人教版 (2019)第二节 分子的空间结构第1课时学案

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

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，可以分析出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。

　如图所示是某分子式为C4H8O2的有机物的红外光谱图，则该有机物可能为(　　)

A．CH3COOCH2CH3

B．CH3CH2CH2COOH

C．HCOOCH2CH2CH3

D．(CH3)2CHCH2COOH

A　[CH3COOCH2CH3分子中存在不对称—CH3、C—O—C和C===O，且分子式为C4H8O2，A项符合题意；CH3CH2CH2COOH分子中含有1个—CH3，且不存在C—O—C，B项不符合题意；HCOOCH2CH2CH3分子中只含有1个—CH3，C项不符合题意；(CH3)2CHCH2COOH分子中存在对称—CH3，不存在C—O—C，且含碳原子数为5，D项不符合题意。]

二、多样的分子空间结构

　NO2NNO2NO2科学家研制出有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．价层电子对互斥模型认为，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

(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个σ键电子对，NH3分子中，N有3个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＝(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VSEPR模型分子或离子的空间结构。

　(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)分子的VSEPR模型和相应分子的立体构型是相同的。 (×)

(2)根据价层电子对互斥模型，H3O＋的立体构型为平面正三角形。 (×)

(3)SO2分子与CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子。 (×)

ABm型分子的价层电子对数n＝

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，n＝＝4；若为阴离子，则加上电荷数，如SO，n＝＝4。

[问题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。

[问题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。

[问题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模型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，则价层电子对互斥模型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模型，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．下列用价层电子对互斥模型分别预测H2S和BF3的空间结构的结论，正确的是(　　)

A．直线形　三角锥形

B．V形　三角锥形

C．直线形　平面三角形

D．V形　平面三角形

D　[根据价层电子对互斥模型，H2S的中心原子上的价层电子对数为4，孤电子对数为2，孤电子对和σ键电子对相互排斥而形成V形；BF3的中心原子上的价层电子对数为3，孤电子对数为0，故其空间结构为平面三角形。]

3．(1)计算下列分子中标“____”原子的价层电子对数：

①CCl4________；②BeCl2________；③BCl3________；

④PCl3________。

(2)计算下列分子中标“·”原子的孤电子对数：

①H2S________；②PCl5________；③BF3________；

④NH3________。

[答案]　(1)①4　②2　③3　④4　 (2)①2　②0　③0　④1

用价层电子对互斥模型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．用价层电子对互斥模型判断SO3的空间结构为(　　)

A．正四面体形 B．V形

C．三角锥形 D．平面三角形

D　[SO3的中心原子的价层电子数为6，与中心原子结合的原子数为3，氧原子最多能接受的电子数为2，则硫原子上的孤电子对数＝×(6－3×2)＝0，故价层电子对数＝σ键电子对数＝3，SO3的空间结构与其VSEPR模型一致，为平面三角形，故选D。]

3．下列分子或离子中含有孤电子对的是(　　)

A．NH　　B．CH4　　C．SiH4　　D．PH3

D　[NH的中心原子上的孤电子对数＝×(5－1－4×1)＝0，A项不符合题意；CH4的中心原子上的孤电子对数＝×(4－4×1)＝0，B项不符合题意；SiH4的中心原子上的孤电子对数＝×(4－4×1)＝0，C项不符合题意；PH3的中心原子上的孤电子对数＝×(5－3×1)＝1，D项符合题意。]

4．下列有关价层电子对互斥模型的描述正确的是(　　)

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。]

5．利用价层电子对互斥模型判断下列分子或离子的空间结构：

(1)H2O__________。(2)CO__________。

(3)SO__________。(4)CH__________。

[解析]　(1)H2O分子中氧原子的价层电子对数为2＋×(6－2×1)＝4，因价层电子对中有2对孤电子对，所以H2O分子的空间结构为V形。(2)CO中碳原子的价层电子对数为3＋×(4＋2－3×2)＝3，因价层电子对中无孤电子对，所以CO的空间结构为平面三角形。(3)SO的中心原子S的价层电子对数为4＋×(6＋2－4×2)＝4，中心原子上无孤电子对，SO的空间结构为正四面体形。(4)CH的中心原子C的价层电子对数为3＋×(4－1－3×1)＝3，中心原子上无孤电子对，所以CH的空间结构为平面三角形。

[答案]　(1)V形　(2)平面三角形　(3)正四面体形　(4)平面三角形