2022届高中化学新教材同步选择性必修第二册 第2章 第二节 第1课时 分子结构的测定和多样性 价层电子对互斥模型.docx
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1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第二节第二节分子的空间结构分子的空间结构 第第 1 课时课时分子结构的测定和多样性分子结构的测定和多样性价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型 核心素养发展目标1.了解分子结构的测定方法。2.通过对典型分子空间结构的学习,认识微观结构 对分子空间结构的影响,了解共价分子结构的多样性和复杂性。3.通过对价层电子对互斥模型的探究,建 立解决复杂分子结构判断的思维模型。 一、分子结构的测定一、分子结构的测定 早年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进行推测,现代科学家应用了许多测定 分子结构的现代仪器和方法,如红外光谱、晶体 X 射线衍射等。 1红外
2、光谱在测定分子结构中的应用 分子中的原子不是固定不动的,而是不断地振动着的。当一束红外线透过分子时,分子会吸收跟它的 某些化学键的振动频率相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对,或通过量子 化学计算,可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的,综合这些信息,可分析分子中含有 何种化学键或官能团的信息。 2质谱法在测定分子相对分子质量中的应用 现代化学常利用质谱仪测定分子的相对分子质量。它的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带 正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量,它们在高压电场加速后,通 过狭缝进入磁场得以分离,在记录仪上呈现一系
3、列峰,化学家对这些峰进行系统分析,便可得知样品分子 的相对分子质量。 1可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是() A核磁共振氢谱B质谱 C红外光谱D紫外光谱 答案C 解析核磁共振氢谱能分析等效氢的种类 ,故 A 错误;质谱分析相对分子质量,故 B 错误;红外光 谱判断有机物分子中官能团的种类,故 C 正确;只根据紫外光谱是不能完全确定物质的分子结构,故 D 错误。 22002 年诺贝尔化学奖获得者的贡献之一是发明了对有机分子的结构进行分析的质谱法。其方法是 让极少量(10 9 g 左右)的化合物通过质谱仪的离子化室使样品分子大量离子化,少量分子碎裂成更小的离 子。如 C2H6离子
4、化后可得到 C2H 6、C2H 5、C2H 4然后测定其质荷比。设 H 的质荷比为 1,某有机物 样品的质荷比如图(假设离子均带一个单位正电荷,信号强度与该离子多少有关),则该有机物可能() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 ACH3OHBC3H8 CC2H4DCH4 答案D 解析有机物样品的质荷比的最大值为该物质的相对分子质量,根据有机物样品的质荷比图可知该物 质的相对分子质量为 16,甲醇、丙烷、乙烯、甲烷的相对分子质量分别为 32、44、28、16,因此该有机 物是甲烷。 二、多样的分子空间结构二、多样的分子空间结构 单原子分子(稀有气体分子)、双原子分子不存在空间结构,多原子分子中
5、存在原子的几何学关系和形 状,即所谓“分子的空间结构”。 1三原子分子 化学 式 电子式结构式 键 角 空间结构 空间结构 名称 CO2 O=C= O 1 80 直线形 H2O 1 05 V 形 2.四原子分子 化学 式 电子式结构式键角 空间结 构 空间结构 名称 CH2 O 约 120 平面三角 形 NH3107三角锥形 3五原子分子 2022 高中化学新教材同步讲义资料 化 学式 电子式结构式键角 空间 结构 空间结构 名称 CH 4 10928 正四面体 形 CCl 4 10928 正四面体 形 4.其他多原子分子的空间结构 (1)四原子分子一定都是平面三角形或三角锥形() (2)正四
6、面体形的键角均为 10928() (3)SiCl4、SiH4、NH 4、CH3Cl 均为正四面体结构() (4)SF6分子的空间结构为正八面体形() (5)椅式 C6H12比船式 C6H12稳定() 答案(1)(2)(3)(4)(5) 1下列分子的空间结构模型正确的是() ACO2的空间结构模型: BH2O 的空间结构模型: CNH3的空间结构模型: DCH4的空间结构模型: 答案D 解析CO2的空间结构为直线形,A 不正确;H2O 的空间结构为 V 形,B 不正确;NH3的空间结构为 2022 高中化学新教材同步讲义资料 三角锥形,C 不正确;CH4的空间结构为正四面体形,D 正确。 2(2
7、020南京调研)(1)硫化氢(H2S)分子中,两个 HS 的夹角接近 90,说明 H2S 分子的空间结构为 _。 (2)二硫化碳(CS2)分子中,两个 C=S 的夹角是 180,说明 CS2分子的空间结构为_。 (3)能说明 CH4分子不是平面四边形,而是正四面体结构的是_(填字母)。 a两个键之间的夹角为 10928 bCH 为极性共价键 c4 个 CH 的键能、键长都相等 d二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体) 答案(1)V 形(2)直线形(3)ad 解析(1)、(2)中可由键角直接判断分子的空间结构。(3)五原子分子 CH4可能有平面四边形和正四面 体两种空间结构,不管为
8、哪种,b、c 两项都成立;若为前者,则键角为 90,CH2Cl2有两种: 和;若为后者,则键角为 10928,CH2Cl2只有一种。 三、价层电子对互斥模型三、价层电子对互斥模型 1价层电子对互斥模型(VSEPR model):对 ABn型的分子或离子,中心原子 A 的价层电子对(包括成 键的键电子对和未成键的孤电子对)之间由于存在排斥力,将使分子的空间结构总是采取电子对相互排斥 最弱的那种结构,以使彼此之间斥力最小,分子或离子的体系能量最低,最稳定。 2价层电子对的计算 (1)中心原子价层电子对数键电子对数孤电子对数。 (2) 键电子对数的计算 由化学式确定, 即中心原子形成几个键, 就有几
9、对键电子对。 如 H2O 分子中, O 有 2 对键电子对。 NH3分子中, N 有 3 对键电子对。 (3)中心原子上的孤电子对数的计算 中心原子上的孤电子对数1 2(axb) a 表示中心原子的价电子数; 对主族元素:a最外层电子数; 对于阳离子:a价电子数离子所带电荷数; 对于阴离子:a价电子数离子所带电荷数。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 x 表示与中心原子结合的原子数。 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价层电子对的空间结构(即 VSEPR 模型) 价层电子对数目:234 VSEPR 模型:直线形平面三角形正四面体形 4
10、VSEPR 模型的应用预测分子空间结构 由价层电子对的相互排斥,得到含有孤电子对的 VSEPR 模型,然后,略去 VSEPR 模型中的中心原子 上的孤电子对,便可得到分子的空间结构。 (1)中心原子不含孤电子对 分 子或离 子 键 电子对数 孤 电子对 数 VSEPR 模型及名 称 分子(或离子)的空间 结构及名称 CO 2 20直线形直线形 CO 2 3 30 平面三角形平面三角形 CH 4 40 正四面体形正四面体形 (2)中心原子含孤电子对 分 子或离 子 价层 电子对数 孤 电子对 数 VSEPR 模型及 名称 分子的空间结构及 名称 NH 3 41 四面体 形 三角锥形 H2 O 4
11、2 四面体形 V 形 SO231 平面三 角形 V 形 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (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)由于孤电子对有较大斥力,含孤电子对的分子的实测键角几乎都小于 VSEPR 模型的预测值。 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。 (3)价层电子对互斥模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。 (1)分子的 VSEP
12、R 模型和相应分子的空间结构是相同的() (2)所有的三原子分子都是直线形结构() (3)SO2与 CO2的分子组成相似,故它们分子的空间结构相同() (4)由价层电子对互斥模型可知 SnBr2分子中 SnBr 的键角小于 180() (5)根据价层电子对互斥模型可以判断 H3O 与 NH3的分子(或离子)的空间结构一致( ) 答案(1)(2)(3)(4)(5) 1试解释 CH4键角(10928)、NH3键角(107)、H2O 键角(105)依次减小的原因。 提示CH4分子中的 C 原子没有孤电子对,NH3分子中 N 原子上有 1 对孤电子对,H2O 分子中 O 原 子上有 2 对孤电子对,对
13、成键电子对的排斥作用增大,故键角减小。 2用价层电子对互斥模型完成下列问题(点“”的原子为中心原子)。 键电子对 数 孤电子 对数 空间 结构 H2S e B Cl3 P Cl3 S O2 S O 2 4 O F2 C lF 2 答案 键电子对 数 孤电子 对数 空间结 构 2022 高中化学新教材同步讲义资料 H2S e 22V 形 B Cl3 30 平面三 角形 P Cl3 31 三角锥 形 S O2 21V 形 S O 2 4 40 正四面 体形 O F2 22V 形 C lF 2 22V 形 分子空间结构的确定思路 中心原子价层电子对数 n 分子的空间结构略去孤电子对在价层电子对互斥模
14、型中占有的空间 1下列物质中,分子的空间结构与氨分子相似的是() ACO2BH2SCPCl3DSiCl4 答案C 解析氨分子是三角锥形,H2S 分子是 V 形,CO2是直线形,PCl3是三角锥形,SiCl4是正四面体形。 2下列微粒中,中心原子含有孤电子对的是() ASiH4BH2O CCH4DNH 4 答案B 3若 ABn型分子的中心原子 A 上没有未用于形成共价键的孤电子对,运用价层电子对互斥模型,判 断下列说法中正确的是() A若 n2,则分子的空间结构为 V 形 2022 高中化学新教材同步讲义资料 B若 n3,则分子的空间结构为三角锥形 C若 n4,则分子的空间结构为正四面体形 D以
15、上说法都不正确 答案C 解析若中心原子 A 上没有未用于形成共价键的孤电子对,则不存在键电子对与孤电子对之间的相 互排斥。当 n2 时,分子的空间结构为直线形;n3 时,分子的空间结构为平面三角形;n4 时,分子 的空间结构为正四面体形。 4有 X、Y 两种活性反应中间体微粒,均含有 1 个碳原子和 3 个氢原子,其球棍模型如图所示: ,。下列说法错误的是() AX 的组成为 CH 3 BY 的组成为 CH 3 CX 的价层电子对数为 4 DY 中键角小于 120 答案C 解析由图可知,X 为平面三角形结构,其碳原子应该有三对价层电子对,其组成为 CH 3,A 项正确、 C 项错误;Y 为三角
16、锥形,其碳原子有四对价层电子对,故其组成为 CH 3,键角比 120小,B、D 项正确。 5美国化学家鲍林教授具有独特的化学想象力:只要给他物质的分子式,他就能大体上想象出这种 物质的分子结构模型。多核离子所带电荷可以认为是中心原子得失电子所致,根据 VSEPR 模型,下列离 子中所有原子都在同一平面上的一组是() ANO 2和 NH 4BH3O 和 ClO 3 CNO 3和 CO2 3DPO 3 4和 SO2 4 答案C 解析NO 2中心原子的价层电子对数25122 2 3,含有一对孤电子对,空间结构为 V 形, NH 4中心原子的价层电子对数45141 2 4,没有孤电子对,空间结构为正四
17、面体形,故 A 不选; H3O 中心原子的价层电子对数36131 2 4,含有一对孤电子对,空间结构为三角锥形,ClO 3中 心原子的价层电子对数37132 2 4,含有一对孤电子对,空间结构为三角锥形,故 B 不选;NO 3 中心原子的价层电子对数35132 2 3,没有孤电子对,空间结构为平面三角形,CO 2 3中心原子 的价层电子对数34223 2 3,没有孤电子对,空间结构为平面三角形,故 C 选;PO 3 4中心原子 2022 高中化学新教材同步讲义资料 的价层电子对数45342 2 4,没有孤电子对,空间结构为正四面体形,SO 2 4中心原子的价层电子 对数46242 2 4,没有
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