2025春高二化學選擇性必修2 （配人教版）第二章 分子結構與性質 第二節(jié) 分子的空間結構 第1課時 分子結構的測定 多樣的分子空間結構 價層電子對互斥模型

分子結構的測定多樣的分子空間結構價層電子對互斥模型第1課時第二節(jié)分子的空間結構學習目標1.通過分子結構測定方法的學習,能說明分子結構測定的常用方法,能辨識簡單的波譜圖。2.通過典型分子空間結構的學習,認識微觀結構對分子空間結構的影響,能夠辨識分子結構的多樣性及復雜性,能分析構成不同物質分子空間結構差異的原因。3.通過價層電子對互斥模型的探究,建立解決復雜分子結構判斷的思維模型,能應用價層電子對互斥模型解釋和預測分子的空間結構。任務分項突破『自主梳理』1.分子結構的測定方法(1)早年的科學家主要靠對物質的

性質進行系統(tǒng)總結得出規(guī)律后推測分子的結構。(2)如今科學家應用

、晶體X射線衍射等現(xiàn)代儀器和方法測定分子的結構。學習任務1認識分子結構的測定化學紅外光譜2.紅外光譜的工作原理(1)原理。當一束紅外線透過分子時,分子會吸收跟它的某些化學鍵的

相同的紅外線,再記錄到圖譜上呈現(xiàn)

。通過和已有譜圖庫比對,或通過量子化學計算,可以得知各吸收峰是由哪種化學鍵、哪種振動方式引起的,綜合這些信息,可分析出分子中含有何種

或

的信息。振動頻率吸收峰化學鍵官能團(2)示意圖。[示例]通過此紅外光譜圖發(fā)現(xiàn)某未知物有

、

和

化學鍵的振動吸收,初步推測該未知物中含有的官能團為

。O—HC—HC—O羥基3.質譜法(1)原理。在質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。分子離子和碎片離子各自具有不同的相對質量,它們在高壓電場加速后,通過狹縫進入磁場得以分離,在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰,化學家對這些峰進行系統(tǒng)分析,便可得知樣品分子的相對分子質量。(2)應用:測定

。(3)讀譜:相對分子質量=最大質荷比。分子的相對分子質量[示例]以甲苯為例:由圖可得,甲苯的相對分子質量為

。92『互動探究』研究有機化合物一般要經過以下幾個基本步驟,每個步驟中都有一些常用的基本方法。探究有機化合物組成、結構的測定方法分離提純某有機化合物A并用化學方法測定其元素組成,確定其最簡式(有機化合物分子中各原子最簡整數(shù)比即為其最簡式,又稱實驗式)為C2H6O。問題1:用質譜儀測定有機化合物A的質譜圖如圖所示,據此分析A的相對分子質量,并結合其最簡式確定該有機化合物的分子式。提示:根據質荷比最大值可以確定A的相對分子質量是46;結合其最簡式為C2H6O,可推知A的分子式為C2H6O。問題2:用紅外光譜儀處理有機化合物A,得到如圖所示信息。推測該有機化合物A含有的化學鍵或官能團。通過該紅外光譜圖能否確認化學鍵或官能團的個數(shù)?提示:該物質中含有C—H、O—H、C—O,可以推測該有機化合物含有羥基官能團;不能確認化學鍵或官能團的個數(shù)。問題3:核磁共振氫譜圖可以獲得有機化合物分子中有幾種不同類型的氫原子及它們相對數(shù)目的信息。處在不同化學環(huán)境中的氫原子在譜圖上出現(xiàn)的位置不同,且核磁共振氫譜中吸收峰的面積與氫原子數(shù)成正比。測得A的核磁共振氫譜如圖所示,推測A中有幾種氫原子,各種氫原子個數(shù)之比是多少。提示:核磁共振氫譜圖中有三個峰,對應三種氫原子,峰面積之比是1∶2∶3,說明三種氫原子個數(shù)之比為1∶2∶3。問題4:綜合以上信息,寫出該有機化合物A的結構簡式。提示:CH3CH2OH。歸納拓展分子結構的測定的常用方法比較方法原理應用紅外光譜圖不同的化學鍵或官能團吸收頻率不同,在紅外光譜圖中將處于不同的位置,從而獲得分子中含有何種化學鍵或官能團的信息推知有機物中含有哪些化學鍵、官能團質譜法質譜圖中質荷比最大值就是樣品分子的相對分子質量(質荷比:指分子離子、碎片離子的相對質量與其電荷數(shù)的比值)推知相對分子質量『題組例練』1.質譜法是讓極少量(10-9g左右)的化合物通過質譜儀的離子化室,使樣品分子大量離子化,少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到……然后測定其質荷比β。設H+的質荷比為1,某有機化合物樣品的質荷比如圖(假設離子均帶一個單位正電荷,信號強度與該離子的多少有關),則該有機化合物可能是(

)A.CH3OH B.C3H8C.C2H4 D.CH4√解析:有機化合物樣品中的質荷比的最大值為該物質的相對分子質量,從圖中可知該有機化合物的相對分子質量為16,即為CH4。2.如圖是一種分子式為C4H8O2的有機化合物的紅外光譜圖,則該有機化合物可能為(

)A.CH3COOCH2CH3B.CH3CH2CH2COOHC.HCOOCH2CH2CH3D.(CH3)2CHCH2COOH√學習任務2認識多樣的分子空間結構『自主梳理』多原子分子中存在原子的幾何學關系和形狀,即分子的空間結構。分子類型化學式結構式空間結構模型鍵角空間結構名稱三原子分子CO2

H2O105°

(又稱角形)180°直線形V形四原子分子CH2O

NH3107°

五原子分子CH4

120°平面三角形三角錐形109°28′正四面體形『互動探究』觀察下列幾種簡單的分子的空間結構模型。探究分子的空間結構及相關因素問題1:H2S中,兩個H—S的鍵角接近90°,CO2中兩個CO的鍵角是180°,推測H2S和CO2的分子空間結構分別是怎樣的?提示:H2S的空間結構是V形,CO2的空間結構是直線形。問題2:CH3Cl分子是正四面體形結構嗎?提示:C—H的鍵長與C—Cl的鍵長不同,所以CH3Cl是四面體形,但不是正四面體形。問題3:空間結構相同的分子,其鍵角完全相同嗎?提示:不一定,如P4和CH4均為正四面體形,但P4的鍵角是60°,CH4的鍵角為109°28′。問題4:NH3與BF3分子組成相似,但NH3是三角錐形,而BF3是平面三角形,試寫出這兩種分子的電子式,并結合以上分析總結分子的空間結構與哪些因素有關。提示:;分子的空間結構與原子數(shù)目、鍵長、鍵角、孤電子對等有關。歸納拓展分子的空間結構與鍵角的關系分子類型鍵角空間結構實例AB2180°直線形CO2、BeCl2、CS2<180°V形H2O、H2SAB3120°平面三角形BF3、BCl3<120°三角錐形NH3、PH3AB4109°28′正四面體形CH4、CCl4『題組例練』1.下列分子的空間結構為正四面體形的是(

)①P4②NH3③CCl4④CH4⑤H2S⑥CO2A.③④⑤ B.①③⑥C.①③④ D.②④⑤√解析:NH3的空間結構是三角錐形,H2S的空間結構是V形,CO2的空間結構是直線形,故選C。2.下列有關鍵角與分子空間結構的說法不正確的是(

)A.鍵角為180°的分子,空間結構是直線形B.鍵角為120°的分子,空間結構是平面三角形C.鍵角為60°的分子,空間結構可能是正四面體形D.鍵角為90°～109°28′之間的分子,空間結構可能是V形√解析:鍵角為180°的分子,空間結構是直線形,例如CO2分子是直線形分子,A正確;苯分子的鍵角為120°,但其空間結構是平面正六邊形,B錯誤;白磷分子的鍵角為60°,空間結構為正四面體形,C正確;水分子的鍵角為105°,空間結構為V形,D正確?！鹤灾魇崂怼?.價層電子對互斥模型(1)模型要點:分子的空間結構是中心原子周圍的“價層電子對”相互

的結果。(2)價層電子對:VSEPR的“價層電子對”是指分子中的中心原子與結合原子間的

和中心原子上的

。學習任務3探究價層電子對互斥模型排斥σ鍵電子對孤電子對(3)價層電子對的空間結構(即VSEPR模型)。直線形平面三角形正四面體形2.價層電子對數(shù)的確定方法(1)方法圖示。①a表示中心原子的價電子數(shù)。對主族元素的原子:a=最外層電子數(shù),如氧原子的a=

。65-1=44+|-2|=634③b表示與中心原子結合的原子最多能接受的電子數(shù),氫為1,其他原子=8-該原子的價電子數(shù)(如下表)。元素H、鹵族元素(F、Cl、Br、I)氧族元素(O、S等)氮族元素(N、P等)b

1233.應用VSEPR模型對分子或離子的空間結構的推測(1)推測思路:價層電子對數(shù)VSEPR模型名稱

分子或離子的空間結構。(2)示例。分子或離子孤電子對數(shù)價層電子對數(shù)VSEPR模型名稱分子或離子的空間結構名稱CO2

SO2

02直線形直線形13平面三角形V形

H2O

NH3

CH4

03平面三角形平面三角形24四面體形V形14四面體形三角錐形04正四面體形正四面體形『互動探究』1940年,希吉維克和坡維爾在總結實驗事實的基礎上提出了一種簡單的理論模型,用以預測簡單分子或離子的空間結構。這種理論模型后經吉列斯比和尼霍爾姆在20世紀50年代加以發(fā)展,定名為價層電子對互斥模型,簡稱VSEPR模型。探究利用VSEPR模型推測分子或離子的空間結構問題1:BF3和PCl3的分子組成相似,其分子空間結構是否相同?提示:兩者分子空間結構不同,BF3的價層電子對數(shù)為3,VSEPR模型為平面三角形,分子空間結構為平面三角形;PCl3的價層電子對數(shù)為4,VSEPR模型為四面體形,分子空間結構為三角錐形。問題2:CH4(鍵角為109°28′)、NH3(鍵角為107°)、H2O(鍵角為105°)的VSEPR模型相同,但鍵角不同,試分析這三種分子鍵角差異的原因。提示:CH4分子中碳原子4個價電子全部參與成鍵,無孤電子對,NH3分子中氮原子價層電子對數(shù)為4,孤電子對數(shù)為1,H2O分子中氧原子價層電子對數(shù)為4,孤電子對數(shù)為2,孤電子對與成鍵電子對之間的排斥作用依次增大,故鍵角依次減小。問題3:很多非ABn型分子也可以用“價層電子對相互排斥而盡量遠離”的原則快速地判斷它們的分子結構。試分析判斷乙酸分子(結構如圖)中①

、②

、③C—O—H的空間結構是什么。提示:①為四面體結構,②為平面三角形,③為V形。歸納拓展1.價層電子對數(shù)的計算方法(1)結構分析法。(2)公式計算法。2.VSEPR模型與分子或離子的空間結構σ鍵電子對數(shù)+孤電子對數(shù)=價層電子對數(shù)VSEPR模型名稱

分子或離子的空間結構。(1)若ABn型分子中,A與B之間通過兩對或三對電子(即通過雙鍵或三鍵)結合而成,則價層電子對互斥模型把雙鍵或三鍵作為一個電子對看待。(2)價層電子對之間的斥力。①電子對之間的夾角越小,斥力越大。②分子中電子對之間的斥力大小順序:孤電子對—孤電子對>孤電子對—成鍵電子對>成鍵電子對—成鍵電子對。隨著孤電子對數(shù)目的增多,成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力增大,鍵角減小。如CH4、NH3和H2O分子中的鍵角依次減小。③由于三鍵、雙鍵比單鍵包含的電子多,所以斥力大小順序:三鍵>雙鍵>單鍵?！侯}組例練』題點一VSEPR模型的理解辨析1.下列關于價層電子對互斥模型(VSEPR模型)的敘述不正確的是(

)A.VSEPR模型可用來預測分子的立體結構B.分子中價層電子對相互排斥決定了分子的空間結構C.分子中鍵角越大,價層電子對相互排斥力越小,分子越穩(wěn)定D.中心原子上的孤電子對不參與互相排斥√解析:價層電子對互斥模型可用來預測分子的立體結構,故A正確;空間結構與價層電子對相互排斥有關,因此分子中價層電子對相互排斥決定了分子的空間結構,故B正確;分子中鍵角越大,價層電子對相互排斥力越小,分子越穩(wěn)定,故C正確;中心原子上的孤電子對參與相互排斥,故D錯誤。2.若XYn分子的中心原子X上沒有未用于形成共價鍵的孤電子對,根據價層電子對互斥模型,下列說法正確的是(

)A.若n=2,則分子的空間結構為V形B.若n=3,則分子的空間結構為三角錐形C.若n=4,則分子的空間結構為正四面體形D.以上說法都不正確√解析:若中心原子X上沒有未用于成鍵的孤電子對,則根據斥力最小的原則,當n=2時,分子的空間結構為直線形;當n=3時,分子的空間結構為平面三角形;當n=4時,分子的空間結構為正四面體形。題點二利用VSEPR模型預測分子的空間結構3.用VSEPR模型預測下列分子或離子的空間結構,其中正確的是(

)A.H2O與BeCl2為V形(角形)B.CS2與SO2為直線形C.BF3與PCl3為三角錐形√4.下列分子或離子中,鍵角由大到小排列正確的是(

)A.⑤④①②③ B.⑤①④②③C.④①②⑤③ D.③②④①⑤√解析:①的空間結構為正四面體形,鍵角為109°28′;②NH3分子中氮原子的價層電子對數(shù)為4,孤電子對數(shù)為1,其空間結構為三角錐形,鍵角約為107°;③H2O分子的空間結構為V形,鍵角為105°;④BF3的中心原子的價電子都用來形成共價鍵,所以價層電子對數(shù)為3,其空間結構為平面三角形,鍵角為120°;⑤CO2的中心原子的價電子都用來形成共價鍵,所以價層電子對數(shù)為2,為直線形,鍵角為180°。所以鍵角由大到小排列順序是⑤④①②③。思維建模利用價層電子對互斥模型判斷分子或離子的空間結構的思維流程『知識整合提升』學科素養(yǎng)測評第二、第三周期的部分非金屬元素與氫元素形成的分子或離子常含有10電子或18電子。按下列要求寫出滿足條件的粒子。(1)寫出具有10個電子,含兩個或兩個以上原子核的離子的符號:

、

、

、

。

OH-H3O+(2)寫出具有10個電子,含兩個或兩個以上原子核的分子:

、

、

、

。

CH4解析:(2)10電子分子為CH4、NH3、H2O、HF,空間結構分別為正四面體形、三角錐形、V形、直線形。NH3H2OHF(3)寫出具有18個電子的無機化合物的分子式:

、

、

、

、

。

H2O2解析:(3)第三周期元素的氫化物分子具有18個電子,第二周期元素形成R2Hx型化合物,如C2H6、H2O2等,也具有18個電子。符合條件的分子有H2O2、SiH4、PH3、H2S、HCl,其中SiH4