1.認(rèn)識(shí)物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)可以借助某些實(shí)驗(yàn)手段,通過(guò)這些手段所獲得的信息為建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型或解釋相關(guān)理論提供支撐。2.結(jié)合實(shí)例了解共價(jià)分子具有特定的空間結(jié)構(gòu),并可運(yùn)用相關(guān)理論和模型進(jìn)行解釋和預(yù)測(cè),培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。
【知識(shí)鋪墊】1.CO2分子中的鍵角為180°,是一種直線形分子;H2O是一種V形(或稱(chēng)角形)分子。NH3的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形,CH4分子中C—H之間的鍵角是109°28',分子空間結(jié)構(gòu)是正四面體形。2.與分子空間結(jié)構(gòu)有關(guān)的共價(jià)鍵的鍵參數(shù)是鍵長(zhǎng)、鍵角。
【自主梳理】1.分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定許多現(xiàn)代儀器和方法可測(cè)定分子結(jié)構(gòu),如紅外光譜、晶體X射線衍射等。紅外光譜可以測(cè)定分子中含有哪些化學(xué)鍵或官能團(tuán)。
2.多樣的分子空間結(jié)構(gòu)(1)三原子分子的空間結(jié)構(gòu)——直線形和V形。
(2)四原子分子的空間結(jié)構(gòu)——平面三角形和三角錐形。
(3)五原子分子的空間結(jié)構(gòu)——正四面體形或四面體形。
3.價(jià)層電子對(duì)互斥模型(1)理論要點(diǎn)分子的空間結(jié)構(gòu)是中心原子周?chē)摹皟r(jià)層電子對(duì)”相互排斥的結(jié)果。分子中的價(jià)層電子對(duì)包括σ鍵電子對(duì)和中心原子上的孤電子對(duì)。
(2)中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)的計(jì)算①σ鍵的電子對(duì)可由化學(xué)式確定。②a表示中心原子的價(jià)電子數(shù)。x表示與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。b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)VSEPR模型的兩種類(lèi)型①中心原子上的價(jià)電子都用于形成共價(jià)鍵的分子。
②中心原子上有孤電子對(duì)的分子:對(duì)于中心原子上有孤電子對(duì)(未用于形成共價(jià)鍵的電子對(duì))的分子,中心原子上的孤電子對(duì)也要占據(jù)中心原子周?chē)目臻g,并互相排斥使分子呈現(xiàn)不同的空間結(jié)構(gòu)。
【微思考】根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥模型得到的VSEPR模型,就是分子的實(shí)際空間結(jié)構(gòu)嗎?提示 不完全是。VSEPR模型是按分子中價(jià)層電子對(duì)數(shù)進(jìn)行判斷的,但是有些分子中的部分價(jià)層電子對(duì)未形成化學(xué)鍵(孤電子對(duì)),而分子的空間結(jié)構(gòu)是忽略孤電子對(duì)后的形狀。
【自我檢測(cè)】1.判斷下列說(shuō)法的正誤,正確的畫(huà)“√”,錯(cuò)誤的畫(huà)“×”。(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)分子的VSEPR模型和相應(yīng)分子的空間結(jié)構(gòu)是相同的(　　)(4)由價(jià)層電子對(duì)互斥模型可知SnBr2分子中的鍵角小于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(　　)
2.下列分子的空間結(jié)構(gòu)模型正確的是(　　)
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。
3.下列微粒的價(jià)層電子對(duì)數(shù)正確的是(加“·”的原子為中心原子)(　　)
【問(wèn)題探究】在宏觀世界中,花朵、蝴蝶、冰晶等諸多物質(zhì)展現(xiàn)出規(guī)則與和諧的美。科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦曾感嘆:“在宇宙的秩序與和諧面前,人類(lèi)不能不在內(nèi)心里發(fā)出由衷的贊嘆,激起無(wú)限的好奇。”實(shí)際上,宏觀的秩序與和諧源于微觀的規(guī)則與對(duì)稱(chēng)。
根據(jù)信息分析下列分子可能的空間結(jié)構(gòu)。(1)H2S中兩個(gè)H—S的鍵角接近90°,BeCl2中兩個(gè)Be—Cl的鍵角是180°,推測(cè)H2S和BeCl2的分子的空間結(jié)構(gòu)分別是怎樣的。提示 H2S的空間結(jié)構(gòu)是V形,BeCl2的空間結(jié)構(gòu)是直線形。(2)科學(xué)家研制出可望成為高效火箭推進(jìn)劑的N(NO2)3( ),已知該分子中N—N—N的鍵角都是108.1°;P4中共有六條P—P,每?jī)蓷lP—P間的夾角均為60°,試推測(cè)N(NO2)3中四個(gè)氮原子及P4中的四個(gè)磷原子圍成的空間結(jié)構(gòu)。提示 由于N—N—N鍵角都是108.1°,所以四個(gè)氮原子圍成三角錐形,P4為正四面體形。
(3)根據(jù)分子組成為AB3(或A3B)、AB4,能確定它們的空間結(jié)構(gòu)嗎?提示 AB3(或A3B)型分子可能是平面三角形分子,也可能是三角錐形分子;AB4型分子一定是正四面體形分子。(4)CH3Cl分子是正四面體形結(jié)構(gòu)嗎?提示 C—H與C—Cl的鍵長(zhǎng)不一樣,所以CH3Cl是四面體形,但不是正四面體形。
【深化拓展】常見(jiàn)的分子空間結(jié)構(gòu)
【素能應(yīng)用】典例1下列有關(guān)鍵角與分子空間結(jié)構(gòu)的說(shuō)法不正確的是(　　)A.鍵角為180°的分子,空間結(jié)構(gòu)是直線形B.鍵角為120°的分子,空間結(jié)構(gòu)是平面三角形C.鍵角為60°的分子,空間結(jié)構(gòu)可能是正四面體形D.鍵角為90°~109°28'之間的分子,空間結(jié)構(gòu)可能是V形
答案 B解析 鍵角為180°的分子,空間結(jié)構(gòu)是直線形,如CO2分子是直線形分子,A正確;苯分子的鍵角為120°,但其空間結(jié)構(gòu)是平面正六邊形,B錯(cuò)誤;白磷分子的鍵角為60°,空間結(jié)構(gòu)為正四面體形,C正確;水分子的鍵角為105°,空間結(jié)構(gòu)為V形,D正確。
變式設(shè)問(wèn) P4是正四面體構(gòu)型,CH4也是正四面體構(gòu)型,二者結(jié)構(gòu)相同嗎?提示 不相同,P4分子中4個(gè)原子位于正四面體的四個(gè)頂點(diǎn),CH4中C原子位于正四面體的體心,H原子位于正四面體的頂點(diǎn)。
規(guī)律總結(jié) 分子或離子的空間結(jié)構(gòu)與鍵角的關(guān)系
變式訓(xùn)練1下列各組分子中所有原子都可能處于同一平面的是(　　)A.CH4、CS2、BF3B.CO2、H2O、NH3C.C2H4、C2H2、C6H6D.CCl4、BeCl2、PH3答案 C解析 題中的CH4和CCl4為正四面體形分子,NH3和PH3為三角錐形分子,這幾種分子的所有原子不可能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCl2為直線形分子,C2H4為平面形分子,C6H6為平面正六邊形分子,這些分子都是平面形結(jié)構(gòu)。
【問(wèn)題探究】ABm型分子或離子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)利用上式計(jì)算A原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)時(shí)需注意:(1)氧族元素的原子作為中心原子A時(shí)提供6個(gè)價(jià)電子,作為與中心原子結(jié)合的原子B時(shí)不提供價(jià)電子。(2)鹵素原子作為中心原子A時(shí)提供7個(gè)價(jià)電子,作為與中心原子結(jié)合的原子B時(shí)提供1個(gè)價(jià)電子。
問(wèn)題思考:(1)根據(jù)上述信息分析BCl3的價(jià)層電子對(duì)數(shù)、價(jià)層電子對(duì)空間結(jié)構(gòu)及分子空間結(jié)構(gòu)。提示 BCl3的價(jià)層電子對(duì)數(shù)= =3,價(jià)層電子對(duì)空間結(jié)構(gòu)為平面三角形,分子空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。(2)NF3的價(jià)層電子對(duì)數(shù)、價(jià)層電子對(duì)空間結(jié)構(gòu)、分子空間結(jié)構(gòu)分別是怎樣的?提示 NF3的價(jià)層電子對(duì)數(shù)= =4,價(jià)層電子對(duì)空間結(jié)構(gòu)為四面體形,分子空間結(jié)構(gòu)為三角錐形。
【深化拓展】1.價(jià)層電子對(duì)互斥模型的理論要點(diǎn) (1)價(jià)層電子對(duì)在空間上彼此相距最遠(yuǎn)時(shí),排斥力最小,體系的能量最低。(2)孤電子對(duì)的排斥力較大,孤電子對(duì)數(shù)越多,排斥力越強(qiáng),鍵角越小。
2.價(jià)層電子對(duì)數(shù)目和價(jià)層電子對(duì)空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系
特別提醒 價(jià)層電子對(duì)互斥模型說(shuō)明的是價(jià)層電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu),而分子的空間結(jié)構(gòu)指的是成鍵電子對(duì)的空間結(jié)構(gòu),不包括孤電子對(duì)。(1)當(dāng)中心原子無(wú)孤電子對(duì)時(shí),兩者一致。(2)當(dāng)中心原子有孤電子對(duì)時(shí),兩者不一致。
【素能應(yīng)用】典例2用價(jià)層電子對(duì)互斥模型(VSEPR)可以預(yù)測(cè)許多分子或離子的空間結(jié)構(gòu),有時(shí)也能用來(lái)推測(cè)鍵角大小。下列判斷正確的是(　　)A.H2O、CS2都是直線形的分子B.BF3鍵角為120°,SnBr2鍵角大于120°C.CH2O、BF3都是平面三角形的分子D.PCl3、PCl5都是三角錐形的分子
變式設(shè)問(wèn) (1)CH2O的空間結(jié)構(gòu)是平面正三角形嗎?提示 不是,應(yīng)是等腰三角形。(2)CH4、NH3、H2O的價(jià)層電子對(duì)數(shù)分別是多少?鍵角大小順序如何?為什么?提示 價(jià)層電子對(duì)數(shù)都為4,但孤電子對(duì)數(shù)分別為0、1、2,孤電子對(duì)數(shù)越多,對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥力越大,故鍵角依次減小。
規(guī)律總結(jié) 確定分子或離子空間結(jié)構(gòu)的步驟
變式訓(xùn)練2用價(jià)層電子對(duì)互斥模型推測(cè)下列分子的空間結(jié)構(gòu):(1)H2Se　　　;(2)BBr3　　　;(3)CHCl3　　　;(4)SiF4　　　。?答案 (1)V形(2)平面三角形(3)四面體形(4)正四面體形
解析 根據(jù)原子的價(jià)層電子排布,可以判斷出各分子中心原子含有的孤電子對(duì)數(shù)。
H2Se略去2對(duì)孤電子對(duì),分子空間結(jié)構(gòu)為V形,BBr3為平面三角形,CHCl3分子中由于氫原子和氯原子不同,空間結(jié)構(gòu)是一般的四面體形,SiF4為正四面體形。
1.下列能夠獲得有機(jī)化合物所含官能團(tuán)信息的方法是(　　)A.紅外光譜B.質(zhì)譜法C.色譜法D.核磁共振氫譜答案 A解析 紅外光譜可測(cè)定有機(jī)化合物的化學(xué)鍵以及官能團(tuán)。
2.下列有關(guān)NH3分子空間結(jié)構(gòu)的分析正確的是(　　)A.中心原子孤電子對(duì)數(shù)為0,分子為平面三角形,鍵角為120°B.中心原子孤電子對(duì)數(shù)為0,分子為三角錐形,鍵角為107°C.中心原子孤電子對(duì)數(shù)為1,分子為三角錐形,鍵角為107°D.中心原子孤電子對(duì)數(shù)為1,分子為平面三角形,鍵角為109°28'答案 C
3.用VSEPR模型預(yù)測(cè),下列分子中鍵角是120°的是(　　)A.C2H2D.CO2答案 C
4.下列分子空間結(jié)構(gòu)為正四面體形的是(　　)①P4?、贜H3　③CCl4?、蹸H4　⑤H2S?、轈O2A.①③④⑤B.①③④⑤⑥C.①③④D.④⑤答案 C
5.運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥模型推測(cè)下列分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。(1)BeCl2　　 　　　　　;?(2)SCl2　　　;?(3) 　　　;?(4)PF3　　　。?答案 (1)直線形　(2)V形　(3)三角錐形　(4)三角錐形

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第二節(jié) 分子的空間結(jié)構(gòu)

版本： 人教版 (2019)

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