【公开课】第二章++第二节++分子的空间结构+++课件高二化学人教版（2019）选择性必修2.pptx

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1、人教版高中化学选择性必修2第二章第二章 分子结构与性质分子结构与性质第二节 分子的空间结构1.红外光谱法红外光谱法一、分子结构的测定(1)(1)原理：原理：分子中的原子不是固定不动的，而是处于不断振动着的。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。红外光谱仪红外光谱仪吸收峰吸收峰分析官能团、化学键。分析官能团、化学键。(2)(2)原理示意图原理示意图1.红外光谱法红外光谱法一、分子结构的测定通过红外光谱仪测得某未知物的红外光谱图如上图，发现有O-H、C-H、

2、和C-O的振动吸收。因此，可初步推测该未知物中含有羟基（-OH）。1.红外光谱法红外光谱法一、分子结构的测定 红外光谱帮助我们确定分子中的化学键和官能团，还有什么现代化仪器帮我们确定有机物的结构呢？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。一、分子结构的测定一、分子结构的测定2.质谱法：质谱法：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。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

3、确定化学键和官能团信息的方法是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.质谱法质谱法 B.红外光谱法红外光谱法 C.核磁共振氢谱法核磁共振氢谱法 D.燃烧法燃烧法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.红外光谱法红外光谱法 B.质谱法质谱法 C.核磁共振氢谱法核磁共振氢谱法 D.色谱法色谱法3.质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方法是让极少质谱法能够对有机分子结构进行分析，其方法是让极少量量(10-9g)化合物通过质谱仪，样品分子大量离子化，少量化合物通过质谱仪，样品分子大量离子

4、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品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷，信号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强度与该离子的多少有关)，该有机物可能是（，该有机物可能是（）A.甲醇甲醇(CH3OH)B.甲烷甲烷 C.丙烷丙烷 D.乙烯乙烯B B B 二、多样的分子空间构型1、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？、利用几何知识分析一下，空间分布的两个点是否一定在同一直线？迁移：迁移：两个原子构成的分子，将这两个原子构成的分子，将这2个原子看成两个点，则它

5、们在空间上可个原子看成两个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？能构成几种形状？分别是什么？O2HCl2、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？、利用几何知识分析一下，空间分布的三个点是否一定在同一直线上？迁移：迁移：三个原子构成的分子，将这三个原子构成的分子，将这3个原子看成三个点，则它们在空间上可个原子看成三个点，则它们在空间上可能构成几种形状？分别是什么？能构成几种形状？分别是什么？CO2H2O二、多样的分子空间构型多样的分子多样的分子 空间结构空间结构在多原子构成的分子中，由于原子间排列的空间顺序不一样，于是分子就有了原子的几何学关系和形状，这就是分子的

6、空间结构，这就是所谓的分子的立体构型。二、多样的分子空间构型1 1、双原子分子（直线形）、双原子分子（直线形）O2HCl直线形直线形 180二、多样的分子空间构型2 2、三原子三原子(ABAB2 2型型型型)分子的空间构型分子的空间构型物质物质化学式化学式空间结构空间结构结构式结构式键角键角空间结构模型空间结构模型二氧化碳二氧化碳CO2180水水H2O105直线形V形二、多样的分子空间构型3 3、四原子四原子(ABAB3 3型型型型)分子的空间构型分子的空间构型物质物质化学式化学式空间结构空间结构结构式结构式键角键角空间结构模型空间结构模型甲醛甲醛CH2O120氨氨NH3107平面三角形三角锥

7、形四原子分子的其它立体构型（直线形、正四面体形）四原子分子的其它立体构型（直线形、正四面体形）C2H2 180P4 60正四面体形正四面体形BF3平面正三角形平面正三角形 120二、多样的分子空间构型二、多样的分子空间构型4 4、五原子五原子(ABAB4 4型型型型)分子的空间构型分子的空间构型物质物质化学式化学式空间结构空间结构结构式结构式键角键角空间结构模型空间结构模型甲烷甲烷CH410928四氯化碳四氯化碳CCl410928正四面体形正四面体形正四面体形正四面体形注意：注意：五原子分子五原子分子不都是正四面体结构不都是正四面体结构，如如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等，等，虽为四面

8、体结构，但由于碳原子所连的四个原子不相同，四个原子电子云虽为四面体结构，但由于碳原子所连的四个原子不相同，四个原子电子云的排斥力不同，使四个键的键角不全相等，所以并不是正四面体结构。的排斥力不同，使四个键的键角不全相等，所以并不是正四面体结构。分子的立体构型与键角的关系：分子的立体构型与键角的关系：分子类型分子类型键角键角立体构型立体构型实例实例AB2180CO2、BeCl2、CS2180H2O、H2SAB3120BF3、BCl3120NH3、H3O、PH3AB410928CH4、NH4+、CCl4直线形直线形V形形平面三角形平面三角形三角锥形三角锥形正四面体形正四面体形二、多样的分子空间构型

9、二、多样的分子空间构型5 5、其它多原子分子其它多原子分子P4P4O6P4O10C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6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。二、多样的分子空间构型1.下列分子的空间结构模型正确的是下列分子的空间结构模型正确的是 ()A.CO2的空间结构模型的空间结构模型B.H2O的空间结构模型的空间结构模型C.NH3的空间结构模型的空间结构模型D.CH4的空间结构模型的空间结构模型2.下列物质分子的空间结构与下列物质分子的空间结构与CH4相同的是

10、（相同的是（）A.H2O B.P4 C.NH3 D.CO2 D B 同为三原子分子，同为三原子分子，CO2 和和 H2O 分子的空间构型却不同分子的空间构型却不同 同为四原子分子，同为四原子分子，CH2O与与 NH3 分子的的空间结构也不同，什么原因？分子的的空间结构也不同，什么原因？思考与讨论思考与讨论三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)1、内容：、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。价层电子对价层电子对=键键电子对电子对+中心原子上的中心原子上的孤电子对孤电子对（多重键只计

11、其中键电子对，不计键电子对）对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对（包括成键成键键电子对键电子对和未成键的孤电子对未成键的孤电子对）之间由于存在排斥力，将使分子的几何构型总是采取电子对尽可能远离彼此的那种构型，使彼此之间的斥力最小，体系能量最低，最稳定。孤电子对孤电子对指成对但不成键的价电子。孤电子孤电子对对三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)2、用途：、用途：预测分子或离子的空间构型。CO2为什么不是直角形状，而是直线型呢？中心原子（C原子）形成了两个键，没有孤电子对，总和为2对价层电子对。为了使它们之间斥力最小，就应使夹角为180，也就预测出了CO2不可能是直角形状，

12、而必定是直线型。CH4为什么不是正方形，而是正四面体结构呢？中心原子（C原子）形成了四个键，没有孤电子对，总和为4对价层电子对。为了使它们之间斥力最小，就应使夹角为10928，不能是90，也就预测出了CH4必定是正四面体。利用价层电子对互斥理论，可以对分子或离子的空间结构做出精确预测。但前提，要算出分子的中心原子的价层电子对价层电子对的个数。三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)3、中心原子价层电子对的确定中心原子价层电子对的确定：价层电子对=键电子对+中心原子的孤电子对(1)键电子对键电子对可从分子式来确定。ABn型分子，A为中心原子，B为周围与A用共价键结合的原子。n为结合数量

13、，也等于A与B之间结合的键个数，即键电子对的数量，即：键电子对数=中心原子结合的原子数。例如：H2O中O的键电子对数是2；NH3中的键电子对数是3。三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)3、中心原子价层电子对的确定中心原子价层电子对的确定：价层电子对=键电子对+中心原子的孤电子对(2)中心原子的孤电子对中心原子的孤电子对=其中：a为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|。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能接受的电子数，H为1，其他原子8-该原子的价电子数，如：O为2、N

14、为3（化合价数）（a-xb）2 21 1三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)3、中心原子价层电子对的确定中心原子价层电子对的确定：价层电子对=键电子对+中心原子的孤电子对(2)中心原子的孤电子对中心原子的孤电子对=（a-xb）2 21 1分子或离子中心原子axb中心原子的孤电子对键电子对数价层电子对数VSEPR模型H2OOSO2SNH4+NCO32-CCO2CSO42-S615-1=404+2=60224132622142206+2=8420243224343424四面体形四面体形四面体形四面体形四面体形四面体形平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形直线形直线形三、价层电子对互

15、斥模型(VSEPR)(VSEPR)键电子对数孤电子对数价层电子对数键电子对数孤电子对数价层电子对数价层电子对价层电子对互斥理论互斥理论VSEPR模型模型略去孤电子对略去孤电子对分子或离子的空间结构。分子或离子的空间结构。4、根据价层电子对互斥模型推测根据价层电子对互斥模型推测分子或离子的分子或离子的空间结构空间结构三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)得到VSEPR模型以后，若分子的中心原子有孤电子对，中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥。再讨论空间构型时应略去孤电子对，才是该分子的实际空间构型。例如：CH4、NH3、H2O，中心原子都是4对价层电

16、子对，它们相互排斥，VSEPR模型都是四面体，但CH4孤电子对为0，为正四面体，NH3孤电子对为1，三角锥形，H2O孤电子对为2，V形。三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：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。随着孤电子对数目的增多，孤电子对与成键电子对之间的斥力增大，随着孤电子对数目的增多，孤电子对与成键电子对之间的斥力增大，键角减小。键角减小。价层电子对互斥模型价层电子对互斥模型不能用于预测不能用于预测以以过渡金属过渡金属

17、为中心原子的分子。为中心原子的分子。三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)化学式键电子对数中心原子孤对电子数VSEPR模型名称分子的立体结构H2SBF3NH2-SO2CO32-SO32-2023V V形形平面正三角形平面正三角形 V 形形22平面三角形平面三角形四面体形四面体形四面体形四面体形思考与讨论：应用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间构型应用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的空间构型323110平面三角形平面三角形平面三角形平面三角形四面体形四面体形 V 形形平面正三角形平面正三角形三角锥形三角锥形三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)价层电子对互斥

18、模型和分子立体结构是相同的分子构型吗价层电子对互斥模型和分子立体结构是相同的分子构型吗？思考与讨论思考与讨论(1)区别：区别：价层电子对互斥模型是价层电子对互斥模型是包括包括孤电子对孤电子对和和成键电子对成键电子对的的立体结构；立体结构；分子的立体结构是分子的立体结构是成键电子对的立体结构成键电子对的立体结构，不包括不包括孤对电子孤对电子。(2)联系：联系：当中心原子无孤对电子时当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致。两者的构型一致。当中心原子有孤对电子时当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。两者的构型不一致。1.判断正误判断正误(对的在括号内打对的在括号内打“”，错的在括号内打，错的在括

19、号内打“”)(1)SO2分子与分子与CO2分子的组成相似，故它们都是直线形分子。分子的组成相似，故它们都是直线形分子。()(2)分子的分子的VSEPR模型和相应分子的立体构型是相同的。模型和相应分子的立体构型是相同的。()(3)根据价层电子对互斥理论，根据价层电子对互斥理论，H3O的立体构型为平面正三角形。的立体构型为平面正三角形。()2.下列微粒的价层电子对数正确的是下列微粒的价层电子对数正确的是(加加“”的原子为中心原子的原子为中心原子)()三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)A3.下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是下列有关价层电子对互斥理论的描述正确的是()A.价层电

20、子对就是价层电子对就是键电子对键电子对 B.孤电子对数由分子式来确定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.孤电子对数等于孤电子对数等于键数键数4.下列分子中，空间结构不是直线形的是下列分子中，空间结构不是直线形的是()A.CO B.H2O C.CO2 D.C2H2CB三、价层电子对互斥模型(VSEPR)(VSEPR)甲烷分子中四个甲烷分子中四个CH键的键能、键长，为什么都完全相同键的键能、键长，为什么都完全相同？解释：解释：当碳原子与当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的个氢原子形成甲烷分子时，碳原子的2s轨道轨道和和3

21、个个2p轨道轨道发生混杂，发生混杂，混杂时混杂时保持轨道总数不变保持轨道总数不变，却得到，却得到4个新的能量相同、方向不同的轨道个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面，各指向正四面体的体的4个顶角，夹角个顶角，夹角10928，称为，称为sp3杂化轨道杂化轨道，表示这，表示这4个轨道是由个轨道是由1个个s轨道和轨道和3个个p轨轨道杂化形成道杂化形成的。碳原子的的。碳原子的4个个sp3杂化轨道再分别与杂化轨道再分别与4个氢原子的个氢原子的1s轨道重叠，形成轨道重叠，形成4个个C-H 键，因此呈正四面体形的空间结构。键，因此呈正四面体形的空间结构。四、杂化轨道理论为了四个杂化轨道在空间尽可能远

22、离，使轨道间的排斥最小，为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，4个杂化轨个杂化轨道的伸展方向成什么立体构型道的伸展方向成什么立体构型?四、杂化轨道理论 四个四个H原子的原子的4个个s轨道与轨道与C原子的四个原子的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的了四个性质、能量和键角都完全相同的S-SP3键，从而构成一个正四面体形键，从而构成一个正四面体形的分子。的分子。10928四、杂化轨道理论1.概念：外界条件下，能量相近的原子轨道混杂起来，重新组合新轨道的过程叫做原子轨道的杂化，杂化后的新轨道就称为杂化轨道。2.要点：(1)参

23、与杂化的原子轨道能量相近（同一能级组或相近能级组的轨道）(2)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，杂化改变了原子轨道的形状、方向，成键时更有利于轨道间的重叠。(3)杂化前后原子轨道在空间取最大夹角分布，使相互间排斥力最小。四、杂化轨道理论3.杂化的条件：(1)只有在形成化学键时才能杂化；(2)只有能量相近的轨道间才能杂化。4.杂化轨道的特征：(1)杂化前后轨道数不变；(2)杂化过程中轨道的形状发生变化；(3)杂化后形成的化学键更稳定；(4)杂化后的新轨道能量、形状都相同；(5)杂化后的轨道之间尽可能远离；(6)杂化轨道只用于形成键和容纳孤电子对。四、杂化轨道理论

24、对杂化过程的理解 四、杂化轨道理论sp杂化轨道的形成过程 x y z x y z z x y z x y z 180sp 杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与1个个p 轨道进行的杂化，形成轨道进行的杂化，形成2个个sp杂化轨道。杂化轨道。sp杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有杂化轨道的形状为一头大，一头小，含有1/2 s 轨道和轨道和1/2 p 轨道的成分两轨道的成分两个轨道间的夹角为个轨道间的夹角为180，呈，呈直线形。直线形。5.杂化类型及分子的空间构型：四、杂化轨道理论sp杂化 中心原子的中心原子的1个个_轨道和轨道和1个个_轨道杂化得到夹角为轨道杂化得到夹角为_的的_杂化杂化轨道。轨道。

25、sp ppspppspspppsp180直线形直线形四、杂化轨道理论180ClClBe例如：例如：sp 杂化杂化 BeCl2分子的形成分子的形成Be原子：原子：1s22s2 没有单个电子没有单个电子spsp杂化杂化ClClsppxpx四、杂化轨道理论练习1：分析C2H2的杂化方式C2p22s2基态原子：H1s1激发态原子：C2p32s1杂化后：四、杂化轨道理论sp2杂化轨道的形成过程 5.杂化类型及分子的空间构型：x y z x y z z x y z x y z 120sp2杂化杂化：1个个s 轨道与轨道与2个个p 轨道进行的杂化轨道进行的杂化,形成形成3个个sp2 杂化轨道。杂化轨道。每个

26、每个sp2杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有 1/3 s 轨道和轨道和 2/3 p 轨道轨道的成分，每两个轨道间的夹角为的成分，每两个轨道间的夹角为120，呈呈平面三角形。平面三角形。四、杂化轨道理论SP2杂化 中心原子的1个_轨道和2个_轨道杂化得到夹角为_的_杂化轨道。sp120平面三角形平面三角形sp p psp2p注意：注意：sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成轨道，可用于形成键，键，而杂化轨道只用于形成而杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。键或者用来容纳未参与成键的孤电子

27、对。四、杂化轨道理论120FFFB例如：例如：sp2 杂化杂化 BF3分子的形成分子的形成B B：1s1s2 22s2s2 22p2p1 1 没有没有3 3个单电子个单电子sp2sp2杂化四、杂化轨道理论练习2：分析C2H4的杂化方式C2s2基态原子：H1s1激发态原子：C2p32s1杂化后：HHHH2p2四、杂化轨道理论BH2p12s21s1基态原子：激发态原子：B2p22s1杂化后：HHH练习3：请结合价键理论分析BH3的分子结构四、杂化轨道理论sp3杂化轨道的形成过程 5.杂化类型及分子的空间构型：x y z x y z z x y z x y z 10928sp3杂化杂化：1个个s 轨

28、道与轨道与3个个p 轨道进行的杂化，形成轨道进行的杂化，形成4个个sp3 杂化轨道。杂化轨道。每个每个sp3杂化轨道的形状也为一头大，一头小，杂化轨道的形状也为一头大，一头小，含有含有 1/4 s 轨道和轨道和 3/4 p 轨轨道的成分每两个轨道间的夹角为道的成分每两个轨道间的夹角为10928，空间构型为空间构型为正四面体形。正四面体形。四、杂化轨道理论SP3杂化 中心原子的1个_轨道和3个_轨道杂化得到夹角为_的_杂化轨道。sp10928正四面体形正四面体形sp ppsp3四、杂化轨道理论例如：例如：sp3杂化杂化 CH4分子的形成分子的形成sp3C：2s22p2四、杂化轨道理论6.杂化类型

29、判断：A的价电子对数的价电子对数234A的杂化轨道数的杂化轨道数杂化类型杂化类型A A的价电子空间构型的价电子空间构型的价电子空间构型的价电子空间构型（VSEPRVSEPR模型）模型）模型）模型）A的杂化轨道空间构型的杂化轨道空间构型ABm型分子或离子空间构型型分子或离子空间构型对于对于ABm型分子或离子，其中心原子型分子或离子，其中心原子A的杂化轨道数恰好与的杂化轨道数恰好与A的价电子对数相等。的价电子对数相等。234spsp2sp3直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直线型直线型平面三角形平面三角形正四面体正四面体直线型直线型平面三角形平面三角形或或V形形正四面体形、正四面体形

30、、三角锥形或三角锥形或V形形四、杂化轨道理论6.杂化类型判断：四、杂化轨道理论实例实例价电子价电子对数对数VSEPR模型模型名名称称杂化轨杂化轨道数道数中心原子的杂化中心原子的杂化轨道类型轨道类型分子的空间构型分子的空间构型BeCl2、CO2SO2H2OSO3NH3CH4、CCl4直线形平面三角形四面体形平面三角形四面体形四面体形spsp2sp3sp2sp3sp3直线形V形V形平面三角形三角锥形正四面体形2343442343441、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2、在BrCH=CHBr分子中，C-Br键采用的成键轨道是()A.sp-p B.sp2-sC.sp2-p D.sp3-pDC四、杂化轨道理论四、杂化轨道理论3、指出下列原子的杂化轨道类型、分子的结构式及空间结构。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。