價層電子對互斥模型 高二下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第二章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡第二節(jié)分子的空間結(jié)構(gòu)2.1.1分子結(jié)構(gòu)的測定與多樣性價層電子對互斥模型1.了解分子結(jié)構(gòu)的測定方法。2.認(rèn)識共價分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。3.理解價層電子對互斥理論的含義。4.能根據(jù)有關(guān)理論判斷簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)目標(biāo)思考1、同為三原子分子，CO2和H2O分子的空間構(gòu)型卻不同,同為四原子分子，CH2O與NH3分子的的空間結(jié)構(gòu)也不同為什么？一、分子結(jié)構(gòu)的測定早年科學(xué)家主要靠對物質(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，現(xiàn)代科學(xué)家應(yīng)用了許多測定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射以及質(zhì)譜儀等紅外光譜儀晶體X射線衍射儀1、紅外光譜在測定分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用(1)紅外光譜工作原理分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當(dāng)一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學(xué)計算，可以得知各吸收峰是由哪種化學(xué)鍵、哪種振動方式引起的，綜合這些信息，可分析分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息(2)紅外光譜儀原理示意圖(3)作用可以初步判斷有機(jī)物中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)測分子體結(jié)構(gòu)：紅外光譜儀→吸收峰→分析官能團(tuán)、化學(xué)鍵。2、質(zhì)譜法在測定分子相對分子質(zhì)量中的應(yīng)用(1)質(zhì)譜儀的工作原理用高能電子流等轟擊樣品分子，使該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。分子離子、碎片離子各自具有不同的相對質(zhì)量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進(jìn)入磁場得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)家對這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對分子質(zhì)量質(zhì)譜儀(2)質(zhì)荷比分子離子、碎片離子的相對質(zhì)量與其電荷的比值。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。如：由圖可知，樣品分子的相對分子質(zhì)量為46紅外光譜儀質(zhì)譜儀晶體X射線衍射儀測定化學(xué)鍵或官能團(tuán)測定相對分子質(zhì)量測定鍵長，鍵角等1、可以準(zhǔn)確判斷有機(jī)物分子中含有哪些官能團(tuán)的分析方法是()A．核磁共振氫譜B．質(zhì)譜C．紅外光譜D．紫外光譜2、某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖(假設(shè)離子均帶一個單位正電荷，信號強(qiáng)度與該離子多少有關(guān))，則該有機(jī)物可能()A．CH3OHB．C3H8C．C2H4 D．CH4C

練一練D

2、為什么分子會呈現(xiàn)不同的空間結(jié)構(gòu)？如何預(yù)測分子的空間結(jié)構(gòu)呢？思考二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)單原子分子(稀有氣體分子)不存在空間結(jié)構(gòu)、雙原子分子直線形，多原子(至少三個原子構(gòu)成)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)”1、雙原子分子(直線形)O2HCl直線形鍵角：180°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2、三原子分子化學(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°3、四原子分子化學(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四原子分子其他立體構(gòu)型（直線形、正四面體形）C2H2

直線形180°P4正四面體形60°BF3平面正三角形

120°4、五原子分子化學(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

CCl4109°28'正四面體形H:CH:::HHCl:CCl:::ClCl109°28'正四面體形5、其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)【幾點強(qiáng)調(diào)】①分子的立體構(gòu)型與鍵角的關(guān)系分子類型鍵角立體構(gòu)型實例(常見)AB2180°直線形CO2、BeCl2、HCN、C2H2、CS2<180°V形H2O、H2S、SO2AB3120°平面三角形BF3、BCl3、SO3、HCHO<120°三角錐形NH3、NX3、H3O＋、PH3、PX3AB4109°28′正四面體形CH4、NH4+、CCl4、SiH4、SiX4其他角度四面體形CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3記住常見分子的空間結(jié)構(gòu)，可類推出同類別物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。②分子空間結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性【幾點強(qiáng)調(diào)】a.S8像頂皇冠，如果把其中一個向上的硫原子倒轉(zhuǎn)向下，盡管也可以存在，卻不如皇冠式穩(wěn)定。S—S鍵的鍵角為108°，8個S原子形成兩層，每層4個S原子。1個S8分子中有S—S鍵8根b.C6H12椅式比船式穩(wěn)定。1.下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型正確的是(

)A．CO2的空間結(jié)構(gòu)模型：

B．H2O的空間結(jié)構(gòu)模型：

C．NH3的空間結(jié)構(gòu)模型：

D．CH4的空間結(jié)構(gòu)模型：

D練一練2.(1)硫化氫(H2S)分子中，兩個H—S的夾角接近90°，說明H2S分子的空間結(jié)構(gòu)為________。(2)二硫化碳(CS2)分子中，兩個C==S的夾角是180°，說明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為________。(3)能說明CH4分子不是平面四邊形，而是正四面體結(jié)構(gòu)的是__________(填字母)。a．兩個鍵之間的夾角為109°28′b．C—H為極性共價鍵c．4個C—H的鍵能、鍵長都相等d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一種(不存在同分異構(gòu)體)

V形

直線形

ad

練一練三、價層電子對互斥模型分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周圍的“價層電子對”相互排斥的結(jié)果1、價層電子對互斥理論的基本內(nèi)容(1)對ABn型的分子或離子，中心原子A的價層電子對(包括成鍵的σ鍵電子對和未成鍵的孤電子對)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(平衡之道)(2)分子中的價層電子對由于斥力作用，而趨向盡可能彼此遠(yuǎn)離以減小排斥力，分子盡可能采取對稱的空間構(gòu)型(3)電子對之間的夾角越大，相互之間的斥力越小【幾點強(qiáng)調(diào)】①中心原子：分子或離子中原子數(shù)目最少的原子(或與之成鍵的原子)②中心原子價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)③價層電子對在球面上彼此相距最遠(yuǎn)時，排斥力最小，體系的能量最低④成鍵電子對：價電子中參與成鍵的電子對(即：σ鍵電子對)

未成鍵電子對：價電子中未參與成鍵的電子對(即：孤電子對)2、中心原子上價層電子對的計算中心原子價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)(1)方法1

①σ鍵電子對數(shù)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(多重鍵只計其中的σ鍵電子對，不計π電子對。)如：H2O分子中，O有2對σ鍵電子對，NH3分子中，N有3對σ鍵電子對，即：ABn型的分子或離子就有n個σ鍵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)＝1/2(a－xb)a．a(chǎn)表示中心原子的價電子數(shù)對于主族元素：a＝原子的最外層電子數(shù)對于陽離子：a＝中心原子的價電子數(shù)－離子的電荷數(shù)對于陰離子：a＝中心原子的價電子數(shù)＋離子的電荷數(shù)(絕對值)b．x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)c．b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＝8－該原子的價電子數(shù)價層電子對數(shù)σ鍵電子對數(shù)=中心原子結(jié)合的原子數(shù)中心原子上的孤電子對數(shù)=（a-xb）化學(xué)式中心原子axb

價層電子對數(shù)中心原子

孤電子對數(shù)H2OSO3NH3CO2SF4SF6PCl5PCl3CH4一些分子或離子的中心原子上的孤電子對數(shù)OSNCSSPPC233246534665466554121211111434256544201010010化學(xué)式中心原子axb

價層電子對數(shù)中心原子

孤電子對數(shù)HCNSO2NH2－BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+SO42－CO32－CSNBOSiCNS2223344444653644561、3211111、1122343444

44012010000C34230(2)方法2①配位原子是指中心原子以外的其它原子，即：與中心原子結(jié)合的原子②若是離子，則應(yīng)加上或減去與離子所帶的電荷數(shù)，即：陰加陽減③氧、硫原子若為配位原子，則其化合價規(guī)定為"零”，若為中心原子，則價電子數(shù)為6分子或離子中心原子價層電子對數(shù)σ鍵電子對中心原子上的孤電子對數(shù)SO2S21NH4+N40CO32－C303、以S和P為例，說明如何根據(jù)主族元素在周期表中的位置確定它的價電子數(shù)4、以N和Cl為例，說明如何根據(jù)主族元素在周期表中的位置確定它最多能接受的電子數(shù)。S的價電子數(shù)是6，P的價電子數(shù)是5N最多能接受的電子數(shù)是3，Cl最多能接受的電子數(shù)1思考3、價層電子對互斥理論判斷分子或離子的空間構(gòu)型的具體方法價層電子對數(shù)目23456價層電子對互斥模型直線平面三角形正四面體三角雙錐正八面體注意：孤對電子的存在會改變鍵合電子對的分布方向，從而改變化合物的鍵角(1)價層電子對互斥理論判斷分子或離子的空間構(gòu)型的具體步驟①計算中心原子價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)【注意】有幾對孤對電子，在VSEPR模型的基礎(chǔ)上就要減去幾根鍵，才能得到真實的空間結(jié)構(gòu)實例σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)價層電子對數(shù)電子對的排列方式VSEPR模型分子的立體構(gòu)型BeCl2、CO2BF3、BCl3

SO2、SnBr2

、PbCl2NH4＋、SO42-、CH4、CCl4

NH3、PCl3SO32-H3O+H2O232432001012234直線形平面三角形四面體形直線形平面三角形V形正四面體形三角錐形V形常見分子或離子的空間構(gòu)型【幾點強(qiáng)調(diào)】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價層電子對互斥構(gòu)型是價層電子對的立體構(gòu)型，而分子的立體構(gòu)型指的是成鍵電子對的立體構(gòu)型，不包括孤電子對。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對(未用于形成共價鍵的電子對)，當(dāng)中心原子上無孤電子對時，兩者的構(gòu)型一致；當(dāng)中心原子上有孤電子對時，兩者的構(gòu)型不一致③價層電子對互斥模型不能用于預(yù)測以過渡金屬為中心原子的分子④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(夾角越小，斥力越大)，如：CH4、NH3和H2O分子中的鍵角依次減小。⑤由于三鍵、雙鍵比單鍵包含的電子多，所以斥力大小順序：三鍵＞雙鍵＞單鍵。⑥由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預(yù)測值⑦常見的分子立體構(gòu)型：直線形、V形、平面三角形、三角錐形、四面體形等【幾點強(qiáng)調(diào)】5、H2O、NH3的鍵角分別是105°、107°，請解釋原因。思考H2O、NH3的價層電子對均為4，H2O、NH3的的孤電子對分別為2、1，分子中電子對之間的斥力大小順序