高中化學(xué)人教版 (2019)選擇性必修2第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)第1課時(shí)學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

第二節(jié)　分子的空間結(jié)構(gòu)第1課時(shí)　分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定和多樣性　價(jià)層電子對(duì)互斥模型[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]　1.了解分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法。2.通過對(duì)典型分子空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)微觀結(jié)構(gòu)對(duì)分子空間結(jié)構(gòu)的影響，了解共價(jià)分子結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性。3.通過對(duì)價(jià)層電子對(duì)互斥模型的探究，建立解決復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)判斷的思維模型。一、分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定早年科學(xué)家主要靠對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)得出規(guī)律后進(jìn)行推測(cè)，現(xiàn)代科學(xué)家應(yīng)用了許多測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代儀器和方法，如紅外光譜、晶體X射線衍射等。1．紅外光譜在測(cè)定分子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分子中的原子不是固定不動(dòng)的，而是不斷地振動(dòng)著的。當(dāng)一束紅外線透過分子時(shí)，分子會(huì)吸收跟它的某些化學(xué)鍵的振動(dòng)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(kù)比對(duì)，或通過量子化學(xué)計(jì)算，可以得知各吸收峰是由哪種化學(xué)鍵、哪種振動(dòng)方式引起的，綜合這些信息，可分析分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。2．質(zhì)譜法在測(cè)定分子相對(duì)分子質(zhì)量中的應(yīng)用現(xiàn)代化學(xué)常利用質(zhì)譜儀測(cè)定分子的相對(duì)分子質(zhì)量。它的基本原理是在質(zhì)譜儀中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(duì)質(zhì)量，它們?cè)诟邏弘妶?chǎng)加速后，通過狹縫進(jìn)入磁場(chǎng)得以分離，在記錄儀上呈現(xiàn)一系列峰，化學(xué)家對(duì)這些峰進(jìn)行系統(tǒng)分析，便可得知樣品分子的相對(duì)分子質(zhì)量。1．可以準(zhǔn)確判斷有機(jī)物分子中含有哪些官能團(tuán)的分析方法是(　　)A．核磁共振氫譜 B．質(zhì)譜C．紅外光譜 D．紫外光譜答案　C解析　核磁共振氫譜能分析等效氫的種類，故A錯(cuò)誤；質(zhì)譜分析相對(duì)分子質(zhì)量，故B錯(cuò)誤；紅外光譜判斷有機(jī)物分子中官能團(tuán)的種類，故C正確；只根據(jù)紫外光譜是不能完全確定物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，故D錯(cuò)誤。2．2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的貢獻(xiàn)之一是發(fā)明了對(duì)有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的質(zhì)譜法。其方法是讓極少量(10－9 g左右)的化合物通過質(zhì)譜儀的離子化室使樣品分子大量離子化，少量分子碎裂成更小的離子。如C2H6離子化后可得到C2H、C2H、C2H……然后測(cè)定其質(zhì)荷比β。設(shè)H＋的質(zhì)荷比為1，某有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比如圖(假設(shè)離子均帶一個(gè)單位正電荷，信號(hào)強(qiáng)度與該離子多少有關(guān))，則該有機(jī)物可能(　　)A．CH3OH B．C3H8C．C2H4 D．CH4答案　D解析　有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比的最大值為該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量，根據(jù)有機(jī)物樣品的質(zhì)荷比圖可知該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為16，甲醇、丙烷、乙烯、甲烷的相對(duì)分子質(zhì)量分別為32、44、28、16，因此該有機(jī)物是甲烷。二、多樣的分子空間結(jié)構(gòu)單原子分子(稀有氣體分子)、雙原子分子不存在空間結(jié)構(gòu)，多原子分子中存在原子的幾何學(xué)關(guān)系和形狀，即所謂“分子的空間結(jié)構(gòu)”。1．三原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CO2O==C==O180°直線形H2O105°V形 2.四原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CH2O約120°平面三角形NH3107°三角錐形 3．五原子分子化學(xué)式電子式結(jié)構(gòu)式鍵角空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)名稱CH4109°28′正四面體形CCl4109°28′正四面體形 4.其他多原子分子的空間結(jié)構(gòu)(1)四原子分子一定都是平面三角形或三角錐形(　　)(2)正四面體形的鍵角均為109°28′(　　)(3)SiCl4、SiH4、NH、CH3Cl均為正四面體結(jié)構(gòu)(　　)(4)SF6分子的空間結(jié)構(gòu)為正八面體形(　　)(5)椅式C6H12比船式C6H12穩(wěn)定(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√1．下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型正確的是(　　)A．CO2的空間結(jié)構(gòu)模型：B．H2O的空間結(jié)構(gòu)模型：C．NH3的空間結(jié)構(gòu)模型：D．CH4的空間結(jié)構(gòu)模型：答案　D解析　CO2的空間結(jié)構(gòu)為直線形，A不正確；H2O的空間結(jié)構(gòu)為V形，B不正確；NH3的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，C不正確；CH4的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，D正確。2．(2020·南京調(diào)研)(1)硫化氫(H2S)分子中，兩個(gè)H—S的夾角接近90°，說明H2S分子的空間結(jié)構(gòu)為________。(2)二硫化碳(CS2)分子中，兩個(gè)C==S的夾角是180°，說明CS2分子的空間結(jié)構(gòu)為________。(3)能說明CH4分子不是平面四邊形，而是正四面體結(jié)構(gòu)的是__________(填字母)。a．兩個(gè)鍵之間的夾角為109°28′b．C—H為極性共價(jià)鍵c．4個(gè)C—H的鍵能、鍵長(zhǎng)都相等d．二氯甲烷(CH2Cl2)只有一種(不存在同分異構(gòu)體)答案　(1)V形　(2)直線形　(3)ad解析　(1)、(2)中可由鍵角直接判斷分子的空間結(jié)構(gòu)。(3)五原子分子CH4可能有平面四邊形和正四面體兩種空間結(jié)構(gòu)，不管為哪種，b、c兩項(xiàng)都成立；若為前者，則鍵角為90°，CH2Cl2有兩種：和；若為后者，則鍵角為109°28′，CH2Cl2只有一種。三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型1．價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR model)：對(duì)ABn型的分子或離子，中心原子A的價(jià)層電子對(duì)(包括成鍵的σ鍵電子對(duì)和未成鍵的孤電子對(duì))之間由于存在排斥力，將使分子的空間結(jié)構(gòu)總是采取電子對(duì)相互排斥最弱的那種結(jié)構(gòu)，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。2．價(jià)層電子對(duì)的計(jì)算(1)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝σ鍵電子對(duì)數(shù)＋孤電子對(duì)數(shù)。 (2) σ鍵電子對(duì)數(shù)的計(jì)算由化學(xué)式確定，即中心原子形成幾個(gè)σ鍵，就有幾對(duì)σ鍵電子對(duì)。如H2O分子中， O有2對(duì)σ鍵電子對(duì)。NH3分子中， N有3對(duì)σ鍵電子對(duì)。(3)中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)的計(jì)算中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)＝(a－xb)①a表示中心原子的價(jià)電子數(shù)；對(duì)主族元素：a＝最外層電子數(shù)；對(duì)于陽(yáng)離子：a＝價(jià)電子數(shù)－離子所帶電荷數(shù)；對(duì)于陰離子：a＝價(jià)電子數(shù)＋離子所帶電荷數(shù)。②x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。③b表示與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，氫為1，其他原子＝8－該原子的價(jià)電子數(shù)。3．價(jià)層電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu)(即VSEPR模型)　　　價(jià)層電子對(duì)數(shù)目：2　　　　　3　　　　　　4VSEPR模型：直線形　平面三角形　　正四面體形4．VSEPR模型的應(yīng)用——預(yù)測(cè)分子空間結(jié)構(gòu)由價(jià)層電子對(duì)的相互排斥，得到含有孤電子對(duì)的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對(duì)，便可得到分子的空間結(jié)構(gòu)。(1)中心原子不含孤電子對(duì)分子或離子σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型及名稱分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)及名稱CO220直線形直線形CO30平面三角形平面三角形CH440正四面體形正四面體形 (2)中心原子含孤電子對(duì)分子或離子價(jià)層電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)VSEPR模型及名稱分子的空間結(jié)構(gòu)及名稱NH341四面體形三角錐形H2O42四面體形 V形SO231平面三角形 V形 (1)若ABn型分子中，A與B之間通過兩對(duì)或三對(duì)電子(即通過雙鍵或三鍵)結(jié)合而成，則價(jià)層電子對(duì)互斥模型把雙鍵或三鍵作為一對(duì)電子對(duì)看待。(2)由于孤電子對(duì)有較大斥力，含孤電子對(duì)的分子的實(shí)測(cè)鍵角幾乎都小于VSEPR模型的預(yù)測(cè)值。價(jià)層電子對(duì)之間相互排斥作用大小的一般規(guī)律：孤電子對(duì)－孤電子對(duì)＞孤電子對(duì)－成鍵電子對(duì)＞成鍵電子對(duì)－成鍵電子對(duì)。隨著孤電子對(duì)數(shù)目的增多，成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力減小，鍵角也減小。(3)價(jià)層電子對(duì)互斥模型不能用于預(yù)測(cè)以過渡金屬為中心原子的分子。(1)分子的VSEPR模型和相應(yīng)分子的空間結(jié)構(gòu)是相同的(　　)(2)所有的三原子分子都是直線形結(jié)構(gòu)(　　)(3)SO2與CO2的分子組成相似，故它們分子的空間結(jié)構(gòu)相同(　　)(4)由價(jià)層電子對(duì)互斥模型可知SnBr2分子中Sn—Br的鍵角小于180°(　　)(5)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型可以判斷H3O＋與NH3的分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)一致(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√1．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(duì)，NH3分子中N原子上有1對(duì)孤電子對(duì)，H2O分子中O原子上有2對(duì)孤電子對(duì)，對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用增大，故鍵角減小。2．用價(jià)層電子對(duì)互斥模型完成下列問題(點(diǎn)“·”的原子為中心原子)。 σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)空間結(jié)構(gòu)H2S Cl3 Cl3 O2 O F2 lF 答案 σ鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)空間結(jié)構(gòu)H2S22V形Cl3 30平面三角形Cl331三角錐形O221V形O40正四面體形F222V形lF22V形分子空間結(jié)構(gòu)的確定思路中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)n??分子的空間結(jié)構(gòu)——略去孤電子對(duì)在價(jià)層電子對(duì)互斥模型中占有的空間1．下列物質(zhì)中，分子的空間結(jié)構(gòu)與氨分子相似的是(　　)A．CO2 B．H2S C．PCl3 D．SiCl4答案　C解析　氨分子是三角錐形，H2S分子是V形，CO2是直線形，PCl3是三角錐形，SiCl4是正四面體形。2．下列微粒中，中心原子含有孤電子對(duì)的是(　　)A．SiH4 B．H2OC．CH4 D．NH答案　B3．若ABn型分子的中心原子A上沒有未用于形成共價(jià)鍵的孤電子對(duì)，運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型，判斷下列說法中正確的是(　　)A．若n＝2，則分子的空間結(jié)構(gòu)為V形B．若n＝3，則分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形C．若n＝4，則分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形D．以上說法都不正確答案　C解析　若中心原子A上沒有未用于形成共價(jià)鍵的孤電子對(duì)，則不存在σ鍵電子對(duì)與孤電子對(duì)之間的相互排斥。當(dāng)n＝2時(shí)，分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形；n＝3時(shí)，分子的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形；n＝4時(shí)，分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形。4．有X、Y兩種活性反應(yīng)中間體微粒，均含有1個(gè)碳原子和3個(gè)氫原子，其球棍模型如圖所示：，。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A．X的組成為CHB．Y的組成為CHC．X的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4D．Y中鍵角小于120°答案　C解析　由圖可知，X為平面三角形結(jié)構(gòu)，其碳原子應(yīng)該有三對(duì)價(jià)層電子對(duì)，其組成為CH，A項(xiàng)正確、C項(xiàng)錯(cuò)誤；Y為三角錐形，其碳原子有四對(duì)價(jià)層電子對(duì)，故其組成為CH，鍵角比120°小，B、D項(xiàng)正確。5．美國(guó)化學(xué)家鮑林教授具有獨(dú)特的化學(xué)想象力：只要給他物質(zhì)的分子式，他就能大體上想象出這種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型。多核離子所帶電荷可以認(rèn)為是中心原子得失電子所致，根據(jù)VSEPR模型，下列離子中所有原子都在同一平面上的一組是(　　)A．NO和NH B．H3O＋和ClOC．NO和CO D．PO和SO答案　C解析　NO中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝2＋＝3，含有一對(duì)孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為V形，NH中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝4＋＝4，沒有孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故A不選；H3O＋中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝3＋＝4，含有一對(duì)孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，ClO中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝3＋＝4，含有一對(duì)孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，故B不選；NO中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝3＋＝3，沒有孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，CO中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝3＋＝3，沒有孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，故C選；PO中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝4＋＝4，沒有孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，SO中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)＝4＋＝4，沒有孤電子對(duì)，空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，故D不選。6．(1)利用VSEPR模型推斷分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。PO________；CS2________；AlBr3(共價(jià)分子)______。(2)按要求寫出第二周期非金屬元素構(gòu)成的中性分子的化學(xué)式。平面三角形分子________，三角錐形分子________，四面體形分子________。(3)為了解釋和預(yù)測(cè)分子的空間結(jié)構(gòu)，科學(xué)家在歸納了許多已知的分子空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種十分簡(jiǎn)單的理論模型——價(jià)層電子對(duì)互斥模型。這種模型把分子分成兩類：一類是________________；另一類是________________。BF3和NF3都是四個(gè)原子的分子，BF3的中心原子是________，NF3的中心原子是________；BF3分子的空間結(jié)構(gòu)是平面三角形而NF3分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形的原因是________。答案　(1)正四面體形　直線形　平面三角形(2)BF3　NF3　CF4(3)中心原子上的價(jià)電子都用于形成共價(jià)鍵　中心原子上有孤電子對(duì)　B　N　BF3分子中B原子的3個(gè)價(jià)電子都與F原子形成共價(jià)鍵，而NF3分子中N原子的3個(gè)價(jià)電子與F原子形成共價(jià)鍵，還有一對(duì)未成鍵的電子對(duì)，占據(jù)了N原子周圍的空間，參與相互排斥，形成三角錐形解析　(1)PO是AB4型，成鍵電子對(duì)是4，為正四面體形。CS2是AB2型，成鍵電子對(duì)是2，是直線形。AlBr3是AB3型，成鍵電子對(duì)是3，是平面三角形。(2)第二周期非金屬元素構(gòu)成的中性分子的化學(xué)式，呈三角錐形的是NF3，呈平面三角形的是BF3，呈四面體形的是CF4。

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