2.2.1　分子结构的测定和多样性　价层电子对互斥模型课件(共45张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修2

(共45张PPT)
第二章
第二节　第一课时　分子结构的测定和多样性　价层电子对互斥模型
素 养 目 标
1.知道分子的结构可以通过波谱等技术进行测定,能说明红外光谱等实验手段在物质结构研究中的应用。
2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,认识共价分子结构的多样性和复杂性。
3.可运用价层电子对互斥模型对共价分子的空间结构进行解释和预测,建立解决分子结构判断的思维模型,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、分子结构的测定
1.现代的分子结构测定方法
科学家应用　　　　　　、晶体X射线衍射等现代仪器和方法测定分子的结构。
2.红外光谱的工作原理
红外线透过分子时,分子会吸收跟它的某些化学键　　　　　　相同的红外线,再记录到图谱上呈现　　　　　。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　　　　　或官能团的信息。
不包括个数
红外光谱
振动频率
吸收峰
化学键
二、多样的分子空间结构
1.三原子分子的空间结构——直线形和V形
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构名称
CO2
H2O 105°
O═C═O
180°
直线形
V形
2.四原子分子的空间结构——大多数为平面三角形和三角锥形
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构名称
CH2O 约120°
NH3 107°
平面三角形
三角锥形
3.五原子分子的空间结构——最常见的是正四面体形或四面体形
化学式 电子式 结构式 键角 空间结构名称
CH4
109°28'
正四面体形
三、价层电子对互斥模型
1.理论要点
不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构
分子的空间结构是　　　　　　　　　　　　　　　　　　的结果。分子中的价层电子对包括　　　　电子对和中心原子上的　　　　　　。
2.中心原子价层电子对数的计算
(1)中心原子价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数。
(2)σ键电子对数的计算
由化学式确定,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　　对σ键电子对,NH3分子中N有　　对σ键电子对。
中心原子周围的“价层电子对”相互排斥
σ键
孤电子对
2
3
(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=　　　　　　　　
①a表示中心原子的　　　　　　。
对于主族元素:a=　 。
对于阳离子:a=　　　　　　　　　　　　-　　　　　　　　。
对于阴离子:a=　　　　　　　　　　+　　　　　　　　　　　　　。
②x表示　　　　　　　　　　　　　　。
③b表示与中心原子结合的原子　　　　　　　　　　　　,氢为　　,其他原子=　　　　　　　　　　　　。
价电子数
原子的最外层电子数
中心原子的价电子数
离子的电荷数
中心原子的价电子数
离子的电荷数(绝对值)
与中心原子结合的原子数
最多能接受的电子数
1
8-该原子的价电子数
3.VSEPR模型与分子或离子的空间结构
直线形
直线形
平面三角形
平面三角形
四面体形
V形
四面体形
三角锥形
平面三角形
V形
教材拓展1
某未知物质的质谱图为质荷比的最大值是该物质的相对分子质量,由图可看出,该物质的相对分子质量是多少
提示 16
深度思考
(1)红外光谱属于原子光谱中的吸收光谱吗
(2)红外光谱可以推断化学键或官能团的种类,能否确认化学键或官能团的个数
提示 不属于。原子光谱是原子中的电子在不同能级轨道上跃迁时吸收或释放能量所得到的光谱,红外光谱不是原子光谱,属于分子光谱。
提示 不能。
易错辨析1
(1)碳、硅都属于第ⅣA族元素,故CO2和SiO2的空间结构相同。(　　)
提示 CO2为直线形分子,而SiO2为正四面体形空间网状结构。
(2)四原子分子可能是平面三角形或三角锥形。(　　)
(3)正四面体结构的分子的键角是109°28'。(　　)
提示 正四面体结构的分子的键角不一定为109°28',如P4分子的键角为60°。
(4)SiCl4、SiH4、 、CH3Cl均为正四面体结构。(　　)
(5)SF6分子的空间结构为正八面体形。(　　)
(6)椅式C6H12比船式C6H12稳定。(　　)
×
√
×
×
√
√
教材阅读
思考:阅读教材表2-4,探究有关规律,确定BF3、 和NF3的价层电子对数、VSEPR模型、空间结构是怎样的。
提示 BF3的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角形,分子空间结构为平面三角形; 的价层电子对数为4,VSEPR模型为正四面体形,离子空间结构为正四面体形;NF3的价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形,分子空间结构为三角锥形。
教材拓展2
价层电子对之间相互排斥作用力大小的一般规律: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。
思考:试分析H2O中的键角小于NH3中键角的原因。
提示 H2O的中心原子(氧原子)上有2个孤电子对,NH3的中心原子(氮原子)上有1个孤电子对,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥力越大,故H2O分子中H—O—H的键角小于NH3分子中H—N—H的键角。
易错辨析2
(1)根据价层电子对互斥模型可以判断H3O+与NH3的空间结构一致。(　　)
(2)价层电子对之间的夹角越小,排斥力越小。(　　)
提示 价层电子对之间的夹角越大,排斥力越小。
(3)分子的VSEPR模型和相应分子的空间结构可能相同也可能不同。(　　)
(4)由价层电子对互斥模型可知SnBr2分子中的键角小于180°。(　　)
√
×
√
√
重难探究·能力素养全提升
探究一　分子的空间结构特点
情境探究
观察下列几种简单的分子的空间结构模型。
思考下列问题:
(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角锥形吗
(2)科学家研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(结构如图所示)。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 不一定。如乙炔(C2H2)分子是四原子分子,其空间结构为直线形。
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。
(3)H2S中两个H—S的键角接近90°,BeCl2中两个Be—Cl的键角是180°,推测H2S和BeCl2的分子的空间结构分别是怎样的。
(4)根据分子组成为AB3(或A3B)、AB4,能确定它们的空间结构吗
提示 H2S的空间结构是V形,BeCl2的空间结构是直线形。
提示 AB3(或A3B)型分子可能是平面三角形分子,也可能是三角锥形分子;AB4型分子一般是正四面体形分子。
方法突破
ABn型分子空间结构的判断
应用体验
1.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是(　　)
A.键角为180°的分子,空间结构是直线形
B.键角为120°的分子,空间结构是平面三角形
C.键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形
D.键角为90°~109°28'之间的分子,空间结构可能是V形
B
解析 键角为180°的分子,空间结构是直线形,如CO2分子是直线形分子,A正确;苯分子的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B错误;白磷分子的键角为60°,空间结构为正四面体形,C正确;水分子的键角为105°,空间结构为V形,D正确。
【变式设问】
P4是正四面体结构,CH4也是正四面体结构,二者结构相同吗
提示 不相同,P4分子中4个原子位于正四面体的四个顶点,CH4中C原子位于正四面体的体心,H原子位于正四面体的顶点。
2.短周期主族元素A、B可形成AB3分子,下列有关叙述正确的是(　　)
A.若A、B为同一周期元素,则AB3分子一定为平面正三角形
B.若AB3分子中的价电子个数为24个,则AB3分子可能为平面正三角形
C.若A、B为同一主族元素,则AB3分子一定为三角锥形
D.若AB3分子为三角锥形,则AB3分子一定为NH3
B
解析 若为PCl3,则分子为三角锥形,A错误;BCl3满足要求,其分子为平面正三角形,B正确;若分子为SO3,则为平面正三角形,C错误;分子不一定为NH3,也可能为NF3等,D错误。
特别提醒　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。
空间结构 常见物质
直线形 BeCl2、HCN、C2H2、CO2等
V形 H2O、H2S、SO2等
平面三角形 BF3、SO3等
三角锥形 PH3、PCl3、NH3等
正四面体形 CH4、CCl4、SiH4、SiF4等
四面体形(非正四面体形) CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等
探究二　利用VSEPR模型判断粒子的空间结构
情境探究
提示 中心原子为S,与S原子成键的O原子有3个,所以就有3对σ键电子对。(规律:σ键电子对数=与中心原子成键的原子数目)
(3)结合上述1、2的计算可以确定硫原子的价层电子对数及VSEPR模型是什么
提示 根据孤电子对数= (a-xb)计算,因为硫原子价电子(最外层电子)为6且 带两个负电荷计入价电子数,所以a=8,与硫原子结合的氧原子数为3即x=3,因为氧原子达稳定结构需要2个电子,所以b=2,通过计算可以确定孤电子对数为1。
提示 根据中心原子价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数,可知硫原子的价层电子对数为3+1=4,电子对之间互斥,形成的VSEPR模型是正四面体形。
(5)CH4分子中H—C—H的键角为109°28', 中O—S—O的键角小于109°28',从价层电子对互斥理论角度分析导致键角存在这种差异的原因是什么
提示 因为中心原子存在1个孤电子对,3个成键电子对,所以呈三角锥形。
提示 CH4分子中碳原子4个价层电子全部参与成键,无孤电子对,为正四面体结构。 中S原子价层电子对为4个,孤电子对为1个,孤电子对与成键电子对之间的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用,因此 中O—S—O键角小于CH4分子中H—C—H的键角。
方法突破
利用VSEPR模型判断粒子空间结构的思路方法
特别提醒　必记的三个等量关系(以ABx型分子为例)
①价层电子对数=σ键电子对数+中心原子的孤电子对数
②σ键电子对数=B原子的个数
③孤电子对数= (a-xb)
名师点拨　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)判断中心原子价层电子对数时未将双键或三键当作一个价层电子对计算。
(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。
应用体验
视角1价层电子对数和孤电子对数的计算
1.计算下列分子中标“·”原子的价层电子对数:
4
2
3
4
2.计算下列分子中标“·”原子的孤电子对数:
2
0
0
1
视角2分子或离子的空间结构的推断
3.用价层电子对互斥模型推测下列分子的空间结构:
(1)H2Se　　　　　　;(2)BBr3　 ;
(3)CHCl3　　 　　　;(4)SiF4　 。
答案 (1)V形　
(2)平面三角形　
(3)四面体形　
(4)正四面体形
解析 根据原子的价层电子排布,可以判断出各分子中心原子含有的孤电子对数。
H2Se略去2个孤电子对,分子空间结构为V形,BBr3为平面三角形,CHCl3分子中由于氢原子和氯原子不同,空间结构是一般的四面体形,SiF4为正四面体形。
分子式 H2Se BBr3 CHCl3 SiF4
中心原子含有的孤电子对数 2 0 0 0
中心原子的σ键电子对数 2 3 4 4
中心原子的价层电子对数 4 3 4 4
⑦BF3　⑧SO2。请回答下列问题:
(1)中心原子没有孤电子对的是　　　　　　　　(填序号,下同)。
(2)空间结构为直线形的分子或离子有　　　　　　　　;空间结构为平面三角形的分子或离子有　　　　　　　　　。
(3)空间结构为V形的分子或离子有　　　　　。
(4)空间结构为三角锥形的分子或离子有　　　　　　　　　;空间结构为正四面体形的分子或离子有　　　　　　　　　。
答案 (1)①④⑥⑦　(2)①　④⑦　(3)③⑧　(4)②⑤　⑥
思维建模　利用价层电子对互斥理论判断分子或离子的空间结构的思维流程如下:
视角3键角的判断与比较
5.[2023辽宁沈阳重点高中联合体高二期末]用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构,有时也能用来推测键角大小,下列判断正确的是(　　)
A.SO2、CS2、HCN都是直线形的分子
B.BF3键角为120°,SnBr2键角为180°
C.PCl3、NH3、GaCl3都是三角锥形的分子
D.CH2O、 、SO3都是平面三角形的粒子
D
【变式设问】
(1)CH2O的空间结构是平面正三角形吗
(2)CH4、NH3、H2O的价层电子对数分别是多少 键角大小顺序如何 为什么
提示 不是,应是等腰三角形。
提示 价层电子对数都为4,但孤电子对数分别为0、1、2,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥力越大,故键角依次减小。
归纳总结　键角大小比较方法
(1)先计算价层电子对数,根据VSEPR模型比较键角;
(2)若VSEPR模型相同,比较孤电子对数,孤电子对数越多,键角越小;
(3)若VSEPR模型和孤电子对数均相同,则通过比较元素电负性,确定成键电子对间排斥力大小,排斥力越大,键角越大;
(4)若在同一个分子内,则可根据多重键对键角的影响判断。
本 课 结 束