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文檔簡介
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)第1課時分子結(jié)構(gòu)的測定多樣的分子空間結(jié)構(gòu)價層電子對互斥模型發(fā)展目標體系構(gòu)建1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法。2.認識共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復雜性。3.理解價層電子對互斥理論的含義。4.能根據(jù)有關理論判斷簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。分子的空間結(jié)構(gòu)分子的空間結(jié)構(gòu)理論價層電子對互斥理論中心原子上價層電子對數(shù)的計算分子(或離子)空間結(jié)構(gòu)的判斷常見分子的空間構(gòu)型一、分子結(jié)構(gòu)的測定1.早年的科學家主要靠對物質(zhì)的化學性質(zhì)進行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后推測分子的結(jié)構(gòu)。2.如今,科學家應用紅外光譜、晶體X射線衍射等現(xiàn)代儀器和方法測定分子的結(jié)構(gòu)。基礎知識填充3.紅外光譜工作原理(1)原理: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,再記錄到譜圖上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對,或通過量子化學計算,可以得知分子中含有何種
或官能團的信息。振動頻率化學鍵(2)紅外光譜儀原理示意圖微點撥:用紅外光譜儀測定化學鍵或官能團信息。用質(zhì)譜法測定分子的相對分子質(zhì)量,在質(zhì)譜圖中質(zhì)荷比最大的數(shù)據(jù)代表所測物質(zhì)的相對分子質(zhì)量。分子類型化學式空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式鍵角空間填充模型球棍模型三原子分子CO2_________________180°H2O______
105°直線形V形O=C=O二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)四原子分子CH2O______________
120°NH3________
107°五原子分子CH4________________三角錐形平面三角形四面體形109°28′思考:科學家研制出可望成為高效火箭推進劑的N(NO2)3如圖所示。已知該分子中N—N—N鍵角都是108.1°。試推測四個氮原子圍成的空間是空間正四面體嗎?[提示]
不是。由于N—N—N鍵角都是108.1°。所以四個氮原子圍成的空間不是正四面體而是三角錐形。__________________________________________三、價層電子對互斥模型1.價層電子對互斥理論分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍的“價層電子對”相互
的結(jié)果。2.中心原子上價層電子對的計算(1)價層電子對中心原子上的孤電子對排斥(2)計算①σ鍵電子對的計算由分子式確定,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
對σ鍵電子對,NH3分子中,N有
對σ鍵電子對。②中心原子上的孤電子對的計算中心原子上的孤電子對數(shù)=
(a-xb)23
a.a(chǎn)表示中心原子的
。對于主族元素:a=
。對于陽離子:a=
-
。對于陰離子:a=
+
。b.x表示
。c.b表示與中心原子結(jié)合的原子
,氫為
,其他原子=
。中心原子的價電子數(shù)價電子數(shù)8-該原子的價電子數(shù)1原子的最外層電子數(shù)最多能接受的電子數(shù)中心原子的價電子數(shù)離子的電荷數(shù)與中心原子結(jié)合的原子數(shù)離子的電荷數(shù)(絕對值)(3)VSEPR模型與分子或離子的空間結(jié)構(gòu)σ鍵電子對數(shù)+孤電子對數(shù)=價層電子對數(shù)―――――→VSEPR模型――――→分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。價層電子對互斥理論略去孤電子對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(jié)構(gòu)名稱CO202直線形直線形SO213平面三角形V形CO32-03平面三角形平面三角形H2O24四面體形V形NH314四面體形三角錐形CH404正四面體形正四面體形1.判斷正誤(對的在括號內(nèi)打“√”,錯的在括號內(nèi)打“×”。)(1)CH2Cl2分子只有一種,可說明CH4的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。
(
)(2)分子的VSEPR模型和相應分子的立體構(gòu)型是相同的。
(
)(3)根據(jù)價層電子對互斥理論,H3O+的立體構(gòu)型為平面正三角形。(
)(4)SO2分子與CO2分子的組成相似,故它們都是直線形分子。
(
)√×××預習效果驗收2.下列分子的空間結(jié)構(gòu)錯誤的是(
)A.SO2:
B.NH3:
C.CS2:
D.CH4:
【解析】
[NH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。]B3.為了解釋和預測分子的空間結(jié)構(gòu),科學家在歸納了許多已知分子空間結(jié)構(gòu)的基礎上,提出了一種十分簡單的理論模型——價層電子對互斥理論。這種模型把分子分成兩類:一類是中心原子____________(填“有孤電子對”或“無孤電子對”,下同);另一類是中心原子______________。BF3和NF3都是四個原子的分子,BF3分子的立體構(gòu)型是平面三角形,而NF3分子的立體構(gòu)型是三角錐形的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。無孤電子對有孤電子對BF3分子中B原子的3個價電子都與F原子形成共價鍵而形成平面三角形;而NF3分子中N原子的3個價電子與F原子形成共價鍵,還有1對未成鍵的孤電子對,占據(jù)了N原子周圍的空間,參與相互排斥,形成三角錐形ABm型分子的價層電子對數(shù)n=利用上式計算A原子的價層電子對數(shù)時,需注意:(1)氧族元素的原子作為中心原子A時提供6個價電子,作為配位原子B時不提供價電子。重難點利用價層電子對互斥理論判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)A原子的價電子數(shù)十B原子提供的價電子總數(shù)+電荷數(shù)[情境探究]2(2)鹵素原子作為中心原子A時提供7個價電子,作為配位原子B時提供1個價電子。(3)若為分子,電荷數(shù)為0;若為陽離子,則減去電荷數(shù),如
,
;若為陰離子,則加上電荷數(shù),如
,
。
(1)根據(jù)上面背景信息分析BCl3的價層電子對數(shù)、價層電子對空間結(jié)構(gòu)、分子空間結(jié)構(gòu)是怎樣的?提示:BCl3的價層電子對數(shù)有3對,價層電子對空間結(jié)構(gòu)為平面三角形,分子空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。(2)NF3的價層電子對、價層電子對空間結(jié)構(gòu)、分子空間結(jié)構(gòu)是怎樣的?提示:NF3的價層電子對為4對,價層電子對空間結(jié)構(gòu)為四面體形,分子空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。(3)通過(1)、(2)兩例分析價層電子對的空間結(jié)構(gòu)與分子的空間結(jié)構(gòu)一定相同嗎?二者之間有何規(guī)律存在?提示:價層電子對的空間結(jié)構(gòu)與分子的空間結(jié)構(gòu)不一定一致,分子的空間結(jié)構(gòu)指的是成鍵電子對的空間結(jié)構(gòu),不包括孤電子對(未用于形成共價鍵的電子對)。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對,當中心原子上無孤電子對時,兩者的空間結(jié)構(gòu)一致;當中心原子上有孤電子對時,兩者的空間結(jié)構(gòu)不一致。利用價層電子對互斥理論判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)解題思路
[核心突破]確定價層電子對數(shù)確定孤電子對數(shù)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)價層電子對空聞結(jié)構(gòu)變形后的空間結(jié)構(gòu)去掉孤電子對所占空間孤電子對的排斥作用較強孤電子對與成鍵電子對盡可能遠離價層電子對盡可能遠離均分空間說明:(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(jié)合而成,則價層電子對互斥理論把雙鍵或三鍵作為一對電子對看待。(2)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。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。如CH4、NH3和H2O分子中的鍵角依次減小。1.若ABn分子的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤電子對,根據(jù)價層電子對互斥理論,下列說法正確的是(
)A.若n=2,則分子的空間結(jié)構(gòu)為V形B.若n=3,則分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形C.若n=4,則分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形D.以上說法都不正確C[對點訓練][解析][若中心原子A上沒有未用于成鍵的孤電子對,則根據(jù)斥力最小的原則,當n=2時,分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形;當n=3時,分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形;當n=4時,分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。]2.用價層電子對互斥理論(VSEPR)可以預測許多分子或離子的空間結(jié)構(gòu),有時也能用來推測鍵角大小,下列判斷錯誤的是(
)A.SO2、CS2、HI都是直線形的分子B.BF3鍵角為120°C.BF3、SO3都是平面三角形的分子D.PCl3、NH3都是三角錐形的分子A[解析][A.SO2中價層電子對數(shù)=2+
×(6-2×2)=3且含有1對孤電子對,所以SO2為V形結(jié)構(gòu),CS2、HI為直線形結(jié)構(gòu),故A錯誤;B.BF3中價層電子對數(shù)=3+
×(3-3×1)=3,為平面三角形結(jié)構(gòu),所以BF3鍵角為120°,故B正確;C.BF3、SO3中中心原子價層電子對數(shù)都是3且不含孤電子對,所以這兩種分子都是平面三角形結(jié)構(gòu),故C正確;D.PCl3、NH3中價層電子對數(shù)=3+
×(5-3×1)=4,且含有1對孤電子對,所以PCl3、NH3均為三角錐形結(jié)構(gòu),故D正確。]
3.(1)計算下列分子中標“·”原子的價層電子對數(shù):①CCl4________;②BeCl2________;③BCl3________;④PCl3________。(2)計算下列分子中標“·”原子的孤電子對數(shù):①H2S
________;②PCl5________;③BF3________;④NH3________。42342001........用價層電子對互斥理論推測分子或離子的空間結(jié)構(gòu)時的常見錯誤(1)計算陰、陽離子的中心原子的價層電子對數(shù)時未考慮離子所帶電荷而計算錯誤。(2)由電子式或路易斯結(jié)構(gòu)式判斷中心原子價層電子對數(shù)時未將雙鍵或三鍵當作一對價層電子對計算。(3)不能準確區(qū)分和判斷孤電子對和成鍵電子對。判斷ABn型分子中孤電子對數(shù)的簡單方法為孤電子對數(shù)=價層電子對數(shù)-n。(4)誤將VSEPR模型當作分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。(5)錯誤地利用相似性規(guī)律判斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。1.下列敘述正確的是(
)A.NH3分子中N原子處在3個H原子所組成的三角形的中心B.CCl4分子中C原子處在4個Cl原子所組成的正方形的中心C.H2O分子中O原子處在2個H原子所組成的直線的中央D.CO2是非極性分子,分子中C原子處在2個O原子所連接的直線的中央D[解析][NH3分子為三角錐形分子,N原子位于錐頂,A錯誤;CCl4分子為正四面體形分子,B錯誤;H2O分子為V形結(jié)構(gòu),C錯誤;CO2分子為直線形,C原子位于兩個O原子連線的中央,D正確。]2.下列分子結(jié)構(gòu)與分子中共價鍵鍵角對應正確的是(
)A.直線形分子:180°
B.平
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