人教版(2019)选修性必修2导学案第2章　第2节　第1课时　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

第二节 分子的空间结构 第 1 课时 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 发 展 目 标 体 系 构 建 1.了解分子结构的测定方法。 2.认识共价分子结构的多样性和复杂性。 3.理解价层电子对互斥理论的含义。 4.能根据有关理论判断简单分子或离子的空间结 构。 一、分子结构的测定 1．早年的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后推测分子的结构。 2．如今，科学家应用红外光谱、晶体 X 射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。 3．红外光谱工作原理 (1)原理：红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录 到谱图上呈现吸收峰。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化 学键或官能团的信息。 (2)红外光谱仪原理示意图 微点拨：用红外光谱仪测定化学键或官能团信息。用质谱法测定分子的相对分子质量，在质谱 图中质荷比最大的数据代表所测物质的相对分子质量。 二、多样的分子空间结构 分子类型 化学式 空间结构 结构式 键角 空间填充 模型 球棍模型 三原子 分子 CO2 直线形 O===C===O 180° H2O V 形 105° 四原子 分子 CH2O 平面 三角形 120° NH3 三角锥形 107° 五原子 分子 CH4 四面体形 109°28′ 科学家研制出可望成为高效火箭推进剂的 N(NO2)3 如图所示。已知 该分子中 N—N—N 键角都是 108.1°。试推测四个氮原子围成的空间是空间正四面体吗？ [提示] 不是。由于 N—N—N 键角都是 108.1°。所以四个氮原子围成的空间不是正四面体而是 三角锥形。 三、价层电子对互斥模型 1．价层电子对互斥理论 分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。 2．中心原子上价层电子对的计算 (1)价层电子对 σ键电子对 中心原子上的孤电子对 (2)计算 ①σ键电子对的计算 由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。如 H2O 分子中，O 有 2 对σ键 电子对，NH3 分子中，N 有 3 对σ键电子对。 ②中心原子上的孤电子对的计算 中心原子上的孤电子对数＝1 2(a－xb) a．a 表示中心原子的价电子数。 对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。 对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。 对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)。 b．x 表示与中心原子结合的原子数。 c．b 表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为 1，其他原子＝8－该原子的价电子 数。 (3)VSEPR 模型与分子或离子的空间结构 σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数 ―――――→ 价层电子对 互斥理论 VSEPR 模型――――――→ 略去孤电子对 分子或离子 的空间结构。 分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR 模型名称 分子或离子 的空间结构名称 CO2 0 2 直线形 直线形 SO2 1 3 平面三角形 V 形 CO2－ 3 0 3 平面三角形 平面三角形 H2O 2 4 四面体形 V 形 NH3 1 4 四面体形 三角锥形 CH4 0 4 正四面体形 正四面体形 1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。) (1)CH2Cl2 分子只有一种，可说明 CH4 的空间结构为正四面体形。 (√) (2)分子的 VSEPR 模型和相应分子的立体构型是相同的。 (×) (3)根据价层电子对互斥理论，H3O＋的立体构型为平面正三角形。 (×) (4)SO2 分子与 CO2 分子的组成相似，故它们都是直线形分子。 (×) 2．下列分子的空间结构错误的是( ) A．SO2： B．NH3： C．CS2： D．CH4： B [NH3 的空间结构为三角锥形。] 3．为了解释和预测分子的空间结构，科学家在归纳了许多已知分子空间结构的基础上，提出 了一种十分简单的理论模型——价层电子对互斥理论。这种模型把分子分成两类：一类是中心原子 ________(填“有孤电子对”或“无孤电子对”，下同)；另一类是中心原子______________。BF3 和 NF3 都是四个原子的分子，BF3 分子的立体构型是平面三角形，而 NF3 分子的立体构型是三角锥 形的原因是___________________________________________________________ ________________________________________________________________。 ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 [答案] 无孤电子对 有孤电子对 BF3 分子中 B 原子的 3 个价电子都与 F 原子形成共价键而 形成平面三角形；而 NF3 分子中 N 原子的 3 个价电子与 F 原子形成共价键，还有 1 对未成键的孤电 子对，占据了 N 原子周围的空间，参与相互排斥，形成三角锥形 利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结 构 ABm 型分子的价层电子对数 n＝ A 原子的价电子数＋B 原子提供的价电子总数±电荷数 2 利用上式计算 A 原子的价层电子对数时， 需注意： (1)氧族元素的原子作为中心原子 A 时提供 6 个价电子，作为配位原子 B 时不提供价电子。 (2)卤素原子作为中心原子 A 时提供 7 个价电子，作为配位原子 B 时提供 1 个价电子。 (3)若为分子，电荷数为 0；若为阳离子，则减去电荷数，如 NH＋ 4 ，n＝5＋1×4－1 2 ＝4；若为阴 离子，则加上电荷数，如 SO2－ 4 ，n＝6＋2 2 ＝4。 (1)根据上面背景信息分析 BCl3 的价层电子对数、价层电子对空间结构、分子空间结构是怎 样的？ 提示：BCl3 的价层电子对数有 3 对，价层电子对空间结构为平面三角形，分子空间结构为平面 三角形。 (2)NF3 的价层电子对、价层电子对空间结构、分子空间结构是怎样的？ 提示：NF3 的价层电子对为 4 对，价层电子对空间结构为四面体形，分子空间结构为三角锥形。 (3)通过(1)、(2)两例分析价层电子对的空间结构与分子的空间结构一定相同吗？二者之间有何 规律存在？ 提示：价层电子对的空间结构与分子的空间结构不一定一致，分子的空间结构指的是成键电子 对的空间结构，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有 无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的空间结构一致；当中心原子上有孤电子对时，两 者的空间结构不一致。 利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构解题思路 说明：(1)若 ABn 型分子中，A 与 B 之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，则 价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待。 (2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子 对＞成键电子对－成键电子对。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减 小，键角也减小。如 CH4、NH3 和 H2O 分子中的键角依次减小。 1．若 ABn 分子的中心原子 A 上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论， 下列说法正确的是( ) A．若 n＝2，则分子的空间结构为 V 形 B．若 n＝3，则分子的空间结构为三角锥形 C．若 n＝4，则分子的空间结构为正四面体形 D．以上说法都不正确 C [若中心原子 A 上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当 n＝2 时，分子 的空间结构为直线形；当 n＝3 时，分子的空间结构为平面三角形；当 n＝4 时，分子的空间结构为 正四面体形。] 2．用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键 角大小，下列判断错误的是( ) A．SO2、CS2、HI 都是直线形的分子 B．BF3 键角为 120° C．BF3、SO3 都是平面三角形的分子 D．PCl3、NH3 都是三角锥形的分子 A [A.SO2 中价层电子对数＝2＋1 2 ×(6－2×2)＝3 且含有 1 对孤电子对，所以 SO2 为 V 形结构， CS2、HI 为直线形结构，故 A 错误；B.BF3 中价层电子对数＝3＋1 2 ×(3－3×1)＝3，为平面三角形结 构，所以 BF3 键角为 120°，故 B 正确；C.BF3、SO3 中中心原子价层电子对数都是 3 且不含孤电子 对，所以这两种分子都是平面三角形结构，故 C 正确；D.PCl3、NH3 中价层电子对数＝3＋1 2 ×(5－ 3×1)＝4，且含有 1 对孤电子对，所以 PCl3、NH3 均为三角锥形结构，故 D 正确。] 3．(1)计算下列分子中标“·”原子的价层电子对数： ①C· Cl4________；②B· eCl2________；③B· Cl3________； ④P· Cl3________。 (2)计算下列分子中标“·”原子的孤电子对数： ①H2S· ________；②P· Cl5________；③B· F3________； ④N· H3________。 [答案] (1)①4 ②2 ③3 ④4 (2)①2 ②0 ③0 ④1 用价层电子对互斥理论推测分子或离子的空间结构时的常见错误 1计算阴、阳离子的中心原子的价层电子对数时未考虑离子所带电荷而计算错误。 2由电子式或路易斯结构式判断中心原子价层电子对数时未将双键或三键当作一对价层电子 对计算。 3不能准确区分和判断孤电子对和成键电子对。判断 ABn 型分子中孤电子对数的简单方法为孤 电子对数＝价层电子对数－n。 4误将 VSEPR 模型当作分子或离子的空间结构。 5错误地利用相似性规律判断分子或离子的空间结构。 1．下列叙述正确的是( ) A．NH3 分子中 N 原子处在 3 个 H 原子所组成的三角形的中心 B．CCl4 分子中 C 原子处在 4 个 Cl 原子所组成的正方形的中心 C．H2O 分子中 O 原子处在 2 个 H 原子所组成的直线的中央 D．CO2 是非极性分子，分子中 C 原子处在 2 个 O 原子所连接的直线的中央 D [NH3 分子为三角锥形分子，N 原子位于锥顶，A 错误；CCl4 分子为正四面体形分子，B 错 误；H2O 分子为 V 形结构，C 错误；CO2 分子为直线形，C 原子位于两个 O 原子连线的中央，D 正 确。] 2．下列分子结构与分子中共价键键角对应正确的是( ) A．直线形分子：180° B．平面正三角形：120° C．三角锥形：109°28′ D．正四面体形：109°28′ B [A 项，HCl 也是直线形分子，因只有一个共价键，故不存在键角，A 项错误；氨分子呈三 角锥形，键角为 107°，C 项错误；甲烷、白磷分子均是正四面体形分子，但键角分别为 109°28′、 60°，D 项错误，故选 B 项。] 3．下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是( ) A．价层电子对就是σ键电子对 B．孤电子对数由分子式来确定 C．分子的空间结构是价层电子对互斥的结果 D．孤电子对数等于π键数 C [价层电子对数是σ键电子对数与中心原子上的孤电子对数之和，中心原子上的孤电子对数 是指没有成键的价电子对数，其与中心原子价层电子总数、与中心原子结合的原子最多能接受的电 子数及与中心原子结合的原子数有关，A、B、D 项错误。] 4．下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是( ) A．H2O B．HCl C．NH＋ 4 D．PCl3 A [A 项，氧原子有两对未成键的价电子对；B 项，HCl 分子属于 AB 型分子，没有中心原子； C 项，NH ＋ 4 的中心原子的价电子全部参与成键；D 项，磷原子有一对未成键的价电子对。] 5．用价层电子对互斥理论完成下列问题(点“·”的原子为中心原子)。 分子或离子 σ键电子对数 中心原子上的孤电子对数 分子或离子的空间结构名称 H2Se· B· Cl3 P· Cl3 S· O2 S· O2－ 4 [答案] 分子或离子 σ键电子对数 中心原子上的孤电子对数 分子或离子的空间结构名称 H2Se· 2 2 V 形 B· Cl3 3 0 平面三角形 P· Cl3 3 1 三角锥形 S· O2 2 1 V 形 S· O2－ 4 4 0 正四面体形