人教版 高中化学 选择性必修2 2.2 分子的空间结构(共46张PPT)

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XX月XX日
第二节　分子的空间结构
人教版高中化学选择必修二
素养目标 1.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相关理论解释提供支撑。
2.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。
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必备知识
正误判断
1.CO2分子中的键角为180°,是一种直线形分子;H2O是一种V形(或称角形)分子。NH3的空间结构是三角锥形,CH4分子中C—H键之间的键角是109°28',分子空间结构是正四面体形。
2.共价键的键参数与分子空间结构有关的是键长、键角。
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正误判断
1.分子结构的测定
许多现代仪器和方法可测定分子结构,如红外光谱、晶体X射线衍射等。红外光谱可以测定分子中含有哪些化学键或官能团。
2.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。
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正误判断
(2)四原子分子的空间结构——平面三角形和三角锥形。
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正误判断
(3)五原子分子的空间结构——正四面体形。
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正误判断
3.价层电子对互斥模型
(1)价层电子对互斥理论。
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。分子中的价层电子对包括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。
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正误判断
(2)VSEPR模型的两种类型。
①中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子。
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正误判断
②中心原子上有孤电子对的分子:对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子,中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间,并互相排斥使分子呈现不同的空间结构。
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正误判断
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正误判断
【微思考1】根据价层电子对互斥理论得到的VSEPR模型,就是分子的实际空间结构吗
提示:不完全是。VSEPR模型是按分子中价层电子对数进行判断的,但是有些分子中的部分价层电子对未形成化学键(孤电子对),而分子的空间结构是忽略孤电子对后的形状。
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正误判断
4.杂化轨道理论简介
(1)原子轨道杂化与杂化轨道。
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正误判断
(2)杂化轨道类型及分子的空间结构。
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原 子轨道及数目 1个s轨道和 1个p轨道 1个s轨道和 2个p轨道 1个s轨道和
3个p轨道
杂化轨道的数目 2 3 4
杂化轨道间的夹角 180° 120° 109°28'
空间结构名称 直线形 平面三角形 正四面体形
实例 CO2、C2H2 BF3、CH2O CH4、CCl4
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正误判断
【微思考2】举例说明,中心原子采取sp3杂化的分子的空间结构是否都是正四面体形。
提示:不是。CH4、NH3、H2O分子中的中心原子都是sp3杂化,CH4是正四面体形,NH3是三角锥形,H2O是角形(或V形)。
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必备知识
正误判断
1.价电子对之间的夹角越小,排斥力越小。 (　　)
2.NH3分子的VSEPR模型与分子空间结构不一致。(　　)
3.五原子分子的空间结构都是正四面体形。(　　)
4.杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同,但能量不同。
(　　)
5.凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其空间结构都是正四面体形。(　　)
6.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。
(　　)
答案:1.×　2.√　3.×　4.√　5.×　6.×
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探究2
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利用价层电子对互斥理论判断分子的空间结构
问题探究
ABm型分子或离子的价层电子对数
(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
探究1
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(1)根据上述信息分析BCl3的价层电子对数、价层电子对空间结构及分子空间结构。
提示:BCl3的价层电子对数= =3,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。
(2)NF3的价层电子对数、价层电子对空间结构、分子空间结构分别是怎样的
提示:NF3的价层电子对数= =4,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。
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(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 二者之间有何关系
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,两者一致;当中心原子上有孤电子对时,两者不一致。
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深化拓展
1.利用VSEPR模型确定粒子空间结构的步骤
中心原子价层电子对数n=σ键电子对数+ (a-xb)。
分子的空间结构——略去中心原子孤电子对后的空间结构。
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2.中心原子价层电子对数的计算
(1)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-离子电荷数;
对于阴离子,a=价电子数+|离子电荷数|。
(2)x表示与中心原子结合的原子数。
(3)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。
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素能应用
典例1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　　　。
答案:(1)V形
(2)平面三角形
(3)四面体形
(4)正四面体形
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解析:根据原子的最外层电子排布,可以判断出各分子中心原子含有的孤电子对数。
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
H2Se略去两对孤电子对,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,空间结构不是正四面体形,SiF4为正四面体形。
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变式训练1-1下列微粒的价层电子对数正确的是(加“·”的原子为中心原子)(　　)
答案:A
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解析:
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变式训练1-2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) 　　　;
(4)PF3　　　。
答案:(1)直线形　(2)V形　(3)三角锥形　(4)三角锥形
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解析:
分子或 离子 价层电 子对数 成键电 子对数 孤电 子对数 空间结构
BeCl2 2 2 0 直线形
SCl2 4 2 2 V形
4 3 1 三角锥形
PF3 4 3 1 三角锥形
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利用杂化轨道理论解释分子的空间结构
问题探究
在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些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,叫做轨道的杂化(双原子分子中,不存在杂化过程)。例如sp杂化、sp2杂化的过程如下:
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问题思考:
(1)观察上述杂化过程,分析原子轨道杂化后,数量和能量有什么变化
提示:杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。s轨道与p轨道的能量不同,杂化后,形成的一组杂化轨道的能量相同。
(2)2s轨道与3p轨道能否形成sp2杂化轨道
提示:不能。只有能量相近的原子轨道才能形成杂化轨道。2s轨道与3p轨道不在同一能层,能量相差较大。
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(3)用杂化轨道理论解释NH3、H2O的空间结构。
提示:N原子的价电子排布式为2s22p3,在形成NH3分子的过程中,N原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另1个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键,4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形;NH3分子中,由于N原子上的孤电子对的排斥作用,使3个N—H键的键角变小,成为三角锥形的空间结构。
O原子的价电子排布式为2s22p4,在形成H2O分子的过程中,O原子的1个2s轨道和3个2p轨道经杂化后形成4个sp3杂化轨道,其中2个杂化轨道中各有1个未成对电子,分别与H原子的1s轨道形成共价键,另2个杂化轨道中是成对电子,未与H原子形成共价键;4个sp3杂化轨道在空间构成正四面体形,但由于2对孤电子对的排斥作用,使2个O—H键的键角变得更小,使H2O分子成为V形的空间结构。
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(4)CH4、NH3、H2O中心原子的杂化类型都是sp3,键角为什么依次减小 从杂化轨道理论的角度比较键角大小时有什么方法
提示:CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化,中心原子上的孤电子对数依次为0、1、2。由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小,孤电子对数越多排斥作用越大,键角越小。比较键角时,先看中心原子杂化类型,杂化类型不同时:键角一般按sp、sp2、sp3顺序依次减小;杂化类型相同时,中心原子孤电子对数越多,键角越小。
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深化拓展
1.轨道杂化与杂化轨道
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2.对杂化过程的理解
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3.杂化类型的判断
因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,而两个原子之间只能形成一个σ键,故有下列关系:
杂化轨道数=中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化类型。例如:
代表物 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2 0+2=2 sp
CH2O 0+3=3 sp2
CH4 0+4=4 sp3
SO2 1+2=3 sp2
NH3 1+3=4 sp3
H2O 2+2=4 sp3
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4.共价键全部为σ键的分子空间结构与杂化类型
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素能应用
典例2指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。
(1)CS2分子中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　;
(2)CH2O中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　;
(3)CCl4分子中的C为　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　;
(4)H2S分子中的S为　　　杂化,分子的结构式为　　　,空间结构为　　　。
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解析:轨道杂化所用原子轨道的能量相近,且杂化轨道只能用于形成σ键,未参与杂化的p轨道还可以形成π键。杂化轨道类型决定了分子(或离子)的空间结构,如sp2杂化轨道之间的夹角为120°,空间结构为平面三角形。因此,也可根据分子的空间结构确定分子(或离子)中杂化轨道的类型,如CO2为直线形分子,因此分子中C原子的杂化轨道类型为sp杂化。
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变式训练2-1根据价层电子对互斥模型及原子杂化轨道理论判断NF3分子的空间结构和中心原子的杂化方式为(　　)
A.直线形　sp杂化
B.平面三角形　sp2杂化
C.三角锥形　sp2杂化
D.三角锥形　sp3杂化
答案:D
解析:判断分子的杂化方式要根据中心原子的孤电子对数以及与中心原子相连的原子个数。在NF3分子中N原子的孤电子对数为1,与其相连的原子数为3,根据原子杂化轨道理论可推知中心原子的杂化方式为sp3杂化,NF3分子的空间结构为三角锥形,类似于NH3。
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1.下列分子中,空间结构不是直线形的是(　　)
A.CO B.H2O
C.CO2 D.C2H2
答案:B
解析:CO为双原子分子,属于直线形;CO2、C2H2是典型的直线形分子,而H2O分子为V形。
2.下列有关NH3分子空间结构的分析正确的是(　　)
A.中心原子孤电子对数为0,分子为平面三角形,键角为120°
B.中心原子孤电子对数为0,分子为三角锥形,键角为107°
C.中心原子孤电子对数为1,分子为三角锥形,键角为107°
D.中心原子孤电子对数为1,分子为平面三角形,键角为109°28'
答案:C
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3.用VSEPR模型预测,下列分子中键角是120°的是(　　)
A.C2H2 B.CH4
C.BF3 D.CO2
答案:C
4.(双选)下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是(　　)
A.C6H6 B.CO2
C.SO3 D.NH3
答案:AC
解析:苯分子中的碳原子采取sp2杂化,A项正确;CO2分子中碳原子采取sp杂化,B项错误;三氧化硫分子中的S原子采取sp2杂化,C项正确;NH3分子中的氮原子采取sp3杂化,D项错误。
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5.在BrCH=CHBr分子中,C—Br键采用的成键轨道是(　　)
A.sp-p B.sp2-s
C.sp2-p D.sp3-p
答案:C
解析:分子中的两个碳原子都是采取sp2杂化,溴原子的价电子排布式为4s24p5,4p轨道上的一个未成对电子与碳原子的一个sp2杂化轨道成键。