2.2.1 分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣性 價(jià)層電子對(duì)互斥模型 課件-高中化學(xué)人教版（2019）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)分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣性價(jià)層電子對(duì)互斥模型第1課時(shí)

2015年，中國(guó)科學(xué)家屠呦呦獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。青蒿素是中國(guó)傳統(tǒng)藥物青蒿中提取的抗瘧藥物。如何測(cè)定青蒿素的分子結(jié)構(gòu)呢？一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定青蒿素早年的科學(xué)家主要靠對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測(cè)元素定量分析確定實(shí)驗(yàn)式一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定分離提純測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量確定分子式（質(zhì)譜儀）現(xiàn)代儀器分析確定結(jié)構(gòu)式（紅外光譜、晶體X射線衍射等）工作原理：在質(zhì)譜儀中用高能電子流轟擊樣品分子，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(guò)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，或通過(guò)碎片離子分析推斷分子結(jié)構(gòu)。1.質(zhì)譜法測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量或分子結(jié)構(gòu)質(zhì)譜圖讀譜：相對(duì)分子質(zhì)量＝“最大”質(zhì)荷比1.質(zhì)譜法圖2-9甲苯分子的質(zhì)譜圖縱坐標(biāo)：相對(duì)豐度（與粒子的濃度成正比）橫坐標(biāo)：粒子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷數(shù)之比（），簡(jiǎn)稱質(zhì)荷比mzmz=92的峰是甲苯分子的正離子（C6H5CH3)，+mz=91的峰是丟失一個(gè)氫原子的甲苯正離子（C6H5CH2)，+mz=65的峰是分子碎片……因此，便可推測(cè)被測(cè)物的相對(duì)分子質(zhì)量是92測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量或分子結(jié)構(gòu)

工作原理：當(dāng)一束紅外線透過(guò)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，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過(guò)和已有譜圖庫(kù)比對(duì)，或通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算，可分析出分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。2.紅外光譜法測(cè)定分子結(jié)構(gòu)1.某有機(jī)化合物由碳、氫、氧三種元素組成，其紅外光譜圖有C—H、O—H、C—O、C—C的振動(dòng)吸收，該有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量是60，則該有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH(OH)CH3C.CH3CH2OH D.CH3COOH應(yīng)用體驗(yàn)√解析

A中不存在O—H；C中有機(jī)物相對(duì)分子質(zhì)量不是60；D中還存在CO。觀察下列幾種簡(jiǎn)單的分子的空間結(jié)構(gòu)模型CO2H2OHCHONH3CH4CH3Cl

化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)三原子分子CO2

H2OO==C==O180°直線形105°V形(角形)

單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結(jié)構(gòu)，多原子分子中存在原

子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀，即所謂“分子的空間結(jié)構(gòu)”。

共價(jià)鍵的飽和性和方向性二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)CO2H2O化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角四原子分子NH3

CH2O分子的空間結(jié)構(gòu)CH2ONH3107°三角錐形約120°平面三角形化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角五原子分子CH4

CH3Cl分子的空間結(jié)構(gòu)109°28′正四面體形四面體形約109°28′CH4CH3Cl一些分子的空間結(jié)構(gòu)模型P4P4O10P4O6C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6PCl5正八面體形三角雙錐形分子世界是如此異彩紛呈，美不勝收，常使人流連忘返。分子空間結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性有關(guān)。例如，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。具有相同原子數(shù)的分子，空間構(gòu)型為什么會(huì)不同？三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型對(duì)ABn型的分子或離子，中心原子A的價(jià)層電子對(duì)之間由于存在排斥力，將使分子的空間結(jié)構(gòu)總是采取電子對(duì)相互排斥最弱的那種結(jié)構(gòu)，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。1.價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPRmodel)(2)σ鍵電子對(duì)數(shù)的計(jì)算

由化學(xué)式確定，即中心原子形成幾個(gè)σ鍵（中心原子結(jié)合幾個(gè)原子），

就有幾對(duì)σ鍵電子對(duì)。

如H2O分子中，O有

對(duì)σ鍵電子對(duì)；NH3分子中，N有

對(duì)σ鍵

電子對(duì)；CO2分子中，C有

對(duì)σ鍵電子對(duì)。232.價(jià)層電子對(duì)的計(jì)算多重鍵只計(jì)其中σ鍵的電子對(duì)，不計(jì)π鍵電子對(duì)。2(1)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)

中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)(3)中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)的計(jì)算

中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝

(a－xb)①a表示中心原子的價(jià)電子數(shù)；

對(duì)于主族元素：a＝

；

對(duì)于陽(yáng)離子：a＝

；

對(duì)于陰離子：a＝

。②x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。③b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，氫為1，其他原

子為

。最外層電子數(shù)價(jià)電子數(shù)－離子電荷數(shù)價(jià)電子數(shù)＋離子電荷數(shù)(絕對(duì)值)8－該原子的價(jià)電子數(shù)2.價(jià)層電子對(duì)的計(jì)算①a表示中心原子的價(jià)電子數(shù)；③b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。②x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)；分子或離子中心原子axb中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)SO2SNH4NCO3CSO4SPO4PNO2N+2-2-3--621

中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝1/2(a－xb)25-1=44104+2=63206+2=84205+3=84225+1=62013.價(jià)層電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)價(jià)層電子對(duì)數(shù)目：2

3

4VSEPR理想模型：

_直線形平面三角形正四面體形分子的空間結(jié)構(gòu)總是采取電子對(duì)相互排斥最弱的那種結(jié)構(gòu)，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。中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)

＝σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)4.VSEPR模型的應(yīng)用——預(yù)測(cè)分子空間結(jié)構(gòu)化學(xué)式σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)結(jié)構(gòu)式含孤電子對(duì)的VSEPR模型分子的空間結(jié)構(gòu)模型H2ONH3預(yù)測(cè)分子空間結(jié)構(gòu)的思維方法1.求出中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)和價(jià)層電子對(duì)數(shù)（σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)）。2.根據(jù)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)確定含有孤電子對(duì)的VSEPR模型。3.略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對(duì)，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)。224314根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型對(duì)幾種分子或離子的空間結(jié)構(gòu)的推測(cè)分子或離子中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型VSEPR模型名稱分子或離子的空間結(jié)構(gòu)分子或離子的空間結(jié)構(gòu)名稱CO2SO2CO3CH42-02310304直線形直線形平面三角形平面三角形平面三角形V形正四面體形正四面體形思考與討論教材P47確定BF3、NH4和SO3的VSEPR模型和它們的空間結(jié)構(gòu)，并與同學(xué)討論。+2-分子或離子中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)VSEPR模型名稱空間結(jié)構(gòu)名稱BF3NH4SO303平面三角形平面三角形+2-04正四面體形正四面體形14四面體形三角錐形

若ABn型分子中，A與B之間通過(guò)兩對(duì)或三對(duì)電子(即通過(guò)雙鍵或三鍵)

結(jié)合而成，則價(jià)層電子對(duì)互斥模型把雙鍵或三鍵作為一對(duì)電子對(duì)看

待。

由于孤電子對(duì)有較大斥力，含孤電子對(duì)的分子的實(shí)測(cè)鍵角幾乎都小

于VSEPR模型的預(yù)測(cè)值。

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)與孤電子

對(duì)＞孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)＞成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)。隨著孤電

子對(duì)數(shù)目的增多，成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力減小，鍵角

也減小。

價(jià)層電子對(duì)互斥模型不能用于預(yù)測(cè)以過(guò)渡金屬為中心原子的分子。特別提醒1.價(jià)層電子對(duì)的VSEPR模型與分子的空間結(jié)構(gòu)一定一致嗎？什么時(shí)候一致？提示

不一定一致，中心原子有孤電子對(duì)時(shí)，二者結(jié)構(gòu)不一致；當(dāng)中心原子無(wú)孤電子對(duì)時(shí)，二者結(jié)構(gòu)一致。2.試解釋CH4鍵角(109°28′)、NH3鍵角(107°)、H2O鍵角(105°)依次減小的原因。提示

CH4分子中的C原子沒(méi)有孤電子對(duì)，NH3分子中N原子上有1個(gè)孤電子對(duì)，H2O分子中O原子上有2個(gè)孤電子對(duì)，對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用增大，故鍵角減小。深度思考鍵角的判斷與比較鍵角：NH3

PH3>

中心原子雜化方式相同且孤電子對(duì)數(shù)目也相同，利用中心原子的電負(fù)性大小比

較鍵角大小。

電負(fù)性N大于P，NH3中成鍵電子對(duì)更靠近中心