第2章-第2節(jié)-第1課時-分子結構的測定和多樣性-價層電子對互斥模型(講義)

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和多樣性價層電子對互斥模型學習導航1.了解分子結構的測定方法。2.通過對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，了解共價分子結構的多樣性和復雜性。3.通過對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。教學過程一、分子結構的測定早年科學家主要靠對物質的化學性質進行系統(tǒng)總結得出規(guī)律后進行推測，現(xiàn)代科學家應用了許多測定分子結構的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。1．紅外光譜在測定分子結構中的應用分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。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振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。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，可分析分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。2．質譜法在測定分子相對分子質量中的應用現(xiàn)代化學常利用質譜儀測定分子的相對分子質量。它的基本原理是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。由于生成的離子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。二、多樣的分子空間結構單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結構，多原子分子中存在原子的幾何學關系和形狀，即所謂“分子的空間結構”。1．三原子分子化學式電子式結構式鍵角空間結構空間結構名稱CO2O=C=O180°直線形H2O105°V形2.四原子分子化學式電子式結構式鍵角空間結構空間結構名稱CH2O約120°平面三角形NH3107°三角錐形3．五原子分子化學式電子式結構式鍵角空間結構空間結構名稱CH4109°28′正四面體形CCl4109°28′正四面體形4.其他多原子分子的空間結構三、價層電子對互斥模型1．價層電子對互斥模型(VSEPRmodel)：對ABn型的分子或離子，中心原子A的價層電子對(包括成鍵的σ鍵電子對和未成鍵的孤電子對)之間由于存在排斥力，將使分子的空間結構總是采取電子對相互排斥最弱的那種結構，以使彼此之間斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩(wěn)定。2．價層電子對的計算(1)中心原子價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)。(2)σ鍵電子對數(shù)的計算由化學式確定，即中心原子形成幾個σ鍵，就有幾對σ鍵電子對。如H2O分子中，O有2對σ鍵電子對。NH3分子中，N有3對σ鍵電子對。(3)中心原子上的孤電子對數(shù)的計算中心原子上的孤電子對數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)①a表示中心原子的價電子數(shù)；對主族元素：a＝最外層電子數(shù)；對于陽離子：a＝價電子數(shù)－離子所帶電荷數(shù)；對于陰離子：a＝價電子數(shù)＋離子所帶電荷數(shù)。②x表示與中心原子結合的原子數(shù)。③b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)。3．價層電子對的空間結構(即VSEPR模型)價層電子對數(shù)目：234VSEPR模型：直線形平面三角形正四面體形4．VSEPR模型的應用——預測分子空間結構由價層電子對的相互排斥，得到含有孤電子對的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對，便可得到分子的空間結構。(1)中心原子不含孤電子對分子或離子σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)VSEPR模型及名稱分子(或離子)的空間結構及名稱CO220直線形直線形COeq\o\al(2－,3)30平面三角形平面三角形CH440正四面體形正四面體形(2)中心原子含孤電子對分子或離子價層電子對數(shù)孤電子對數(shù)VSEPR模型及名稱分子的空間結構及名稱NH341四面體形三角錐形H2O42四面體形V形SO231平面三角形V形【歸納總結】分子空間結構的確定思路中心原子價層電子對數(shù)n??分子的空間結構——略去孤電子對在價層電子對互斥模型中占有的空間課時訓練1．下列敘述中錯誤的是A．氣態(tài)和中心原子的孤電子對數(shù)目相等B．某晶體不導電，熔融狀態(tài)能導電，可以較充分說明該晶體是離子晶體C．分子與H+結合成，O原子的雜化類型未發(fā)生改變D．離子空間結構：正四面體形2．下列有關和的說法正確的是A．和的空間結構都是三角錐形B．中N原子上的孤電子對數(shù)為1，中B原子上無孤電子對C．和形成的化合物中各原子最外層都達到8電子穩(wěn)定結構D．和的中心原子的價層電子對數(shù)均為43．下列微粒的中心原子的價層電子對數(shù)正確的是A．HCHO3 B．CS21 C．BCl32 D．SO324．根據(jù)價層電子對互斥理論，NCl3、SO2、SO3、BF3的氣態(tài)分子中，中心原子價層電子對數(shù)不同于其他分子的是A．NCl3 B．SO2 C．SO3 D．BF35．下列分子或高中，VSEPR模型為四面體形，但分子或離子的空間結構為V形的是A． B．BF3 C．PH3 D．OF26．下列表達方式或說法正確的是A．NH3、H2O、CO2、HCl四分子中孤電子對最多的是CO2B．氯化銨的電子式：C．硫離子的核外電子排布式1s22s22p63s23p4D．基態(tài)到激發(fā)態(tài)產生的光譜是發(fā)射光譜7．氮及其化合物的轉化過程如圖所示，下列說法正確的是A．過程Ⅰ可表示為，該反應是可逆反應，故產率和原子利用率不可能達到100%B．加入催化劑a可增大單位體積內的活化分子百分數(shù)，改變反應的活化能C．催化劑b表面生成的產物與空氣接觸后生成的紅棕色氣體為酸性氧化物D．過程Ⅰ的產物的VSEPR模型名稱為正四面體形8．下列說法正確的是A．凡是中心原子采取sp3雜化的分子，其立體構型都是正四面體形B．白磷分子和CH4都是正四面體形分子且鍵角都為109°28'C．若ABn型分子的中心原子A上沒有孤電子對，則ABn為非極性分子D．NH3和PH3分子的VSEPR模型為正四面體形，PH3中P—H鍵鍵角大于NH3中N—H鍵鍵角9．(1)CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為__________和__________。(2)NH4H2PO4中，電負性最高的元素是______；P的_______雜化軌道與O的2p軌道形成_______鍵。(3)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機化合物，分子中氮、碳的雜化類型分別是__________、__________。(4)H2S的VSEPR模型為________，其分子的空間構型為________；結合等電子體的知識判斷離子的空間構型為________。(5)LiAlH4是有機合成中常用的還原劑，LiAlH4中的陰離子空間構型是_________，中心原子的雜化形式為________。LiAlH4中，存在________(填標號)。A．離子鍵B．σ鍵C．π鍵D．氫鍵10．I.有下列分子或離子：BF3、H2O、NH、SO2、HCHO、PCl3、CO2(1)粒子構型為直線型的為：______(2)粒子的立體構型為V型的為：______(3)粒子的立體構型為平面三角形的為：______(4)粒子的立體構型為三角錐型的為：______(5)粒子的立體構型為正四面體的為______II.在下列分子中，①H2，②CO2，③H2O2，④HCN(填序號)。分子中只有σ鍵的是______，分子中含有π鍵的是______，分子中所有原子都滿足最外層為8個電子結構的是______，分子中含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是______，分子中含有由一個原子的s軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是______，分子中既含有極性鍵又含有非極性鍵的是______。答案解析1．A【詳解】A．通過公式計算中心原子的孤電子對數(shù)，，所以二者的孤電子對數(shù)目不相等，故A錯誤；B．離子晶體是電解質，晶體不能導電，但水溶液或熔融狀態(tài)下能導電，因此，某晶體不導電，熔融狀態(tài)能導電，可以較充分說明該晶體是離子晶體，故B正確；C．分子與H+結合成，結合前后O原子的雜化類型都為sp3雜化，故C正確；D．中心原子S提供6個電子，氧不提供，得到兩個電子，所以電子數(shù)為8，孤對電子數(shù)為4，空間結構為正四面體形，故D正確；故選A。2．B【詳解】A．的空間結構為平面三角形，A錯誤;B．中N原子上的孤電子對數(shù)，中B原子上的孤電子對數(shù)，正確，B正確;C．中氫原子形成2電子穩(wěn)定結構，Ｃ錯誤;D．中N原子的價層電子對數(shù)為，中B原子的價層電子對數(shù)為，D錯誤;答案選B。3．A【詳解】A．在HCHO中，碳原子形成3個σ鍵，孤電子對數(shù)為0，故價層電子對數(shù)為3，A正確；B．在CS2中，碳原子形成2個σ鍵，孤電子對數(shù)為0，故價層電子對數(shù)為2，B錯誤；C．在BCl3中，B原子形成3個σ鍵，孤電子對數(shù)為0，故價層電子對數(shù)為3，C錯誤；D．在SO3中，S原子形成3個σ鍵，孤電子對數(shù)為0，故價層電子對數(shù)為3，D錯誤；故合理選項是A。4．A【詳解】NCl3態(tài)分子中，中心原子價層電子對數(shù)為：，SO2氣態(tài)分子中，中心原子價層電子對數(shù)為：，SO3氣態(tài)分子中，中心原子價層電子對數(shù)為，BF3氣態(tài)分子中，中心原子價層電子對數(shù)為：，則與其他分子不同的是NCl3，故B正確；故選B。5．D【詳解】A．的中心原子N的價層電子對數(shù)=，由于此時N原子不含孤對電子，根據(jù)價層電子對互斥理論知VSEPR模型與實際構型相同，均為正四面體形，A不符合題意；B．BF3的中心原子B的價層電子對數(shù)=，由于此時B原子不含孤對電子，根據(jù)價層電子對互斥理論知BF3VSEPR模型與實際構型相同，均為正三角形，B不符合題意；C．PH3的中心原子P的價層電子對數(shù)=，對應VSEPR模型為四面體形，由于中心P含有1對孤對電子，故其實際構型為三角錐形，C不符合題意；D．OF2的中心原子O的價層電子對數(shù)=，對應VSEPR模型為四面體形，由于中心O含有2對孤對電子，故其實際構型為V形，D符合題意；故答案選D。6．A【詳解】A．NH3分子中N原子有一對孤電子對，H2O分子中O原子有兩對，HCl分子中Cl原子有3對，CO2分子中兩個O原子共有2×2=4對，孤電子對最多的是CO2，A正確；B．氯離子最外層有8個電子，電子式應為，B錯誤；C．S2-核外有18個電子，核外電子排布式為1s22s22p63s23p6，C錯誤；D．基態(tài)到激發(fā)態(tài)需要吸收能量，產生的光譜為吸收光譜，D錯誤；綜上所述答案為A。7．B【詳解】A．該反應雖然為可逆反應，但是其原子利用率為100%，故A錯誤；B．加入催化劑a降低反應的活化能，可增大單位體積內的活化分子百分數(shù)，故B正確；C．催化劑表面生成的產物為NO，接觸空氣后生成，但與堿反應生成和，不屬于酸性氧化物，故C錯誤；D．中含有3個鍵和1個孤電子對，故其VSEPR模型不應為正四面體形，而應為四面體形，故D錯誤。故選B。8．C【詳解】A．通過sp3雜化形成的中性分子，分子中價層電子對數(shù)是4，若不含孤電子對，如CH4或CF4，分子為正四面體結構；分子中價層電子對數(shù)是4，若含有一個孤電子對，如NH3或NF3，分子為三角錐形結構；分子中價層電子對數(shù)是4，若含有兩個孤電子對，如H2O，分子為V形結構，A錯誤；B．P4的空間結構為正四面體，體中心無原子，鍵角是60°，B錯誤；C．若ABn型分子的中心原子A上沒有孤對電子，則ABn為非極性分子，這是判斷極性分子和非極性分子的重要經驗規(guī)律，C正確；D．由于電負性N強于P，中心原子的電負性越大，成鍵電子對離中心原子越近，成鍵電子對之間的距離越小，成鍵電子對之間的排斥力越大，因此鍵角變大，即PH3中P—H鍵鍵角小于NH3中N—H鍵鍵角，D錯誤；故選C。9．spsp3Osp3σsp3sp3正四面體型V型直線型正四面體型sp3AB【詳解】(1)對于CO2，根據(jù)VSEPR理論，其價層電子對數(shù)=2+=2，且不含孤電子對，根據(jù)雜化軌道理論，C的雜化方式為sp雜化；CH3OH分子中，C形成4根σ鍵，所以C的雜化方式為sp3雜化；答案為sp；sp3。(2)元素的非金屬性越強，其電負性越大，NH4H2PO4中元素的非金屬性H＜P＜N＜O，則電負性最高的是O；P原子價層電子對個數(shù)=4+=4且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷空間構型為正四面體結構，中心原子的雜化方式為sp3，雜化軌道只能形成單鍵，即P的sp3雜化軌道與O的2p軌道形成σ鍵；答案為O；sp3；σ。(3)每個N原子形成的共價鍵有2個N-H鍵、1個N-C鍵，且還含有1個孤電子對；每個C原子形成的共價鍵有2個C-H鍵、2個C-N鍵，所以N、C原子價層電子對個數(shù)都是4，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷N、C原子雜化類型分別為sp3，sp3；答案為sp3；sp3。(4)H2S中，中心原子S的價層電子對數(shù)=2+=2+2=4且含有二對孤電子對，則VSEPR模型為正四面體型，中心原子S的雜化方式為sp3；在VSEPR模型基礎上忽略孤對電子可得分子的空間構型為V型；與CO2互為等電子體，二者價鍵結構相似，空間構型相同，CO2為直線型，則為直線型；答案為正四面體型；V型；直線型。(5)LiAlH4的陰離子中中心原子Al的價層電子對個數(shù)=4+=4且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷其空間構型為正四面體型，中心原子雜化方式分sp3雜化；LiAlH4中，陰陽離子之間存在離子鍵、Al和H原子之間存在極性共價單鍵、配位鍵，所以含有的化學鍵為離子鍵、σ鍵、