2.2.1分子的空間構(gòu)型高二上學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修2

第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間構(gòu)型第1課時(shí)分子的空間構(gòu)型

價(jià)電子互斥理論肉眼不能看到分子，科學(xué)家是怎樣知道分子的結(jié)構(gòu)的呢？一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定

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)律后推測(cè)分子的結(jié)構(gòu)。

如今，科學(xué)家應(yīng)用了許多測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等紅外光譜儀(1)原理：分子中的原子不是固定不動(dòng)的，而是處于不斷振著的。動(dòng)紅外線透過分子時(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，再記錄到譜圖上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對(duì)，或通過量子化學(xué)計(jì)算，可以得知分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。1．紅外光譜法例如，通過紅外光譜儀測(cè)得某未知物的紅外光譜圖如上圖所示，發(fā)現(xiàn)有O—H、C—H、和C—O的振動(dòng)吸收。因此，可以初步推測(cè)該未知物中含有羥基（—OH）。

紅外光譜幫助我們確定分子中的化學(xué)鍵和官能團(tuán)，還有什么現(xiàn)代化儀器幫我們確定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)呢？現(xiàn)代化學(xué)常利用質(zhì)譜儀（如上圖）測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量質(zhì)譜儀

質(zhì)譜儀的基本原理（如下圖所示）是在質(zhì)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(duì)質(zhì)量，它們?cè)诟邏弘妶?chǎng)加速后，通過狹縫進(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。2.質(zhì)譜儀縱坐標(biāo)表示相對(duì)豐度，橫坐標(biāo)表示粒子的相對(duì)質(zhì)量與其電荷數(shù)之比（m/z），簡(jiǎn)稱荷質(zhì)比，化學(xué)家通過分析得知，被測(cè)物的相對(duì)分子質(zhì)量是92，該物質(zhì)是甲苯。相對(duì)分子質(zhì)量＝最大質(zhì)荷比

在多原子構(gòu)成的分子中，由于原子間排列的空間順序不一樣，于是分子就有了原子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀，這就是分子的空間結(jié)構(gòu)。這就是所謂的分子的立體構(gòu)型。二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)1、雙原子分子（直線形）O2HCl直線形180°化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)空間充填模型球棍模型CO2

H2O

O:::CO:::::H:OH:::O=C=O180°直線形V形105°2、三原子分子的空間結(jié)構(gòu)—直線形和V形化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)空間充填模型球棍模型CH2O

NH3

H:CO:::::HH:NH:::H120°107°平面三角形三角錐形3、四原子分子的空間結(jié)構(gòu)—平面三角形和三角錐形

化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)模型空間結(jié)構(gòu)空間充填模型球棍模型CH4

109°28'正四面體形H:CH:::HH4、五原子分子的空間結(jié)構(gòu)——正四面體形

P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6分子空間結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性有關(guān)。例如，上圖中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。5、其他多原子分子CO2直線形180°H2O

V形105°CH2O平面三角形約120°NH3三角錐形107°三原子分子CO2和H2O、四原子分子NH3和CH2O，為什么它們的空間結(jié)構(gòu)不同？為了探其原因，發(fā)展了許多結(jié)構(gòu)理論

有一種比較簡(jiǎn)單的理論叫做價(jià)層電子對(duì)互斥(VSEPRmodels)模型，這種簡(jiǎn)單的理論可用來預(yù)測(cè)分子的空間結(jié)構(gòu)。

價(jià)層電子對(duì)互斥模型認(rèn)為,分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍的“價(jià)層電子對(duì)”相互排斥的結(jié)果。

“價(jià)層電子對(duì)”是指分子中的中心原子與結(jié)合原子間的σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)。

多重鍵只計(jì)其中的σ鍵電子對(duì),不計(jì)π鍵電子對(duì)。三、價(jià)層電子對(duì)互斥(VSEPRmodels)模型1、價(jià)層電子對(duì)互斥理論的內(nèi)容2.價(jià)層電子對(duì)數(shù)的計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝σ鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)①σ鍵電子對(duì)數(shù)可從化學(xué)式來確定。

ABn型分子，A為中心原子，B為與A用共價(jià)鍵結(jié)合的原子。n為結(jié)合的數(shù)量。中心原子與幾個(gè)原子成鍵，就有幾個(gè)σ鍵電子對(duì)。分子中心原子中心原子結(jié)合的原子數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)H2OO2NH3N3SO3S3233σ鍵電子對(duì)數(shù)=中心原子結(jié)合的原子數(shù)②中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)1°根據(jù)電子式直接確定×(4-4×1)＝0×(5-3×1)＝1×(6-2×1)＝22121212°公式計(jì)算中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝(a-xb)211、a為中心原子的價(jià)電子數(shù)（對(duì)于主族元素等于原子的最外層電子數(shù)）3、b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)（氫為1，其他原子為“8減去該原子的價(jià)電子數(shù)”2、x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)

。如：H-1;O-2;Cl-1分子或離子中心原子

a

x

b中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)SO2S6221

NH4+N5-1=4410

CO32-C4+2=6320

SO42-S6+2=84203.幾種分子或離子的中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)對(duì)于陽離子，a=價(jià)電子數(shù)-離子電荷數(shù)；對(duì)于陰離子，a=價(jià)電子數(shù)+|離子電荷數(shù)|?？偨Y(jié)：中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)=

（a-xb）—21其中：a為中心原子的價(jià)電子數(shù),對(duì)主族元素，a=最外層電子數(shù)；對(duì)于陽離子，a=價(jià)電子數(shù)-離子電荷數(shù)；對(duì)于陰離子，a=價(jià)電子數(shù)+|離子電荷數(shù)|。

x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)；

b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，H為1，其他原子＝8－該原子的價(jià)電子數(shù)。如：O為2、N為3（化合價(jià)數(shù)）

計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)=中心原子的σ鍵電子對(duì)數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)代表物電子式中心原子結(jié)合的原子數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子數(shù)價(jià)層電子對(duì)數(shù)H2ONH3CO2CH4:::HOH::::HNH:H:::HCH:HHOCO::::::::2342224314404202

（1）中心原子上的價(jià)電子都用于形成共價(jià)鍵，無孤對(duì)電子。如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它們的立體結(jié)構(gòu)可用中心原子周圍的原子數(shù)n(價(jià)層電子對(duì)數(shù))來預(yù)測(cè)，概括如下：4、確定價(jià)層電子對(duì)互斥模型價(jià)層電子對(duì)數(shù)234電子對(duì)的排列方式VSEPR模型直線形平面三角形(正)四面體（2）中心原子上有孤電子對(duì)的分子的立體構(gòu)型中心原子上的孤電子對(duì)也要占據(jù)中心原子周圍的空間，并互相排斥使分子呈現(xiàn)不同的立體構(gòu)型?；瘜W(xué)式BeCl2SO2CO32-CH4NH4+NH3H2Oσ鍵電子對(duì)孤電子對(duì)價(jià)層電子對(duì)VSEPR模型分子模型223443201000122334444直線平面三角平面三角四面體四面體四面體四面體直線V形平面三角正四面體正四面體三角錐V形略去互斥模型中心原子的孤電子對(duì)，得分子的空間結(jié)構(gòu)。價(jià)層電子對(duì)互斥構(gòu)型(VSEPR模型)是價(jià)層電子對(duì)的空間構(gòu)型，而分子的空間構(gòu)型指的是成鍵電子對(duì)的空間構(gòu)型，不包括孤電子對(duì)。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對(duì)：當(dāng)中心原子上無孤電子對(duì)時(shí)，兩者的構(gòu)型一致；當(dāng)中心原子上有孤電子對(duì)時(shí)，兩者的構(gòu)型不一致。價(jià)層電子對(duì)互斥構(gòu)型(VSEPR模型)與分子的空間構(gòu)型有什么聯(lián)系？?jī)r(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)－孤電子對(duì)＞孤電子對(duì)－成鍵電子對(duì)＞成鍵電子對(duì)－成鍵電子對(duì)。

隨著孤電子對(duì)數(shù)目的增多，孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力增大，鍵角減小。

價(jià)層電子對(duì)互斥模型不能用于預(yù)測(cè)以過渡金屬為中心原子的分子思考與討論化學(xué)式中心原子孤對(duì)電子數(shù)σ鍵電子對(duì)數(shù)VSEPR模型名稱H2SBF3NH2-