2.2.1分子結構的測定和多樣性價層電子對互斥模型課件高二下學期化學人教版選擇性必修2

第二章

分子結構與性質第二節(jié)

分子的空間結構

課時1分子結構的測定和多樣性價層電子對互斥模型課堂導入P4O6SF6NH3P4分子是微觀的，肉眼無法觀察，那科學家是如何知道分子結構的呢？早年的科學家主要依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。課堂學習分子結構的現(xiàn)代測定方法現(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。課堂學習分子結構的現(xiàn)代測定方法紅外光譜的測定原理：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。原子與原子結合依靠的是原子間的化學鍵，這些化學鍵就像彈簧，通過振動來化解原子間的伸縮振動(可近似地看成諧振子的簡諧振動)，從而保持物質的狀態(tài)。分子的空間結構則是分子中的原子處于平衡位置時的模型。課堂學習分子結構的現(xiàn)代測定方法通過紅外光譜和已有譜圖庫比對，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，從而分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。通過紅外光譜圖，發(fā)現(xiàn)未知物質的譜圖中中含有O-H、C-H和C-O的振動吸收，可初步推測該未知物中含有羥基。課堂學習分子結構的現(xiàn)代測定方法質譜儀：測定分子的相對分子質量。質譜儀的測定原理：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。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。課堂學習分子結構的現(xiàn)代測定方法譜圖坐標：縱坐標是相對豐度(與粒子的濃度成正比)；橫坐標是粒子的相對質量與其電荷數(shù)之比，簡稱質荷比。譜圖信息：質譜圖中，橫坐標最右側，代表著數(shù)值最大的質荷比，就是該分子的相對分子質量。如右圖為甲苯的質譜圖，其相對分子質量等于最大質荷比，故甲苯的相對分子質量為92。課堂學習多樣的分子空間結構大多數(shù)分子是由兩個以上原子構成的，于是分子就有了原子的幾何學關系和形狀，這就是分子的空間結構。剛才的學習中我們知道了可以通過現(xiàn)代手段測定分子的結構，請你思考是否所有的分子都具有空間結構，你知道哪些物質的空間結構？單原子分子(稀有氣體分子)和雙原子分子不存在空間結構，三原子及以上的分子才會存在空間結構。三原子分子化學式電子式結構式鍵角空間結構名稱CO2

180°直線形

H2O

105°V形(角形)

課堂學習多樣的分子空間結構四原子分子化學式電子式結構式鍵角空間結構名稱CH2O

120°平面三角形

NH3

107°三角錐形

五原子分子CH4109°28′正四面體形CH3Cl-四面體形課堂學習多樣的分子空間結構分子的空間結構主要受到原子個數(shù)、鍵長、鍵角和孤電子對等因素的影響，所以同樣的原子個數(shù)形成的分子空間結構不一定相同，如H2O2、NH3和P4，空間結構相同的分子鍵角也不一定相等，如CH4和P4。課堂學習多樣的分子空間結構幾種常見分子的空間結構(1)常見的空間結構為直線形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等。(2)常見的空間結構為V形的分子有H2O、H2S、SO2等。(3)常見的空間結構為平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等。(4)常見的空間結構為三角錐形的分子有PH3、PCl3、NH3等。(5)常見的空間結構為正四面體形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等。(6)是四面體形但不是正四面體形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。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、H3O＋、PH3AB4109°28′正四面體形CH4、NH4+、CCl4課堂學習價層電子對互斥模型通過剛才的學習，你一定發(fā)現(xiàn)了CO2和H2O同為三原子分子，空間結構卻不同，HCHO和NH3同為四原子分子，空間結構也不同，這是為什么？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立體結構。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。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。課堂學習價層電子對互斥模型價層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)+孤電子對數(shù)a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)。b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)。x表示與中心原子結合的原子數(shù)。示例：SO2的中心原子為S，S的價電子數(shù)為6(即S的最外層電子數(shù)為6)，則a＝6；與中心原子S結合的O的個數(shù)為2，則x＝2；與中心原子結合的O最多能接受的電子數(shù)為2，則b＝2；故SO2中的中心原子S上的孤電子對數(shù)為1；故SO2中的中心原子S上的價層電子對數(shù)為3。課堂學習價層電子對互斥模型根據價層電子對的計算方法補充下列表格分子或離子中心原子axb中心原子上的孤電子對數(shù)CO2C422(4-2×2)÷2=

0SO2S622(6-2×2)÷2=

1CO32-C4+2

=632(6-3×2)÷2=

0NH4+N5-1

=

441(4-4×1)÷2=

0分子或離子中心原子axb中心原子上的孤電子對數(shù)CO2SO2CO32-NH4+課堂學習價層電子對互斥模型由于價層電子對的相互排斥，價層電子對的數(shù)目可以幫助我們預測分子或離子的空間結構。價層電子對數(shù)234空間結構VSEPR模型直線形平面三角形正四面體形注意事項：VSEPR模型所預測的空間結構略去中心原子上的孤電子對后，才能得到分子的實際空間結構；價層電子對互斥模型對分子空間結構的預測少有失誤，但它不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子。課堂學習價層電子對互斥模型分子或離子σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)VSEPR模型分子(或離子)的空間結構CO220

直線形直線形CO32-30平面三角形平面三角形CH440

正四面體形

正四面體形NH341正四面體形三角錐形H2O42正四面體形V形H3O+41正四面體形三角錐形分子或離子σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)VSEPR模型分子(或離子)的空間結構CO2CO32-CH4NH3H2OH3O+課堂學習價層電子對互斥模型中心原子不含孤電子對的分子(或離子)，VSEPR模型與分子(或離子)的空間結構一致；中心原子若有孤電子對，孤電子對也要占據中心原子周圍的空間，并與成鍵電子對互相排斥，則VSEPR模型與分子的空間結構不一致，此時推測分子的立體模型必須略去VSEPR模型中的孤電子對；價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：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，即隨著孤電子對數(shù)目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角也減小；由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預測值。課堂鞏固正誤判斷1.SF6的空間結構為正八面體形。4.由價層電子對互斥模型可知SnBr2分子的鍵角小于180°。2.SiH4、CH2Cl2均為正四面體結構。3.SO2與CO2的分子組成相似，空間結構相同?！獭痢痢滔铝辛Ｗ又校cNO3-空間結構最