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1、第 二 章 分 子 结 构 与 性 质第二节分子的空间结构【学习目标】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，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。1.通过杂化轨道理论的学习，能从微观角度理解中心原子的杂化类型对分子空间结构的影响。2.通过杂化轨道理论的学习，掌握中心原子杂化轨道类型判断的方法，建立分子空间结构分析的思维模型。【基础知识】一、分子结构的测定1、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
2、射 线 衍射等。2、红外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。3、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
3、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。二、多样的分子空间结构1、三原子分子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CO2():C：。o=c=o180。直线形H2OH：()：H()/H H105。V 形3、五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CH2O:o:H ：C ：HH/()=CH约 1 2 0 0小平面三角形NH3HH：N ：H/|H H H1 0 7。a三角锥形化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH4HH：C：HHH/tH
4、1 0 9。2 8 as4正四血体形C C 1 4；c i ；：C l :C ：C l :；C l ；Clz4 C l4C ICl1 0 9。2 8&也正四面体形4、其他多原子分子的空间结构三、价层电子对互斥模型1、价层电子对互斥模型(V S E P R m o d e l)：对 A B“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 时
5、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 g 键，就有几对工 键 电 子对。如 H 2 O 分子中，O有2对。键电子对。NH 3 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=；(“一地)表示中心原子的价电子数;对主族元素：。=最 外 层 电 子 数；对于阳离子：a=价电子数一离子所带电荷数；对于阴离子：价电子数+离 子 所 带 电 荷 数。x 表 示 与 与 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 Li t，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)
6、价层电子对数目：2、3、4VSEPR模型：宜线形 平面三角形 正四面体形4、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C0220ooo直线形直线形COF30平 面：.角形平面三角形CH4404 正四面体形为 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NH341。四面体形4三角锥形H
7、2O42吸0四面体形a v 形s o230 2 平面三角形A v 形四、杂化轨道理论简介(-)杂化轨道理论要点1、原子在成键时，同一原子中能量的原子轨道可重新组合成杂化轨道。2、杂化前后原子轨道数目不变，且 杂 化 轨 道 的 能 量 相同。3、杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力增 加。杂化轨道在角度分布上比单纯的s 或 p 轨道在某一方向上更集中，例如s 轨道与p 轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图 成键时根据 最大 重叠原理,使它的大头与其他原子轨道重叠，重:叠 程 度 更 大,形 成 的 共 价 键 更牢固。4、为使相互间的排斥最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布
8、。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系1、杂化轨道的类型(1 )sp3杂化轨道正四面体形sp3杂 化 轨 道 是 由 1 个 轨 道 和 3 个 如 轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有%和3力 的 成分，sp3杂化轨道间的夹角为109。28，,空间结构为正四面体形。(2)sp2杂化轨道平面三角形SP2杂 化 轨 道 是 由 1 个 S轨 道 和 2 个“D轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有;S和5p 成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120。，呈平面三角形。(3)sp杂化-直线形sp 杂 化 轨 道 是 由 1个“S轨 道 和 1个 P 轨道
9、杂化而成的，每个sp杂化轨道含有宏和金的成分，sp杂化轨道间的夹角为180。，呈直线形。2、杂化轨道类型与分子空间结构的关系(1)当杂化轨道全部用于形成c 键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。杂化类型spsp2sp3轨道夹角18012010928r杂化轨道示意图180备120120内 0。金实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图/N即、HH分子空间结构直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，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。A B 型分子中心原子杂化类型中心原子孤电子对数空间结构实例AB2sp21V
10、形so2AB3Sp31三角锥形NH3、P 03、NF3、H3O十A B 2 或(B 2 A)2V形H2S NH2【考点剖析】考点一价层电子对互斥模型的理解1 .下列关于价层电子对互斥模型的叙述中不正确的是（）A.价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构B.分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构C.中心原子上的孤电子对不参与互相排斥D.分子中键角越大，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定答 案 C解析价层电子对互斥模型可用来预测分子的空间结构，注意实际空间结构要去掉孤电子对,A正确；空间结构与价层电子对相互排斥有关，所以分子中价层电子对相互排斥决定了分子的空间结构，B正确；中心原子上的孤
11、电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间排斥力孤电子对和成对电子对间的排斥力，C错误；在多原子分子内，两个共价键之间的夹角越大，价层电子对相互排斥力越小，分子越稳定，D正确。2 .S O?离子的中心原子孤对电子计算公式为幺声中，下列对应的数值正确的是（）A.=8 x=3 6=2B.a=6 x=3 b=2.C.。=4 x=2 b=3D.。=6 x-2 h 3答 案 A考点二价层电子对互斥模型的应用3.用价层电子对互斥模型判断SCh分子的空间结构为（）A.正四面体形 B.V 形C.三角锥形 D.平面三角形答 案 D解析 SO3中心原子s 的孤电子对数=J x（6-3 X 2）=
12、0,没有孤对电子，只有3 对 0 键电子对，故其分子空间结构为平面三角形。4.根据价层电子对互斥模型，判断下列分子或者离子的空间结构不是三角锥形的是（）A.PC13 B.H.Q+C.HCHO D.PH3答 案 C5 X 3解析 PC13中 P 原子含有的孤电子对数是一2一=1，。键电子对数为3,P 的价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形，PCb的空间结构为三角锥形，A 不选；+中 0 原子含有 的 孤 电 子 对 数 是*3=,。键电子对数为3,O 的价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形，H.Q+的空间结构为三角锥形，B 不选；HCHO中碳原子含有的孤电子对数A 1 X 22 X
13、1是-L=0,G键电子对数为3,C 的价层电子对数为3,VSEPR模型为平面三角c x 3形，甲醛的空间结构是平面三角形，C 选；PH3中 P 原子含有的孤电子对数是一2=c 键电子对数为3,P 的价层电子对数为4,VSEPR模型为四面体形，PH3的空间结构为三角锥形，D 不选。5.下列描述中正确的是（）A.CS2为 V 形分子B.CIO?的空间结构为平面三角形C.SF6中有6 对完全相同的成键电子对D.SiF4和 SOT的中心原子均无孤电子对答 案 c解析 CS2为直线形分子；CIO*中心原子的价层电子对数为3+7+s p3 D.s p、s p2答 案C1 7 .下列分子所含原子中，既有s
14、p 3杂化，又有s p 2杂化的是（）()I IC/C.甲醛 H H 答 案AN%H C/C=C/B.丙烯月削H H jHIH C g C HID.丙焕 H 1 8 .氯化亚飒（S O C h）可作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚飒分子的空间结构和中心原子（S）采取杂化方式的说法正确的是（）A.三角锥形、s p 3 B.V形、s p 2C.平面三角形、s p2 D.三角锥形、s p?答 案A1 9 .下列关于N H；、N%、N H 三种微粒的说法不正确的是（）A.三种微粒所含有的电子数相等B.三种微粒中氮原子的杂化方式相同C.三种微粒的空间结构相同D.键角大小关系：N H 1 N H 3 N H2答 案c