第二章分子結構與性質(zhì)第二節(jié)分子的空間結構分子結構的測定和多樣性價層電子對互斥模型第1課時

2015年，中國科學家屠呦呦獲得了諾貝爾獎。青蒿素是中國傳統(tǒng)藥物青蒿中提取的抗瘧藥物。如何測定青蒿素的分子結構呢？一、分子結構的測定青蒿素早年的科學家主要靠對物質(zhì)的化學性質(zhì)進行系統(tǒng)總結得出規(guī)律后進行推測元素定量分析確定實驗式一、分子結構的測定分離提純測定相對分子質(zhì)量確定分子式（質(zhì)譜儀）現(xiàn)代儀器分析確定結構式（紅外光譜、晶體X射線衍射等）工作原理：在質(zhì)譜儀中用高能電子流轟擊樣品分子，使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對質(zhì)量，它們在高壓電場加速后，通過狹縫進入磁場得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學家對這些峰進行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對分子質(zhì)量，或通過碎片離子分析推斷分子結構。1.質(zhì)譜法測定分子的相對分子質(zhì)量或分子結構質(zhì)譜圖讀譜：相對分子質(zhì)量＝“最大”質(zhì)荷比1.質(zhì)譜法圖2-9甲苯分子的質(zhì)譜圖縱坐標：相對豐度（與粒子的濃度成正比）橫坐標：粒子的相對質(zhì)量與其電荷數(shù)之比（），簡稱質(zhì)荷比mzmz=92的峰是甲苯分子的正離子（C6H5CH3)，+mz=91的峰是丟失一個氫原子的甲苯正離子（C6H5CH2)，+mz=65的峰是分子碎片……因此，便可推測被測物的相對分子質(zhì)量是92測定分子的相對分子質(zhì)量或分子結構

工作原理：當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，可分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。2.紅外光譜法測定分子結構1.某有機化合物由碳、氫、氧三種元素組成，其紅外光譜圖有C—H、O—H、C—O、C—C的振動吸收，該有機物的相對分子質(zhì)量是60，則該有機物的結構簡式是A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH(OH)CH3C.CH3CH2OH D.CH3COOH應用體驗√解析

A中不存在O—H；C中有機物相對分子質(zhì)量不是60；D中還存在CO。觀察下列幾種簡單的分子的空間結構模型CO2H2OHCHONH3CH4CH3Cl

化學式電子式結構式鍵角分子的空間結構三原子分子CO2

H2OO==C==O180°直線形105°V形(角形)

單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結構，多原子分子中存在原

子的幾何學關系和形狀，即所謂“分子的空間結構”。

共價鍵的飽和性和方向性二、多樣的分子空間結構CO2H2O化學式電子式結構式鍵角四原子分子NH3

CH2O分子的空間結構CH2ONH3107°三角錐形約120°平面三角形化學式電子式結構式鍵角五原子分子CH4

CH3Cl分子的空間結構109°28′正四面體形四面體形約109°28′CH4CH3Cl一些分子的空間結構模型P4P4O10P4O6C60椅式C6H12船式C6H12S8SF6PCl5正八面體形三角雙錐形分子世界是如此異彩紛呈，美不勝收，常使人流連忘返。分子空間結構與其穩(wěn)定性有關。例如，S8像頂皇冠，如果把其中一個向上的硫原子倒轉向下，盡管也可以存在，卻不如皇冠式穩(wěn)定；又如，椅式C6H12比船式C6H12穩(wěn)定。具有相同原子數(shù)的分子，空間構型為什么會不同？三、價層電子對互斥模型對ABn型的分子或離子，中心原子A的價層電子對之間由于存在排斥力，將使分子的空間結構總是采取電子對相互排斥最弱的那種結構，以使彼此之間斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩(wěn)定。1.價層電子對互斥模型(VSEPRmodel)(2)σ鍵電子對數(shù)的計算

由化學式確定，即中心原子形成幾個σ鍵（中心原子結合幾個原子），

就有幾對σ鍵電子對。

如H2O分子中，O有

對σ鍵電子對；NH3分子中，N有

對σ鍵

電子對；CO2分子中，C有

對σ鍵電子對。232.價層電子對的計算多重鍵只計其中σ鍵的電子對，不計π鍵電子對。2(1)中心原子價層電子對數(shù)

中心原子價層電子對數(shù)＝σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)(3)中心原子上的孤電子對數(shù)的計算

中心原子上的孤電子對數(shù)＝

(a－xb)①a表示中心原子的價電子數(shù)；

對于主族元素：a＝

；

對于陽離子：a＝

；

對于陰離子：a＝

。②x表示與中心原子結合的原子數(shù)。③b表示與中心原子結合的原子最多能接受的電子數(shù)，氫為1，其他原

子為

。最外層電子數(shù)價電子數(shù)－離子電荷數(shù)價電子數(shù)＋離子電荷數(shù)(絕對值)8－該原子的價電子數(shù)2.價層電子對的計算①a表示中心原子的價電子數(shù)；③b表示與中心原子結合的原子最多能接受的電子數(shù)。②x表示與中心原子結合的原子數(shù)；分子或離子中心原子axb中心原子上的孤電子對數(shù)SO2SNH4NCO3CSO4SPO4PNO2N+2-2-3--621

中心原子上的孤電子對數(shù)＝1/2(a－xb)25-1=44104+2=63206+2=84205+3=84225+1=62013.價層電子對的空間結構(即VSEPR模型)價層電子對數(shù)目：2

3

4VSEPR理想模型：

_直線形平面三角形正四面體形分子的空間結構總是采取電子對相互排斥最弱的那種結構，以使彼此之間斥力最小，分子或離子的體系能量最低，最穩(wěn)定。中心原子價層電子對數(shù)

＝σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)4.VSEPR模型的應用——預測分子空間結構化學式σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)中心原子價層電子對數(shù)結構式含孤電子對的VSEPR模型分子的空間結構模型H2ONH3預測分子空間結構的思維方法1.求出中心原子上的孤電子對數(shù)和價層電子對數(shù)（σ鍵電子對數(shù)＋孤電子對數(shù)）。2.根據(jù)中心原子的價層電子對數(shù)確定含有孤電子對的VSEPR模型。3.略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對，便可得到分子的空間結構。224314根據(jù)價層電子對互斥模型對幾種分子或離子的空間結構的推測分子或離子中心原子上的孤電子對數(shù)中心原子上的價層電子對數(shù)VSEPR模型VSEPR模型名稱分子或離子的空間結構分子或離子的空間結構名稱CO2SO2CO3CH42-02310304直線形直線形平面三角形平面三角形平面三角形V形正四面體形正四面體形思考與討論教材P47確定BF3、NH4和SO3的VSEPR模型和它們的空間結構，并與同學討論。+2-分子或離子中心原子上的孤電子對數(shù)中心原子上的價層電子對數(shù)VSEPR模型名稱空間結構名稱BF3NH4SO303平面三角形平面三角形+2-04正四面體形正四面體形14四面體形三角錐形

若ABn型分子中，A與B之間通過兩對或三對電子(即通過雙鍵或三鍵)

結合而成，則價層電子對互斥模型把雙鍵或三鍵作為一對電子對看

待。

由于孤電子對有較大斥力，含孤電子對的分子的實測鍵角幾乎都小

于VSEPR模型的預測值。

價層電子對之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：孤電子對與孤電子

對＞孤電子對與成鍵電子對＞成鍵電子對與成鍵電子對。隨著孤電

子對數(shù)目的增多，成鍵電子對與成鍵電子對之間的斥力減小，鍵角

也減小。

價層電子對互斥模型不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子。特別提醒1.價層電子對的VSEPR模型與分子的空間結構一定一致嗎？什么時候一致？提示

不一定一致，中心原子有孤電子對時，二者結構不一致；當中心原子無孤電子對時，二者結構一致。2.試解釋CH4鍵角(109°28′)、NH3鍵角(107°)、H2O鍵角(105°)依次減小的原因。提示

CH4分子中的C原子沒有孤電子對，NH3分子中N原子上有1個孤電子對，H2O分子中O原子上有2個孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用增大，故鍵角減小。深度思考鍵角的判斷與比較鍵角：NH3

PH3>

中心原子雜化方式相同且孤電子對數(shù)目也相同，利用中心原子的電負性大小比

較鍵角大小。

電負性N大于P，NH3中成鍵電子對更靠近中心