第二章第二节分子的空间结构第1课时多样的分子空间结构 课件(共54张PPT)2022-2023学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2
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| 名称 | 第二章第二节分子的空间结构第1课时多样的分子空间结构 课件(共54张PPT)2022-2023学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 8.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-06-27 11:49:42 | ||
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文档简介
(共54张PPT)
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
学习
目标
第1课时
多样的分子空间结构
PART
01
PART
02
认识物质的空间结构可以借助某些实验手段,通过这些手段所获得的信息为建立物质结构模型或解释相关理论提供支撑。
结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测,培养证据推理与模型认知的核心素养。
分子的世界形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。
前面我们学习了键长、键角，知道键长和键角都体现了分子的空间结构。分子结构
是微观的，我们肉眼看不见到分子，那么，科学家是如何测定分子的结构呢？
一、分子结构的测定
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。
红外光谱仪
X射线衍射仪
质谱仪
如今，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、质谱仪、晶体X射线衍射等。
一、分子结构的测定
分子中的原子不是固定不动的，而是处于不断振动着的。当红外线透过分子时，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，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。
红外光谱仪
1.红外光谱法
一、分子结构的测定
(1)原理：
—测定化学键或官能团信息
红外光谱图
分析吸收峰
与谱图库比对
推断分子所含的官能团和化学键
(2)红外光谱仪原理示意图：
1.红外光谱法
一、分子结构的测定
（3）实例分析：
某未知物分子式为C2H6O，通过红外光谱（如图）可以监 测到O—H、C—H、C—O键的振动吸收，推测其结构。
用红外光谱仪测定化学键或官能团信息。
如图所示，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。
1.红外光谱法
一、分子结构的测定
质谱仪
现代化学常利用质谱仪（如上图）测定分子的相对分子质量。
红外光谱可以分析物质的官能团或化学键的相关信息，那如何测定分子的相对分子质量呢？
一、分子结构的测定
质谱法：
读数方法：
图片中最右端的短线对应的横坐标即为该物质的相对分子质量。
如乙醇的质谱:
2.质谱仪
一、分子结构的测定
—测相对分子质量
由此可知乙醇的相对分子质量为46。
概念：
测定有机物中有几种化学环境的氢原子及其数目比。
核磁共振氢谱：
吸收峰数目 = 氢原子种类数
吸收峰面积之比 = 氢原子数目比
3.核磁共振氢谱
一、分子结构的测定
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 ( )
A.质谱法 B.红外光谱法 C.核磁共振氢谱法 D.燃烧法
B
2.质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方法是让极少量的(10-9g)化合物通过质谱仪的离子化室，样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子，然后测定其质荷比。其有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关),该有机物可能是（ ）
A.甲醇(CH3OH) B.甲烷 C.丙烷 D.乙烯
B
一、分子结构的测定
大多数分子是由两个以上的原子构成的，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。
1.双原子分子—直线形
二、多样的分子空间结构
直线形 180°
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型
CO2
H2O
O
:
:
:
C
O
:
:
:
:
:
H
:
O
H
:
:
:
O=C=O
180°
直线形
V形
105°
2、三原子(AB2型)分子的空间结构——直线形和V形
二、多样的分子空间结构
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型
CH2O
NH3
H
:
C
O
:
:
:
:
:
H
H
:
N
H
:
:
:
H
120°
107°
平面三角形
三角锥形
3、四原子(AB3型)分子的空间结构——平面三角形和三角锥形
二、多样的分子空间结构
C2H2 180°
P4 60°正四面体形
BF3
平面正三角形 120°
3、四原子分子其他立体构型（直线形、正四面体形）
二、多样的分子空间结构
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型
CH4
109°28'
正四面体形
H
:
C
H
:
:
:
H
H
4、五原子(AB4型)分子的空间结构——正四面体形
二、多样的分子空间结构
P4
P4O6
P4O10
C60
椅式C6H12
船式C6H12
S8
SF6
分子空间结构与其稳定性有关。例如，上图中S8像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式C6H12稳定。
5、其他多原子分子
二、多样的分子空间结构
1.下列分子的空间结构模型正确的是 ( )
B.H2O的空间结构模型：
C.NH3的空间结构模型：
D.CH4的空间结构模型：
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：120°
C.三角锥形：109°28 D.正四面体形：109°28
3.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
A.CO2的空间结构模型：
二、多样的分子空间结构
特别提醒
常见的空间结构为直线形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等；
常见的空间结构为V形的分子有H2O、H2S、SO2等；
常见的空间结构为平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等；
常见的空间结构为三角锥形的分子有PH3、PCl3、NH3等；
常见的空间结构为正四面体形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；
是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。记住常见分子的空间结构，可类推出同类别物质的空间结构。
二、多样的分子空间结构
小结1：
测定分子结构方法
核磁共振氢谱法
红外光谱法
官能团
质谱法
相对分子质量
分子空间结构
三原子
直线形
V形
四原子
平面三角形
三角锥形
五原子
正四面形
二、多样的分子空间结构
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
学习
目标
第2课时
价层电子对互斥模型
PART
01
PART
02
理解价层电子对互斥理论的含义。
能用价层电子对互斥模型判断和解释分子或离子的结构。
同为三原子分子，为什么CO2 呈直线形而 H2O呈V形？
同为四原子分子，CH2O呈平面三角形而 NH3 呈三角锥形？
三、价层电子对互斥模型
思考与讨论
CO2 直线形 180°
H2O V形 105°
CH2O 平面三角形 约120°
NH3 三角锥形 107°
为了探究其原因，发展了许多结构理论模型， 有一种比较简单的理论叫做价层电子对互斥(VSEPR model)模型，这种简单的理论可用来预测分子的空间结构，和另一种较为复杂的杂化轨道理论模型。
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 VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心
原子上的孤电子对,多重键只计其中σ键的电子对,不计π键电子对。（即共价单键、双键、
三键计算时，都只计一个σ电子对）
中心原子周围“价层电子对”相互排斥
成键
σ 键电子对
未成键
孤电子对
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(2) 主要观点：
（1）应用：
预测分子空间结构。
分子的空间结构
①σ键电子对数的计算:(直接看化学式确定）
分子 SO3 SO42- CO32- CO2 H2O NH3 COCl2 XeOF4 ClO3-
成键电子对数（σ键电子对数） 3 4 3 2 2 3 3 5 3
中心原子 S S C C O N C Xe Cl
由化学式确定，即有几个与中心原子结合的原子数，就有几对σ键电子对，如：
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
σ键电子对数＝与中心原子结合的原子个数
中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。
对ABn型分子或离子，(A为中心原子，B为与中心原子A结合的原子)
②中心原子孤电子对数的计算：（化学式看不出，须计算得出）—方法1
中心原子上孤电子对数＝ (a-xb)
2
1
a为中心原子的价电子数(主族元素为原子的最外层电子数)
x为与中心原子结合的原子数
b为与中心原子结合的原子最多容纳电子数(H为1，其它原子为：8-该原子的价电子数)，如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1）
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
对于阳离子：
a＝ ；
对于阴离子：
a＝ 。
价电子数－离子电荷数
价电子数＋离子电荷数(绝对值)
→ x和b的计算方法不变
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数
SO2
NH4+
CO32-
CO2
H2O
S
N
C
C
O
0
1
4
5-1=4
1
2
2
6
4+2=6
4
6
3
2
2
2
0
0
2
1
2
= （a-xb)
例:分析下表中分子或离子的孤电子对数
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
价电子数
结合的原子个数
结合原子最多所能
接受的电子数
②中心原子孤电子对数的计算：（化学式看不出，须计算得出）—方法1
孤电子对指成对，但不成键的价电子。
孤对电子
可画出电子式直接快速确定中心原子上的孤电子对数，如：
1
2
0
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
②中心原子孤电子对数的计算：——方法2
[大学方法计算]:
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
价层电子对数= （A的价电子数+n×B提供的电子数）
对于ABn型分子：
2
1
①H提供1个电子.
注：
②卤素原子提供1个电子，若是中心原子时即为最外层电子数。
③O、S为中心原子时即为最外层电子数6个，不是中心原子时按“0”计算.
④离子计算价电子对数目时，阴离子加上所带电荷数，阳离子减去所带电荷数
⑥价电子数出现奇数时，单电子当作电子对看待
如CH4 ：（4+4×1）/2=4
如BF3 ：（3+3×1）/2=3
如SO2 ：（6+2× 0）/2=3
如ClO3-：（7+3× 0+1）/2=4 如NH4+： （5+4×1-1）/2=4
[大学方法计算]: 孤电子对数= 价层电子对数-与中心原子结合的原子个数）
⑤N不是中心原子时，按“-1”计算
如HCN：[4+1+(-1）]/2=2
[大学方法]:
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
价层电子对数= （A的价电子数+n×B提供的电子数）
①若 B为H或卤素，则每个原子提供的电子数为1
CH4 NH3 H2O BF3 BeCI2
价层电子对数：4 4 4 3 2
2
1
②若 B为氧族元素（如O或S），则每个原子提供的电子数为0
CO2 SO2 SO3 O3 CS2
价层电子对数：2 3 3 3 2
孤电子对数：4-4=0 4-3=1 4-2=2 3-3=0 2-2=0
孤电子对数：2-2=0 3-2=1 3-3=1 3-2=1 2-2=0
代表物 电子式 中心原子结合的原子数 σ键电子对数 孤电子数 价层电子对数
H2O
NH3
CO2
CH4
:
:
:
H O H
:
:
:
:
H N H
:
H
:
:
:
H C H
:
H
H
O C O
::
::
:
:
:
:
2
3
4
2
2
2
4
3
1
4
4
0
4
2
0
2
计算以下中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(1)以P和S为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它的价电子数。
(2)以N和Cl为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它最多能接受的电子数。
思考与讨论
主族元素价电子数＝最外层电子数＝主族序数
P原子价电子数为5； S原子价电子数为6
主族元素最多接受电子数＝8-最外层电子数＝8-主族序数(H为1)
最多接受电子数：N原子为8－5＝3， S原子为8－6＝2
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
略去中心原子的孤对电子
(4) 如何确定分子的空间结构
互相排斥
尽可能远离
能量最低最稳定
得到含孤电子对的VSEPR模型
（理想模型）
分子的空间结构
价层电子对
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
价层电子对数 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
VSEPR 模型
VSEPR 模型名称
直线形
平面三角形
四面体形
三角双锥
八面体形
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
(4) 如何确定分子的空间结构
H2O
孤e-对
中心原子
CH4
化学式
结构式
含孤电子对的VSEPR模型
分子空间结构
如：
电子式
成键e-对
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
中心原子若无孤电子对：则VSEPR理想模型就是其分子的空间结构。
若有：则先判断VSEPR理想模型，后略去孤电子对，便可得到分子的空间结构.
价层电子对数 成键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 分子的空间结构 典例
2 2 0 CO2
3 3 0 BF3
2
1 SO2
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
去掉VSEPR模型中的孤对电子，得到分子的真实空间结构
(4) 如何确定分子的空间结构
根据VSEPR模型推测空间结构—
价层电子对数 成键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 分子的空间结构 典例
4 4 0 CH4
3 1 NH3
2
2 H2O
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
去掉VSEPR模型中的孤对电子，得到分子的真实空间结构
根据VSEPR模型推测空间结构—
中心原子的价层电子对数 成键电子对数 孤电子 对数 VSEPR模型 分子的空间结构 典例
2 2 0 直线形 直线形 CO2
3 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SO2
4 4 0 正四面体 正四面体 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
去掉VSEPR模型中的孤对电子，得到分子的真实空间结构
根据VSEPR模型推测空间结构—
分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 分子或离子的空间结构 分子或离子的空间结构名称
CO2
SO2
CO32-
CH4
表2-4 根据价层电子对互斥模型对几种分子或离子的空间结构的推测
0
1
0
0
2
3
3
4
直线形
平面
三角形
平面
三角形
正四
面体形
直线形
V形
平面
三角形
正四
面体形
三、价层电子对互斥模型
微粒 σ键 电子对数 孤电子对数 价层电 子对数 价层电子对结构模型 空间
构型
CO2
ClO2
BF3
PF3
ClO3-
SO32-
SO42-
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
【课堂练习
微粒 σ键 电子对数 孤电子对数 价层电 子对数 价层电子对结构模型 空间
构型
CO2 2 0 2 直线形 直线形
ClO2 2 2 4 空间四面体 折线形
BF3 3 0 3 平面三角形 平面三角形
PF3 3 1 4 空间四面体 三角锥形
ClO3- 3 1 4 空间四面体 三角锥形
SO32- 3 1 4 空间四面体 三角锥形
SO42- 4 0 4 空间四面体 空间四面体
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
【课堂练习
实验测得NH3的键角为107°，H2O的键角为105°, 为什么NH3和H2O的键角均小于109°28′？
思 考：
相较成键电子对，孤电子对有较大的排斥力，含孤对电子的分子实测键角都小于VSEPR模型的预测值。
一对孤电子对对成键电子对排斥
两对孤电子对对成键电子对排斥
成键电子对相互排斥
109°28′
一对孤电子对对成键电子对排斥
:
N
O
O
115°
107°
105°
CH4
H2O
NH3
NO2-
三、价层电子对互斥模型
键角大小：CH4>NH3>H2O
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
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。
随着孤电子对数目的增多，孤电子对之间的斥力增大，键角减小。
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。
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。
(5) VSEPR模型的应用：
如键角大小：CH4>NH3>H2O
应用：根据VSEPR模型，可比较分子的键角大小：直线形键角>平面三角形>四面体形
如键角大小：CO2>BF3>CH4
——比较分子的键角大小
①根据VSEPR模型，可比较分子的键角大小：直线形键角>平面三角形>四面体形
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
如键角大小：CO2>BF3>CH4
影响键角大小的
因素主要有三：
一是中心原子的杂化轨道类型；
二是中心原子的孤电子对数；
三是中心原子的电负性大小。
②中心原子杂化轨道类型不同的粒子，键角大小为sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化。
如键角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。
③随着孤电子对数目的增多，孤电子对之间的斥力增大，键角减小。
如键角大小：CH4>NH3>H2O
( 6)键角的判断与比较：
④比较键角时，若VSEPR模型相同（中心原子杂化方式相同），孤电子对数目也相同时，则比较电负性.
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
如：NH3>PH3
如：NH3>NF3
思考：为什么“中心原子电负性越大，键角越大；配位原子电负性越大，键角越小”试给出合理解释？
因为中心原子的电负性越大，成键电子对更靠近中心原子，成键电子对之间斥力增大，所以键角增大。
配位原子的电负性越大，成键电子对远离中心原子，成键电子对之间斥力减小，所以键角减小。
中心原子电负性越大，键角越大
配位原子电负性越大，键角越小
⑤同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键间＞双键与单键间＞单键间，则键角大小不同。如甲醛中： ，键角：α＞β。
( 6)键角的判断与比较：
思考与讨论
确定BF3、NH4+和SO32-的VSEPR模型和它们的空间结构，并与同学交流。
BF3
NH4+
SO32-
孤电子对数
价层电子对数
VSEPR模型
VSEPR模型名称
空间结构
空间结构名称
0
3
平面
三角形
平面
三角形
0
4
正四
面体形
正四
面体形
1
4
四面体形
三角锥形
三、价层电子对互斥模型
思考1：价层电子对的VSEPR模型与分子的空间结构一定一致吗？什么时候一致？
提示: 不一定一致，中心原子有孤电子对时，二者结构不一致；
当中心原子无孤电子对时，二者结构一致。
思考2：试解释CH4键角(109°28′)、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个孤电子对，H2O分子中O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小。
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
问题与思考
48/29
例1.运用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构。
(1)BeCl2 ; (2)SCl2 ;
(3)NH3 ; (4)PF3 。
直线形
V形
三角锥形
三角锥形
例2.用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构:
(1)H2Se ; (2)BBr3 ;
(3)CHCl3 ; (4)SiF4 。
V形
平面三角形
四面体形
正四面体形
【课堂练习
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
1.下列微粒的VSEPR模型与空间立体构型一致的是 ( )
A．BF3 B．SO2 C．H2O D．SO32-
2.下列有关描述正确的是 ( )
A. NO3-为V形分子
B. ClO3-的空间结构为平面三角形
C. NO3-的VSEPR模型、空间结构均为平面三角形
D. ClO3-的VSEPR模型、空间结构相同
3.以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为109°28′ 的是 ( )
①CH4 ②NH4+ ③CH3Cl ④P4 ⑤SO42-
A、①②③ B、①②④ C、①②⑤ D、①④⑤
A
C
C
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
50/29
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
电子对数目 电子对的空间结构 成键电子对数 孤电子
对 数 电子对的
排列方式 分子的
空间结构 实 例
2 直 线形 2 0 直线形 BeCl2
CO2
3 平面三角形 3 0 平面三角形 BF3
SO3
2 1 V形 SnBr2
PbCl2
【课堂小结】
电子对数目 电子对的空间结构 成键电子对数 孤电子
对 数 电子对的
排列方式 分子的
空间结构 实 例
4 四面体 4 0 四面体 CH4
CCl4
NH4＋
SO42—
3 1 三角锥形 NH3
PCl3
SO32－
H3O+
2 2 V形 H2O
电子对数目 电子对的空间结构 成键电子对数 孤电子
对 数 电子对的
排列方式 分子的
空间结构 实 例
5 三角
双锥形 5 0 三角双锥 PCl5
4 1 变形
四面体 SF4
3 2 T形 BrF3
2 3 直线形 XeF2
σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数目 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离子的空间结构 实例
6 0 6 八面 体形 八面体形 SF6、
4 2 正方形 XeF4
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
学习
目标
第1课时
多样的分子空间结构
PART
01
PART
02
认识物质的空间结构可以借助某些实验手段,通过这些手段所获得的信息为建立物质结构模型或解释相关理论提供支撑。
结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测,培养证据推理与模型认知的核心素养。
分子的世界形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。
前面我们学习了键长、键角，知道键长和键角都体现了分子的空间结构。分子结构
是微观的，我们肉眼看不见到分子，那么，科学家是如何测定分子的结构呢？
一、分子结构的测定
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。
红外光谱仪
X射线衍射仪
质谱仪
如今，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、质谱仪、晶体X射线衍射等。
一、分子结构的测定
分子中的原子不是固定不动的，而是处于不断振动着的。当红外线透过分子时，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，可以得知分子中含有何种化学键或官能团的信息。
红外光谱仪
1.红外光谱法
一、分子结构的测定
(1)原理：
—测定化学键或官能团信息
红外光谱图
分析吸收峰
与谱图库比对
推断分子所含的官能团和化学键
(2)红外光谱仪原理示意图：
1.红外光谱法
一、分子结构的测定
（3）实例分析：
某未知物分子式为C2H6O，通过红外光谱（如图）可以监 测到O—H、C—H、C—O键的振动吸收，推测其结构。
用红外光谱仪测定化学键或官能团信息。
如图所示，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。
1.红外光谱法
一、分子结构的测定
质谱仪
现代化学常利用质谱仪（如上图）测定分子的相对分子质量。
红外光谱可以分析物质的官能团或化学键的相关信息，那如何测定分子的相对分子质量呢？
一、分子结构的测定
质谱法：
读数方法：
图片中最右端的短线对应的横坐标即为该物质的相对分子质量。
如乙醇的质谱:
2.质谱仪
一、分子结构的测定
—测相对分子质量
由此可知乙醇的相对分子质量为46。
概念：
测定有机物中有几种化学环境的氢原子及其数目比。
核磁共振氢谱：
吸收峰数目 = 氢原子种类数
吸收峰面积之比 = 氢原子数目比
3.核磁共振氢谱
一、分子结构的测定
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 ( )
A.质谱法 B.红外光谱法 C.核磁共振氢谱法 D.燃烧法
B
2.质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方法是让极少量的(10-9g)化合物通过质谱仪的离子化室，样品分子大量离子化，少量分子碎裂成更小的离子，然后测定其质荷比。其有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号强度与该离子的多少有关),该有机物可能是（ ）
A.甲醇(CH3OH) B.甲烷 C.丙烷 D.乙烯
B
一、分子结构的测定
大多数分子是由两个以上的原子构成的，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的空间结构。
1.双原子分子—直线形
二、多样的分子空间结构
直线形 180°
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型
CO2
H2O
O
:
:
:
C
O
:
:
:
:
:
H
:
O
H
:
:
:
O=C=O
180°
直线形
V形
105°
2、三原子(AB2型)分子的空间结构——直线形和V形
二、多样的分子空间结构
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型
CH2O
NH3
H
:
C
O
:
:
:
:
:
H
H
:
N
H
:
:
:
H
120°
107°
平面三角形
三角锥形
3、四原子(AB3型)分子的空间结构——平面三角形和三角锥形
二、多样的分子空间结构
C2H2 180°
P4 60°正四面体形
BF3
平面正三角形 120°
3、四原子分子其他立体构型（直线形、正四面体形）
二、多样的分子空间结构
化学式 电子式 结构式 键角 分子的空间结构模型 空间结构
空间充填模型 球棍模型
CH4
109°28'
正四面体形
H
:
C
H
:
:
:
H
H
4、五原子(AB4型)分子的空间结构——正四面体形
二、多样的分子空间结构
P4
P4O6
P4O10
C60
椅式C6H12
船式C6H12
S8
SF6
分子空间结构与其稳定性有关。例如，上图中S8像顶皇冠，如果把其中一个向上的硫原子倒转向下，尽管也可以存在，却不如皇冠式稳定；又如，椅式C6H12比船式C6H12稳定。
5、其他多原子分子
二、多样的分子空间结构
1.下列分子的空间结构模型正确的是 ( )
B.H2O的空间结构模型：
C.NH3的空间结构模型：
D.CH4的空间结构模型：
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：120°
C.三角锥形：109°28 D.正四面体形：109°28
3.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
A.CO2的空间结构模型：
二、多样的分子空间结构
特别提醒
常见的空间结构为直线形的分子有BeCl2、HCN、C2H2、CO2等；
常见的空间结构为V形的分子有H2O、H2S、SO2等；
常见的空间结构为平面三角形的分子有BF3、SO3、HCHO等；
常见的空间结构为三角锥形的分子有PH3、PCl3、NH3等；
常见的空间结构为正四面体形的分子有CH4、CCl4、SiH4、SiF4等；
是四面体形但不是正四面体形的有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等。记住常见分子的空间结构，可类推出同类别物质的空间结构。
二、多样的分子空间结构
小结1：
测定分子结构方法
核磁共振氢谱法
红外光谱法
官能团
质谱法
相对分子质量
分子空间结构
三原子
直线形
V形
四原子
平面三角形
三角锥形
五原子
正四面形
二、多样的分子空间结构
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的空间结构
学习
目标
第2课时
价层电子对互斥模型
PART
01
PART
02
理解价层电子对互斥理论的含义。
能用价层电子对互斥模型判断和解释分子或离子的结构。
同为三原子分子，为什么CO2 呈直线形而 H2O呈V形？
同为四原子分子，CH2O呈平面三角形而 NH3 呈三角锥形？
三、价层电子对互斥模型
思考与讨论
CO2 直线形 180°
H2O V形 105°
CH2O 平面三角形 约120°
NH3 三角锥形 107°
为了探究其原因，发展了许多结构理论模型， 有一种比较简单的理论叫做价层电子对互斥(VSEPR model)模型，这种简单的理论可用来预测分子的空间结构，和另一种较为复杂的杂化轨道理论模型。
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 VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心
原子上的孤电子对,多重键只计其中σ键的电子对,不计π键电子对。（即共价单键、双键、
三键计算时，都只计一个σ电子对）
中心原子周围“价层电子对”相互排斥
成键
σ 键电子对
未成键
孤电子对
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(2) 主要观点：
（1）应用：
预测分子空间结构。
分子的空间结构
①σ键电子对数的计算:(直接看化学式确定）
分子 SO3 SO42- CO32- CO2 H2O NH3 COCl2 XeOF4 ClO3-
成键电子对数（σ键电子对数） 3 4 3 2 2 3 3 5 3
中心原子 S S C C O N C Xe Cl
由化学式确定，即有几个与中心原子结合的原子数，就有几对σ键电子对，如：
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
σ键电子对数＝与中心原子结合的原子个数
中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。
对ABn型分子或离子，(A为中心原子，B为与中心原子A结合的原子)
②中心原子孤电子对数的计算：（化学式看不出，须计算得出）—方法1
中心原子上孤电子对数＝ (a-xb)
2
1
a为中心原子的价电子数(主族元素为原子的最外层电子数)
x为与中心原子结合的原子数
b为与中心原子结合的原子最多容纳电子数(H为1，其它原子为：8-该原子的价电子数)，如氧和氧族元素中的S、Se等均为2，卤族元素均为1）
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
对于阳离子：
a＝ ；
对于阴离子：
a＝ 。
价电子数－离子电荷数
价电子数＋离子电荷数(绝对值)
→ x和b的计算方法不变
分子或离子 中心原子 a x b 中心原子上的孤电子对数
SO2
NH4+
CO32-
CO2
H2O
S
N
C
C
O
0
1
4
5-1=4
1
2
2
6
4+2=6
4
6
3
2
2
2
0
0
2
1
2
= （a-xb)
例:分析下表中分子或离子的孤电子对数
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
价电子数
结合的原子个数
结合原子最多所能
接受的电子数
②中心原子孤电子对数的计算：（化学式看不出，须计算得出）—方法1
孤电子对指成对，但不成键的价电子。
孤对电子
可画出电子式直接快速确定中心原子上的孤电子对数，如：
1
2
0
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
②中心原子孤电子对数的计算：——方法2
[大学方法计算]:
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
价层电子对数= （A的价电子数+n×B提供的电子数）
对于ABn型分子：
2
1
①H提供1个电子.
注：
②卤素原子提供1个电子，若是中心原子时即为最外层电子数。
③O、S为中心原子时即为最外层电子数6个，不是中心原子时按“0”计算.
④离子计算价电子对数目时，阴离子加上所带电荷数，阳离子减去所带电荷数
⑥价电子数出现奇数时，单电子当作电子对看待
如CH4 ：（4+4×1）/2=4
如BF3 ：（3+3×1）/2=3
如SO2 ：（6+2× 0）/2=3
如ClO3-：（7+3× 0+1）/2=4 如NH4+： （5+4×1-1）/2=4
[大学方法计算]: 孤电子对数= 价层电子对数-与中心原子结合的原子个数）
⑤N不是中心原子时，按“-1”计算
如HCN：[4+1+(-1）]/2=2
[大学方法]:
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(3)价层电子对的计算：
价层电子对数= （A的价电子数+n×B提供的电子数）
①若 B为H或卤素，则每个原子提供的电子数为1
CH4 NH3 H2O BF3 BeCI2
价层电子对数：4 4 4 3 2
2
1
②若 B为氧族元素（如O或S），则每个原子提供的电子数为0
CO2 SO2 SO3 O3 CS2
价层电子对数：2 3 3 3 2
孤电子对数：4-4=0 4-3=1 4-2=2 3-3=0 2-2=0
孤电子对数：2-2=0 3-2=1 3-3=1 3-2=1 2-2=0
代表物 电子式 中心原子结合的原子数 σ键电子对数 孤电子数 价层电子对数
H2O
NH3
CO2
CH4
:
:
:
H O H
:
:
:
:
H N H
:
H
:
:
:
H C H
:
H
H
O C O
::
::
:
:
:
:
2
3
4
2
2
2
4
3
1
4
4
0
4
2
0
2
计算以下中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
(1)以P和S为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它的价电子数。
(2)以N和Cl为例，说明如何根据主族元素在周期表中的位置确定它最多能接受的电子数。
思考与讨论
主族元素价电子数＝最外层电子数＝主族序数
P原子价电子数为5； S原子价电子数为6
主族元素最多接受电子数＝8-最外层电子数＝8-主族序数(H为1)
最多接受电子数：N原子为8－5＝3， S原子为8－6＝2
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
略去中心原子的孤对电子
(4) 如何确定分子的空间结构
互相排斥
尽可能远离
能量最低最稳定
得到含孤电子对的VSEPR模型
（理想模型）
分子的空间结构
价层电子对
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
价层电子对数 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
VSEPR 模型
VSEPR 模型名称
直线形
平面三角形
四面体形
三角双锥
八面体形
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
(4) 如何确定分子的空间结构
H2O
孤e-对
中心原子
CH4
化学式
结构式
含孤电子对的VSEPR模型
分子空间结构
如：
电子式
成键e-对
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
中心原子若无孤电子对：则VSEPR理想模型就是其分子的空间结构。
若有：则先判断VSEPR理想模型，后略去孤电子对，便可得到分子的空间结构.
价层电子对数 成键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 分子的空间结构 典例
2 2 0 CO2
3 3 0 BF3
2
1 SO2
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
去掉VSEPR模型中的孤对电子，得到分子的真实空间结构
(4) 如何确定分子的空间结构
根据VSEPR模型推测空间结构—
价层电子对数 成键电子对数 孤电子对数 VSEPR模型 分子的空间结构 典例
4 4 0 CH4
3 1 NH3
2
2 H2O
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
去掉VSEPR模型中的孤对电子，得到分子的真实空间结构
根据VSEPR模型推测空间结构—
中心原子的价层电子对数 成键电子对数 孤电子 对数 VSEPR模型 分子的空间结构 典例
2 2 0 直线形 直线形 CO2
3 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SO2
4 4 0 正四面体 正四面体 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
去掉VSEPR模型中的孤对电子，得到分子的真实空间结构
根据VSEPR模型推测空间结构—
分子或离子 孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型 VSEPR模型名称 分子或离子的空间结构 分子或离子的空间结构名称
CO2
SO2
CO32-
CH4
表2-4 根据价层电子对互斥模型对几种分子或离子的空间结构的推测
0
1
0
0
2
3
3
4
直线形
平面
三角形
平面
三角形
正四
面体形
直线形
V形
平面
三角形
正四
面体形
三、价层电子对互斥模型
微粒 σ键 电子对数 孤电子对数 价层电 子对数 价层电子对结构模型 空间
构型
CO2
ClO2
BF3
PF3
ClO3-
SO32-
SO42-
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
【课堂练习
微粒 σ键 电子对数 孤电子对数 价层电 子对数 价层电子对结构模型 空间
构型
CO2 2 0 2 直线形 直线形
ClO2 2 2 4 空间四面体 折线形
BF3 3 0 3 平面三角形 平面三角形
PF3 3 1 4 空间四面体 三角锥形
ClO3- 3 1 4 空间四面体 三角锥形
SO32- 3 1 4 空间四面体 三角锥形
SO42- 4 0 4 空间四面体 空间四面体
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
【课堂练习
实验测得NH3的键角为107°，H2O的键角为105°, 为什么NH3和H2O的键角均小于109°28′？
思 考：
相较成键电子对，孤电子对有较大的排斥力，含孤对电子的分子实测键角都小于VSEPR模型的预测值。
一对孤电子对对成键电子对排斥
两对孤电子对对成键电子对排斥
成键电子对相互排斥
109°28′
一对孤电子对对成键电子对排斥
:
N
O
O
115°
107°
105°
CH4
H2O
NH3
NO2-
三、价层电子对互斥模型
键角大小：CH4>NH3>H2O
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
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。
随着孤电子对数目的增多，孤电子对之间的斥力增大，键角减小。
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。
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。
(5) VSEPR模型的应用：
如键角大小：CH4>NH3>H2O
应用：根据VSEPR模型，可比较分子的键角大小：直线形键角>平面三角形>四面体形
如键角大小：CO2>BF3>CH4
——比较分子的键角大小
①根据VSEPR模型，可比较分子的键角大小：直线形键角>平面三角形>四面体形
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
如键角大小：CO2>BF3>CH4
影响键角大小的
因素主要有三：
一是中心原子的杂化轨道类型；
二是中心原子的孤电子对数；
三是中心原子的电负性大小。
②中心原子杂化轨道类型不同的粒子，键角大小为sp杂化＞sp2杂化＞sp3杂化。
如键角：CH≡CH＞CH2==CH2＞CH4。
③随着孤电子对数目的增多，孤电子对之间的斥力增大，键角减小。
如键角大小：CH4>NH3>H2O
( 6)键角的判断与比较：
④比较键角时，若VSEPR模型相同（中心原子杂化方式相同），孤电子对数目也相同时，则比较电负性.
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
如：NH3>PH3
如：NH3>NF3
思考：为什么“中心原子电负性越大，键角越大；配位原子电负性越大，键角越小”试给出合理解释？
因为中心原子的电负性越大，成键电子对更靠近中心原子，成键电子对之间斥力增大，所以键角增大。
配位原子的电负性越大，成键电子对远离中心原子，成键电子对之间斥力减小，所以键角减小。
中心原子电负性越大，键角越大
配位原子电负性越大，键角越小
⑤同一粒子中不同共价键的键角，由于斥力：双键间＞双键与单键间＞单键间，则键角大小不同。如甲醛中： ，键角：α＞β。
( 6)键角的判断与比较：
思考与讨论
确定BF3、NH4+和SO32-的VSEPR模型和它们的空间结构，并与同学交流。
BF3
NH4+
SO32-
孤电子对数
价层电子对数
VSEPR模型
VSEPR模型名称
空间结构
空间结构名称
0
3
平面
三角形
平面
三角形
0
4
正四
面体形
正四
面体形
1
4
四面体形
三角锥形
三、价层电子对互斥模型
思考1：价层电子对的VSEPR模型与分子的空间结构一定一致吗？什么时候一致？
提示: 不一定一致，中心原子有孤电子对时，二者结构不一致；
当中心原子无孤电子对时，二者结构一致。
思考2：试解释CH4键角(109°28′)、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个孤电子对，H2O分子中O原子上有2个孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小。
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
问题与思考
48/29
例1.运用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构。
(1)BeCl2 ; (2)SCl2 ;
(3)NH3 ; (4)PF3 。
直线形
V形
三角锥形
三角锥形
例2.用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间结构:
(1)H2Se ; (2)BBr3 ;
(3)CHCl3 ; (4)SiF4 。
V形
平面三角形
四面体形
正四面体形
【课堂练习
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
1.下列微粒的VSEPR模型与空间立体构型一致的是 ( )
A．BF3 B．SO2 C．H2O D．SO32-
2.下列有关描述正确的是 ( )
A. NO3-为V形分子
B. ClO3-的空间结构为平面三角形
C. NO3-的VSEPR模型、空间结构均为平面三角形
D. ClO3-的VSEPR模型、空间结构相同
3.以下分子或离子的结构为正四面体，且键角为109°28′ 的是 ( )
①CH4 ②NH4+ ③CH3Cl ④P4 ⑤SO42-
A、①②③ B、①②④ C、①②⑤ D、①④⑤
A
C
C
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
50/29
1、价层电子对互斥理论（VSEPR模型）
三、价层电子对互斥模型
电子对数目 电子对的空间结构 成键电子对数 孤电子
对 数 电子对的
排列方式 分子的
空间结构 实 例
2 直 线形 2 0 直线形 BeCl2
CO2
3 平面三角形 3 0 平面三角形 BF3
SO3
2 1 V形 SnBr2
PbCl2
【课堂小结】
电子对数目 电子对的空间结构 成键电子对数 孤电子
对 数 电子对的
排列方式 分子的
空间结构 实 例
4 四面体 4 0 四面体 CH4
CCl4
NH4＋
SO42—
3 1 三角锥形 NH3
PCl3
SO32－
H3O+
2 2 V形 H2O
电子对数目 电子对的空间结构 成键电子对数 孤电子
对 数 电子对的
排列方式 分子的
空间结构 实 例
5 三角
双锥形 5 0 三角双锥 PCl5
4 1 变形
四面体 SF4
3 2 T形 BrF3
2 3 直线形 XeF2
σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数目 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离子的空间结构 实例
6 0 6 八面 体形 八面体形 SF6、
4 2 正方形 XeF4