2.2 分子的空间结构 ppt课件（含视频）-（2019新）人教版高中化学选择性必修二.rar

第二节 分子的空间结构一、分子结构的测定（一）分子结构测定的常用方法：红外光谱、晶体X射线衍射（二）红外光谱的测定原理： 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，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。 例如，通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如图2-6所示，发现有O-H、C-H和C-O的振动吸收。因此，可以初步推测该未知物中含有羟基。小试牛刀：A.质谱法 B.红外光谱法 C.核磁共振氢谱法 D.燃烧法1.在研究有机物的组成和结构时，可用于确定化学键和官能团信息的方法是 ( )B 2.能够快速、微量、精确测定有机物相对分子质量的物理方法是 ( )A.红外光谱法 B.质谱法 C.核磁共振氢谱法 D.色谱法B 3.质谱质谱 法能够对够对 有机分子结结构进进行分析，其方法是让让极少量的(10-9g)化合物通过质谱仪过质谱仪 的离子化室，样样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子，然后测测定其质质荷比。其有机物样样品的质质荷比如图图所示(假设设离子均带带一个单单位正电电荷，信号强度与该该离子的多少有关),该该有机物可能是（ ）A.甲醇(CH3OH) B.甲烷烷 C.丙烷烷 D.乙烯烯B 二、多样的分子空间结构（一）三原子分子的空间结构直线型和V形（又称角形）化学式电电子式结结构式键键角空间结间结构模型空间结间结构名称CO2O=C=O180直线线型H2O105V形（二）四原子分子常见的空间结构平面三角形和三角锥形化学式电电子式结结构式键键角空间结间结 构模型空间结间结构名称 CH2O 约约120平面三角形 NH3 107三角锥锥形四原子分子的空间结构大多数为平面三角形和三角锥形，也有的为直线形(如C2H2)、正四面体形(如P4)等。（三）五原子分子常见的空间结构四面体形 化学式电电子式 结结构式 键键角空间结间结构模型空间结间结构名称 CH410928 正四面体形随堂练一练：1.下列分子的空间结间结 构模型正确的是 ( )A.CO2的空间结间结 构模型B.H2O的空间结间结 构模型C.NH3的空间结间结 构模型D.CH4的空间结间结 构模型D 2.下列分子的空间结构与分子中共价键键角对应正确的是 ( )A.V形：105 B.平面正三角形：120C.三角锥形：10928 D.正四面体形：109283.下列物质分子的空间结构与CH4相同的是（ ） A. H2O B. P4 C. NH3 D. CO2 B B 三、阶层电子对互斥模型（VSEPR）（一）应用：预测分子的空间结构（二）内容：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。 VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的键电子对和中心原子上的孤电子对。多重键只计其中的键电子对，不计键电子对。（三）中心原子上的价层电子对数的计算中心原子上的价层电子对数=键电子对数+中心原子上的孤电子对数1.键电子对数的确定：由化学式确定2.中心原子上的孤电电子对对数的确定：中心原子上的孤电电子对对数=公式中各字母的含义：a中心原子的价层电层电 子数主族元素=最外层电层电 子数阳离子=中心原子的价层电层电 子数-离子的电电荷数阴离子=中心原子的价层电层电 子数+离子的电电荷数x与中心原子结结合的原子数b与中心原子结结合的原子最多能接受的电电子数H=1其他原子=8-该该原子的价层电层电 子数1.下列分子或离子中含有孤电子对的是 ( ) A.H2O B. CH4 C. SiH4 D.NH4+课堂练习：A 2.SO32的中心原子孤电子对计算公式为1/2(a-xb)中，下列对应的数值正确的是 ( ) A.a=8 x=3 b=2 B.a=6 x=3 b=2 C.a=4 x=2 b=3 D.a=6 x=2 b=3A 3.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.孤电子对数等于键数 C 答：答：（四）根据价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构在确定了键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的空间结构。键电子对数+孤电子对数=价层电子对数 VSEPR模型 分子的空间结构 注：1、中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致。 2、中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则 VSEPR模型与分子的空间结构不一致。推测分子的立体模型必须略去 VSEPR模型中的孤电子对。（五）常见分子或离子的空间结构的推测分子或离子中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称空间结 构空间结构名称CO2、BeCl202直线形直线形CO32、BF303平面三角形平面三角形SO2、PbCl21V形CH4、CCl404正四面体形正四面体形NH3、NF31四面体形三角锥形H2O、H2S2V形注：1、价层电子对互斥模型对分子空间结构的预测少有失误，但它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子 2、氨气与水的VSEPR模型一致，但空间构型不同的原因是：孤电子对之间的斥力孤电子对与成键电子对之间的斥力成键电子对之间的斥力 1.用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的空间结构，两个结论都正确的是( )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 随堂练习：D 2.下列分子的空间结构是正四面体形的是 ( )CH4 NH3 CF4 SiH4 C2H4 CO2A. B. C. D.B 3.用 VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构，其中不正确的是（ ） A. NH4+为正四面体形B.CS2为直线形C.HCN为V形D.PCl3为三角锥形C 四、杂化轨道理论简介（一）杂化轨道的含义杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。1、轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。2、杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。（二）杂化轨道理论的要点1.原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。2.原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。3.只有能量相近的原子轨道才能杂化(如2s、2p)。4.杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量相同。5.为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但相同杂化形式的杂化轨道形状完全相同。杂化使原子的成键能力增加。形成的共价键更牢固。6.杂化轨道用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。 7.杂化轨道成键时仍具有共价键的特征方向性和饱和性 8.杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。（三）杂化轨道类型类类型形成过过程夹夹角空间间结结构sp3杂杂化轨轨道sp3杂杂化轨轨道是由1个s轨轨道和3个p轨轨道杂杂化形成的10928正四面体形sp2杂杂化轨轨道sp2杂杂化轨轨道是由1个s轨轨道和2个p轨轨道杂杂化而成的120平面三角形sp杂杂化轨轨道sp杂杂化轨轨道是由1个s轨轨道和1个p轨轨道杂杂化而成的180直线线形注：原子轨道发生sp杂化时，还有2个np轨道未发生杂化，若np轨道上有未成对电子，形成分子时2个np轨道上的电子会形成键。（四）杂化轨道类型与分子的空间结构的关系1.杂化轨道用于形成键或用来容纳未参与成键的孤电子对。当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。2.杂化轨道与分子的空间结构的关系（1）当杂化轨道全部用于形成键时杂杂化类类型spsp2sp3轨轨道组组成1个ns和1个np1个ns和2个np1个ns和3个np轨轨道夹夹角18012010928杂杂化轨轨道示意图图实实例BeCl2BF3CH4分子结结构示意图图分子空间结间结 构直线线形平面三角形正四面体形 (2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时 由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个杂化轨道由孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个杂化轨道由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。（五）VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系 杂化轨道理论解释了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。 VSEPR模型及其中心原子对应的杂化轨道类型如表所示： （六）杂化轨道类型的判断方法1.根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化类型、空间结构在确定了分子或离子的中心原子上的成键电子对数和孤电子对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类型：键电子对数(成键电子对数)+孤电子对数=价电子对数=杂化轨道数 根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离子的空间结构，列表如下：价层电层电子对对数杂杂化轨轨道数成键电键电子对对数孤电电子对对数杂杂化轨轨道类类型分子空间结间结 构实实例2220sp直线线形BeCl2、CO2、HCN3330sp2平面三角形BF3、SO3、CO3221V形SnBr2、SO2、NO24440sp3四面体形CHCl3、SiCl4、PO4331三角锥锥形NH3、PCl3、SO3222V形OF2、H2O、NH22. 根据杂化轨道间的夹角判断杂杂化轨轨道间间的夹夹角杂杂化轨轨道类类型10928sp3120sp2180sp3.根据分子或离子的空间结构判断 分子或离子的空间结间结构杂杂化轨轨道类类型正四面体形sp3平面三角形sp2直线线形sp4.根据共价键类型判断由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道用于形成键，杂化轨道用于形成键或用来容纳未参与成键的孤电子对。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原子的杂化轨道数n=中心原子形成的键数+中心原子上的孤电子对数。即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原子形成的键数和中心原子上的孤电子对数，进而判断杂化轨道数。例如：(1)在SiF4分子中，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子形成4个键，没有孤电子对，n=4,则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。(2)在HCHO（ ）分子中，基态碳原子有4个价电子，与2个氢原子形成2个键，与氧原子形成C=O,C=O中有1个键、1个键，没有孤电子对，n=3,则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。5.以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型 (1)没有形成键，为sp3杂化：CH4、CCl4、 (2)形成一个键，为sp2杂化：CH2=CH2、苯(大键)、 (3)形成两个键，为sp杂化：CHCH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)答：