duì)數(shù)正確的是(加“·”的原子為中心原子)(

)×××三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)A

3.下列有關(guān)價(jià)層電子對(duì)互斥理論的描述正確的是(

)A.價(jià)層電子對(duì)就是σ鍵電子對(duì)

B.孤電子對(duì)數(shù)由分子式來確定C.分子的空間結(jié)構(gòu)是價(jià)層電子對(duì)互斥的結(jié)果

D.孤電子對(duì)數(shù)等于π鍵數(shù)4.下列分子中，空間結(jié)構(gòu)不是直線形的是(

)A.CO B.H2OC.CO2 D.C2H2CB三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)甲烷分子中四個(gè)C—H鍵的鍵能、鍵長(zhǎng)，為什么都完全相同？解釋：當(dāng)碳原子與4個(gè)氫原子形成甲烷分子時(shí)，碳原子的2s軌道和3個(gè)2p軌道發(fā)生混雜，混雜時(shí)保持軌道總數(shù)不變，卻得到4個(gè)新的能量相同、方向不同的軌道，各指向正四面體的4個(gè)頂角，夾角109°28'，稱為sp3雜化軌道，表示這4個(gè)軌道是由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道雜化形成的。碳原子的4個(gè)sp3雜化軌道再分別與4個(gè)氫原子的1s軌道重疊，形成4個(gè)C-Hσ鍵，因此呈正四面體形的空間結(jié)構(gòu)。四、雜化軌道理論為了四個(gè)雜化軌道在空間盡可能遠(yuǎn)離，使軌道間的排斥最小，4個(gè)雜化軌道的伸展方向成什么立體構(gòu)型?四、雜化軌道理論

四個(gè)H原子的4個(gè)s軌道與C原子的四個(gè)sp3雜化軌道相互重疊后，就形成了四個(gè)性質(zhì)、能量和鍵角都完全相同的S-SP3σ鍵，從而構(gòu)成一個(gè)正四面體形的分子。

109°28’四、雜化軌道理論1.概念：外界條件下，能量相近的原子軌道混雜起來，重新組合新軌道的過程叫做原子軌道的雜化，雜化后的新軌道就稱為雜化軌道。2.要點(diǎn)：(1)參與雜化的原子軌道能量相近（同一能級(jí)組或相近能級(jí)組的軌道）(2)雜化前后原子軌道數(shù)目不變，參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目，雜化改變了原子軌道的形狀、方向，成鍵時(shí)更有利于軌道間的重疊。(3)雜化前后原子軌道在空間取最大夾角分布，使相互間排斥力最小。四、雜化軌道理論3.雜化的條件：(1)只有在形成化學(xué)鍵時(shí)才能雜化；(2)只有能量相近的軌道間才能雜化。4.雜化軌道的特征：(1)雜化前后軌道數(shù)不變；(2)雜化過程中軌道的形狀發(fā)生變化；(3)雜化后形成的化學(xué)鍵更穩(wěn)定；(4)雜化后的新軌道能量、形狀都相同；(5)雜化后的軌道之間盡可能遠(yuǎn)離；(6)雜化軌道只用于形成σ鍵和容納孤電子對(duì)。四、雜化軌道理論對(duì)雜化過程的理解

四、雜化軌道理論sp雜化軌道的形成過程

xyzxyzzxyzxyz180°

sp

雜化：1個(gè)s軌道與1個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化，形成2個(gè)sp雜化軌道。sp雜化軌道的形狀為一頭大，一頭小，含有1/2s

軌道和1/2p

軌道的成分兩個(gè)軌道間的夾角為180°，呈直線形。5.雜化類型及分子的空間構(gòu)型：四、雜化軌道理論sp雜化

中心原子的1個(gè)__軌道和1個(gè)__軌道雜化得到夾角為____的______雜化軌道。spppspppspspppsp180°直線形四、雜化軌道理論180°ClClBe例如：sp

雜化——BeCl2分子的形成Be原子：1s22s2

沒有單個(gè)電子spsp雜化ClClsppxpx四、雜化軌道理論練習(xí)1：分析C2H2的雜化方式C2p22s2基態(tài)原子：H1s1激發(fā)態(tài)原子：C2p32s1雜化后：四、雜化軌道理論sp2雜化軌道的形成過程

5.雜化類型及分子的空間構(gòu)型：xyzxyzzxyzxyz120°

sp2雜化：1個(gè)s軌道與2個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化,形成3個(gè)sp2雜化軌道。每個(gè)sp2雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有1/3s

軌道和2/3p

軌道的成分，每?jī)蓚€(gè)軌道間的夾角為120°，呈平面三角形。四、雜化軌道理論SP2雜化

中心原子的1個(gè)__軌道和2個(gè)__軌道雜化得到夾角為____的________雜化軌道。sp120°平面三角形spppsp2p注意：sp、sp2兩種雜化形式中還有未參與雜化的p軌道，可用于形成π鍵，而雜化軌道只用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。四、雜化軌道理論120°FFFB例如：sp2

雜化——BF3分子的形成B：1s22s22p1沒有3個(gè)單電子sp2sp2雜化四、雜化軌道理論練習(xí)2：分析C2H4的雜化方式C2s2基態(tài)原子：H1s1激發(fā)態(tài)原子：C2p32s1雜化后：HHHH2p2四、雜化軌道理論BH2p12s21s1基態(tài)原子：激發(fā)態(tài)原子：B2p22s1雜化后：HHH練習(xí)3：請(qǐng)結(jié)合價(jià)鍵理論分析BH3的分子結(jié)構(gòu)四、雜化軌道理論sp3雜化軌道的形成過程

5.雜化類型及分子的空間構(gòu)型：xyzxyzzxyzxyz109°28′

sp3雜化：1個(gè)s軌道與3個(gè)p軌道進(jìn)行的雜化，形成4個(gè)sp3雜化軌道。每個(gè)sp3雜化軌道的形狀也為一頭大，一頭小，含有1/4s

軌道和3/4p

軌道的成分每?jī)蓚€(gè)軌道間的夾角為109°28’，空間構(gòu)型為正四面體形。四、雜化軌道理論SP3雜化

中心原子的1個(gè)__軌道和3個(gè)__軌道雜化得到夾角為______的_______雜化軌道。sp109°28’正四面體形spppsp3四、雜化軌道理論例如：sp3雜化——CH4分子的形成sp3C：2s22p2四、雜化軌道理論6.雜化類型判斷：A的價(jià)電子對(duì)數(shù)234A的雜化軌道數(shù)雜化類型A的價(jià)電子空間構(gòu)型（VSEPR模型）A的雜化軌道空間構(gòu)型ABm型分子或離子空間構(gòu)型對(duì)于ABm型分子或離子，其中心原子A的雜化軌道數(shù)恰好與A的價(jià)電子對(duì)