【课件】分子结构的测定++多样的分子空间结构价层电子对互斥模型++课件高二化学人教版（2019）选择性必修2.pptx

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1、第二节分子的空间结构基础课时6分子结构的测定 多样的分子空间结构价层电子对互斥模型第二章分子结构与性质学习任务学习目标 1min自学指导 6min阅读课本第41-44页，完成课堂导学案自学检测 3min 如今如今，科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和，科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如方法，如红外光谱红外光谱、质谱法、晶体、质谱法、晶体X X射线射线衍射衍射(下一章讲下一章讲)等等红外光谱仪红外光谱仪一、分一、分子结构的测定子结构的测定肉眼不能看到分子，科学家是怎样知道分子的结构的呢？早年早年的科学家主要靠对物质的的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统化学性质进行系统总结总结

2、，得出得出规律规律后推测后推测分子的结构。分子的结构。教师点拨 25min用红外光谱法测定分子结构用红外光谱法测定分子结构分子中的原子不是固定不动的，而是分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动不断地振动着的。着的。分子的空间结构分子的空间结构是分子中的是分子中的原子处于平衡原子处于平衡位置时的模型。位置时的模型。1.1.红外光谱红外光谱分子振动需要能量分子振动需要能量，所以当一束红外线透过分子，所以当一束红外线透过分子时，分子会时，分子会吸收吸收跟它的某些化学键的跟它的某些化学键的振动频率相同的振动频率相同的红外线红外线，记录到，记录到图谱上呈现吸收峰图谱上呈现吸收峰。1.1.红外光谱红外

3、光谱通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知分子中含有何种可以得知分子中含有何种化学键或化学键或官能团的信息。官能团的信息。光光源源棱镜红红外外线线样品（不断振样品（不断振动的分子吸收动的分子吸收跟它的某些化跟它的某些化学键的振动频学键的振动频率相同的红外率相同的红外线）线）红外图谱红外图谱记录红外光谱仪原理：红外光谱仪原理：分子结构的确定分子结构的确定：红外红外图图谱谱分析吸分析吸收峰收峰与谱图库与谱图库比对，比对，或或通过量子通过量子化学计算化学计算推断分子所推断分子所含的官能团含的官能团和化学键和化学键强调：推断分子所含的官能团和化学键

4、。强调：推断分子所含的官能团和化学键。当堂检测 2minA质谱仪质谱仪现代化学常利用质谱仪（如上图）测定分子的相对分子现代化学常利用质谱仪（如上图）测定分子的相对分子质量。质量。红外光谱可以分析物质的官能团或化学键的相关信息，红外光谱可以分析物质的官能团或化学键的相关信息，那如何测定分子的相对分子质量呢？那如何测定分子的相对分子质量呢？用质谱法测定分子的相对分子质量用质谱法测定分子的相对分子质量质谱仪质谱仪2、质谱质谱法法质谱仪原理：质谱仪原理：测定分子的相对分子质量测定分子的相对分子质量样样品品源源分子离子分子离子碎片离子碎片离子质质谱谱图图记录仪出现记录仪出现一系列峰一系列峰分子分子失去失

5、去电子电子电场加速电场加速磁场偏转磁场偏转根据离子根据离子相对质量相对质量不同分离不同分离相对分子质量的确定相对分子质量的确定：相对分子质量最大质荷比相对分子质量最大质荷比被测物的相对被测物的相对分子质量分子质量是是92，该物质是甲苯，该物质是甲苯（C6H5CH3)纵坐标纵坐标是相对丰度（与是相对丰度（与粒子粒子的的浓度成正比）浓度成正比）横坐标横坐标是粒子的相是粒子的相对质量对质量与与其电荷数之比其电荷数之比（)，简称，简称质质荷比荷比。分子碎片分子碎片在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺序不在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺序不在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺

6、序不在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺序不一样，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就一样，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就一样，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就一样，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。是分子的空间结构。是分子的空间结构。是分子的空间结构。这就是所谓的分子的立体构型这就是所谓的分子的立体构型。二、多样的分子空间结构二、多样的分子空间结构1、双原子分子、双原子分子双原子分子空间结构双原子分子空间结构直线形直线形 键角键角180180H2O2N2HClO=ONNH-ClH-H2、三原子分子、三原子分子化学化学式式电子式电子

7、式 结构式结构式 键角键角分子的空间结构模型分子的空间结构模型空间结构空间结构空间充填模型空间充填模型球棍模型球棍模型CO2 H2O HCNO:C O:H:O H:O=C=O180直线形直线形V形形105三原子分子空间结构三原子分子空间结构直线形和直线形和V形（又称角形）形（又称角形）直线形直线形180HCNH:C N:3、四原子分子、四原子分子四原子分子空间结构四原子分子空间结构平面三角形、平面三角形、三角锥形、直线三角锥形、直线形或四面体形形或四面体形化学化学式式电子式电子式 结构式结构式 键角键角分子的空间结构模型分子的空间结构模型空间结构空间结构空间充填模型空间充填模型 球棍模型球棍模

8、型CHCH2 2O O NHNH3 3 C C2 2H H2 2H:C O:HH:N H:HH:C C:H:120107平面平面三角三角形形三角锥三角锥形形180直线直线形形H-CC-H4、五原子分子、五原子分子化学化学式式电子式电子式结构结构式式键角键角分子的空间结构模型分子的空间结构模型空间结构空间结构空间充填模空间充填模型型球棍模球棍模型型CH4 10928正四面体正四面体形形H:C H:HH空间结构空间结构构型更多构型更多，主要是四面体形主要是四面体形问题：问题：五原子分子都是正四面体形结构吗五原子分子都是正四面体形结构吗?提示提示：不是不是。如。如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3

9、等等，虽虽为四面为四面体形体形结构结构，但但由于碳原子所连的四个原子不由于碳原子所连的四个原子不相同相同，使使四四个键的键长、键角不全个键的键长、键角不全相等相等，所以所以并不是正四面体形结并不是正四面体形结构。构。正八面体正八面体椅式椅式C6H12比船式比船式C6H12稳定稳定5、其他、其他空间结构模型空间结构模型为什么甲烷分子的空间结构是正四面体形而不是正方形？为什么甲烷分子的空间结构是正四面体形而不是正方形？【思考交流思考交流1 1】空间结构：正四面体形空间结构：正四面体形 键角键角：1092810928C HHHH 成键成键电子对之间存在相互排斥作用电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥

10、力，为减小斥力，相互之间尽可能远离，相互之间尽可能远离，因此分子的空间因此分子的空间结构结构受到影响受到影响。一般一般，分子尽可能采取，分子尽可能采取对称的空间结构对称的空间结构以减小斥力以减小斥力电子对数电子对数电子对互斥电子对互斥气球空间互斥气球空间互斥2 23 34 4直线直线形形空间构型空间构型“气球空间互斥气球空间互斥”类比类比“电子对互斥电子对互斥”正四面体形正四面体形平面三角形平面三角形COCO2 2 直线形直线形 180180H H2 2O O V V形形 105105CHCH2 2O O 平面三角形平面三角形 约约120120NHNH3 3 三角锥形三角锥形 107107三三

11、原子分子原子分子COCO2 2和和H H2 2O O、四原子分子、四原子分子NHNH3 3和和CHCH2 2O O，为什么，为什么它们的空间结构不同？它们的空间结构不同？【思考交流思考交流2 2】为了为了探其原因，发展了许多结构理论。有一种比较简单的理论叫做探其原因，发展了许多结构理论。有一种比较简单的理论叫做价层电子对互斥价层电子对互斥(VSEPRVSEPR models)models)，这种简单的理论可用来预测分，这种简单的理论可用来预测分子的空间结构子的空间结构。三、价层电子对互斥模型三、价层电子对互斥模型(VSEPR模型模型)1、内容：内容：分子的空间结构是分子的空间结构是中心原子周围

12、的中心原子周围的“价层电子对价层电子对”相相互互排斥排斥的结果。的结果。ABn型分子：型分子：价层电价层电子对子对互相互相排斥排斥尽可能尽可能远离远离能量最低能量最低最稳定最稳定注意：多重键只计其中注意：多重键只计其中键键的电子对的电子对,不计不计键键电子对。电子对。价层电子对数：价层电子对数：是指分子中的中心原子与结合原子是指分子中的中心原子与结合原子间的间的 键电子对和中心原子上的孤电子对数键电子对和中心原子上的孤电子对数2、价层电子对数的确定：价层电子对数的确定：价层电子对数价层电子对数=键电子对键电子对+中心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数 键键电子对数电子对数由化学式确定由化

13、学式确定键电子对数中心原子结合的原子数键电子对数中心原子结合的原子数分子分子中心原子中心原子共价键共价键键数键数键电子对数键电子对数H2OOOH2NH3NNH3SO3S2SO42-S42324中心原子上的孤中心原子上的孤电子对数电子对数a a：根据电子式直接确定：根据电子式直接确定120000中心原子上中心原子上孤孤电子对数电子对数 (a-xb)21中心原子价中心原子价电子数电子数与与中心原子结合的中心原子结合的原子数原子数与中心原子结合的原与中心原子结合的原子最多容纳电子数子最多容纳电子数(H为为1，其它原子为：，其它原子为：8-价电子数价电子数)b b：根据公式计算确定：根据公式计算确定对

14、主族元素对主族元素，a=最外层电子数最外层电子数；对于阳离子对于阳离子，a=价电子数价电子数-离子电荷数；离子电荷数；对于阴离子对于阴离子，a=价电子数价电子数+|离子电荷数离子电荷数|。价层电子对数价层电子对数价层电子对数价层电子对数=键电子对键电子对+中心原子上的孤电子对数中心原子上的孤电子对数化学式化学式 价层电价层电子对数子对数 结合的结合的原子数原子数孤电子孤电子对数对数H2O422SO3330NH3431CO2220SF4541SF6660PCl5550PCl3431CH4440化学式化学式 价层电价层电子对数子对数 结合的结合的原子数原子数孤电子孤电子对数对数HCN220SO23

15、21NH2422BF3330H3O+431SiCl4440CHCl3440NH4+440SO424403 3、确定、确定VSEPR 模型模型价层电价层电子对数子对数n=2n=3n=4n=5n=6VSEPR 模型模型VSEPR 模型名模型名称称直线形直线形平面平面三角形三角形四面体形四面体形三角三角双锥双锥八面体形八面体形4 4、确定、确定分子空间结构分子空间结构去掉去掉VSEPR VSEPR 模型模型中的中的孤对电子孤对电子，得到，得到分子的真实构型分子的真实构型。含孤电子对的含孤电子对的VSEPR模型模型分子空结构模型分子空结构模型H2ONH3四面体形四面体形V形形三角锥形三角锥形分子或分子

16、或离子离子孤电孤电子对子对数数价层价层电子电子对数对数VSEPR模模型型VSEPR模型模型名名称称分子或离子分子或离子的空间结构的空间结构分子或离分子或离子的空间子的空间结构名称结构名称CO2SO2CO32-CH4表表2-4 根据价层电子对互斥模型对几种分子或离子的空间结构的推测根据价层电子对互斥模型对几种分子或离子的空间结构的推测0 01 10 00 02 23 33 34 4直线形直线形平面平面三角形三角形平面平面三角形三角形正四正四面体形面体形直线形直线形V形形平面平面三角形三角形正四正四面体形面体形5、VSEPR模型应用模型应用预测分子立体构型预测分子立体构型BF3NH4+SO32-孤

17、电子对数孤电子对数 价层电子对数价层电子对数 VSEPR模型模型 VSEPR模型名称模型名称 空间结构空间结构 空间结构名称空间结构名称03平面平面三角形三角形平面平面三角形三角形04正四正四面体形面体形正四正四面体形面体形14四面四面体体形形三角锥三角锥形形课本课本P47【思考与讨论】【思考与讨论】确定确定BF3、NH4+和和SO32-的的VSEPR模型和它们的空间结构，并与同学交流。模型和它们的空间结构，并与同学交流。（1）确定）确定键电子对数键电子对数（2）确定中心原子上的孤电子对数）确定中心原子上的孤电子对数（3）得到中心原子上的价层电子对数）得到中心原子上的价层电子对数 价层电子对数

18、价层电子对数 键电子对数孤电子对数键电子对数孤电子对数（4）画出分子的）画出分子的VSEPR模型模型（5）略去孤电子对，略去孤电子对，得到分子的立体构型得到分子的立体构型小结：确定分子的空间结构的步骤：小结：确定分子的空间结构的步骤：三、等电子原理三、等电子原理分子分子N2CO结结构构原子数原子数电子数电子数价电子数价电子数立体构型立体构型性性质质沸点沸点/195.81191.49熔点熔点/210.00205.05液体液体密度密度/gcm30.7960.79321410直线形直线形21410直线形直线形三、等电子原理三、等电子原理 原子总数相同、价电子总数相同的分原子总数相同、价电子总数相同的

19、分子子(即等电子体即等电子体)具有相似的具有相似的化学键化学键特征特征2、等、等电子体的判断和应用电子体的判断和应用(1)判断方法判断方法:原子原子总数相同，总数相同，价电子价电子总数相同的分子总数相同的分子(2)应用：应用：(空间空间构型相同、性质相近构型相同、性质相近)判断一些简单分子或离子的立体构型；判断一些简单分子或离子的立体构型；利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；利用等电子原理针对某物质找等电子体。利用等电子原理针对某物质找等电子体。三、等电子原理三、等电子原理3、常见的等、常见的等电子电子体体类型类型实例实例空间构型空间构型双原子双原子

20、10e三原子三原子16e三原子三原子18e四原子四原子24e五原子五原子32eN2CO2O3(1)增减法增减法(2)替换法替换法:等电子等电子体寻找方法：体寻找方法：两两个原子分别替换原子序数增加和减少个原子分别替换原子序数增加和减少n的原子的原子一一个或几个原子替换原子序数个或几个原子替换原子序数增加增加(或减少或减少)n的的原子，同时带原子，同时带n个单位个单位正电荷正电荷(负电荷负电荷)同族同族粒子粒子互换互换(同族元素最外层电子数同族元素最外层电子数相等相等)3、常见的等、常见的等电子电子体体类型类型实例实例空间构型空间构型双原子双原子10e三原子三原子16e三原子三原子18e四原子四原子24e五原子五原子32eCS2、N2O、NO2、N3+CO、NO、C2 、CN2SO2、NO2N2CO2O3CO3 、NO3、SO3、CS322SO4 、PO4 、BF4、CCl4、SiF423直线直线型型直线直线型型V型型平面三角平面三角型型正四面体正四面体型型利用价层电子对互斥模型判断分子利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构或离子的空间结构 CD24342100随堂自测DDDCV形形平面三角形平面三角形正四面体正四面体平面三角形平面三角形