高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构说课ppt课件

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第二节 分子的空间结构说课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了知识点一，振动频率，吸收峰，化学键，官能团，相对质量，知识点二，1完成下表，直线形，V形角形等内容，欢迎下载使用。

[素养发展目标]1．模拟利用某些实验手段，认识红外光谱、晶体X射线衍射等研究物质微观结构的方法。2．通过对典型分子空间结构的学习，认识共价分子空间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，建立判断复杂分子空间结构的思维模型。
1．分子结构的测定——红外光谱法(1)原理：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__________相同的红外线，再记录到图谱上呈现________。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可分析出分子中含有何种________或________的信息。
知识点一　分子结构的测定
(2)例如，某未知物的红外光谱如图所示：    读谱可知：该未知物分子中有3种不同的化学键，分别是C—H、O—H、C—O，可初步推测该未知物中含有羟基。
2．相对分子质量的测定——质谱法(1)原理：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__________，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。
(2)例如，甲苯分子的质谱图如图所示：       读谱可知：相对分子质量＝最大质荷比，甲苯的相对分子质量为92。
1．可以准确判断有机化合物分子中含有哪些官能团的分析方法是(　　)A．核磁共振氢谱B．质谱C．红外光谱D．元素分析仪解析：核磁共振氢谱能分析有机化合物分子中等效氢的种类，故A错误；质谱能测定有机化合物的相对分子质量，故B错误；红外光谱能判断有机化合物分子中化学键或官能团的种类，故C正确；元素分析仪能判断有机化合物分子中元素的种类，故D错误。
2．某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成，其红外光谱图只有C—H、O—H、C—O的振动吸收，该有机化合物的相对分子质量是60，则该有机化合物的结构简式可能是(　　)A．CH3CH2OCH3B．CH3CH(OH)CH3C．CH3CH2OHD．CH3COOH解析：A中不存在O—H；C中有机化合物的相对分子质量是46；D中还存在C===O。
3．设H＋的质荷比为β，某有机化合物样品的质荷比如图所示(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)，则该有机化合物可能是(　　)A．甲醇B．甲烷C．丙烷D．乙烯解析：从题图中可看出其最大质荷比为16β，是H＋的质荷比的16倍，即其相对分子质量为16，故该有机化合物为甲烷。
知识点二　多样的分子空间结构
观察下列几种简单分子的空间结构模型。    
(2)分析上表，分子的空间结构与__________有关。①原子数目　②键能　③键长　④键角　⑤孤电子对
1．四原子分子的空间结构都是平面三角形或三角锥形吗？提示：不是。H2O2分子的空间结构类似于一本打开的书，两个氧原子在两页书的交接处，两个氢原子分别在翻开的书的两页上；白磷(P4)分子的空间结构为正四面体形。2．空间结构相同的分子，其键角完全相同吗？提示：不一定。如P4和CH4分子的空间结构均为正四面体形，但P4的键角是60°，CH4的键角为109°28′。
3．根据元素周期律并结合本节所学知识，你能推断出PCl3、SiCl4分子的空间结构吗？提示：NH3分子的空间结构为三角锥形，CCl4分子的空间结构为正四面体形，根据同族元素原子的最外层电子排布相同、形成分子的空间结构相似可以推断出：PCl3、SiCl4分子的空间结构分别为三角锥形、正四面体形。
1．分子的空间结构与键角的关系 
2.分子空间结构的分析判断(1)依据元素周期律推测空间结构相似的分子，如CO2与CS2、H2O与H2S、NH3与PH3、CH4与CCl4等。(2)白磷分子的空间结构是四原子型正四面体，它与CH4五原子型正四面体的键角是不同的(P4分子中的键角为60°)。(3)典型的有机化合物分子的空间结构：CH2===CH2、 都是平面形分子；CH≡CH为直线形分子。
解析：CO2分子的空间结构是直线形，A项错误；H2O分子的空间结构是V形，B项错误；NH3分子的空间结构是三角锥形，C项错误；CH4分子的空间结构是正四面体形，D项正确。
2．下列分子空间结构为平面正三角形的是(　　)A．NH3B．BCl3C．PH3D．CH2O解析：NH3、PH3分子的空间结构都为三角锥形；CH2O分子的空间结构虽为平面三角形，但不是正三角形。
3．现有分子：①P4；②CCl4；③CH4；④C2H4；⑤CH≡CH。其空间结构为正四面体形的是(　　)A．①②③B．①③⑤C．②③④D．③④⑤解析：C2H4分子的空间结构是平面形，CH≡CH分子的空间结构是直线形。
1．理论含义分子的空间结构是中心原子周围的“_____________”相互排斥的结果。对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的____________和未成键的__________)之间由于存在排斥力，将使分子或离子的空间结构总是采取价层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低，最稳定。
知识点三　价层电子对互斥(VSEPR)模型
2．价层电子对数的计算(1)中心原子上的价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数。(2)σ键电子对数的计算由化学式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几个σ键电子对。如H2O中的中心原子为O，O有__个σ键电子对(O—H)，NH3中的中心原子为N，N有__个σ键电子对(N—H)。
(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＝ (a－xb)①a表示中心原子的价电子数。对于主族元素原子：a＝_________________________；对于阳离子：a＝___________________________________；对于阴离子：a＝________________________________________。②x表示与__________结合的原子数。③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为1，其他原子为“_______________________”)。
中心原子的最外层电子数
中心原子的价电子数－离子的电荷数
中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)
3．VSEPR模型的应用——预测分子的空间结构由于价层电子对的相互排斥，可得到含有孤电子对的分子的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的__________，便可得到分子的空间结构。
(1)中心原子不含孤电子对
(2)中心原子含孤电子对
2．试解释CH4键角(109°28′)、NH3键角(107°)、H2O键角(105°)依次减小的原因。提示：CH4分子中的中心C原子上没有孤电子对，NH3分子中的中心N原子上有1个孤电子对，H2O分子中的中心O原子上有2个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥作用大，故键角依次减小。
推测分子或离子空间结构的思维模型  (1)价层电子对互斥模型是价层电子对的空间结构，而分子或离子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。二者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。当中心原子上无孤电子对时，二者的空间结构一致；当中心原子上有孤电子对时，二者的空间结构不一致。
(2)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。随着孤电子对数目的增多，成键电子对与成键电子对之间的斥力减小，键角也减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。
1．下列有关价层电子对互斥模型的描述正确的是(　　)A．价层电子对就是σ键电子对B．孤电子对数可以直接由分子式来确定C．分子的空间结构是价层电子对互斥的结果D．孤电子对数等于π键数解析：价层电子对包括σ键电子对和孤电子对；孤电子对数指没有成键的价电子对数，其由中心原子价电子数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数计算得出，故A、B、D项错误。
3．下列对应关系不正确的是(　　)    解析：当中心原子在ⅤA族时，AB3分子的空间结构应是三角锥形。
1．下列分子或离子的中心原子上有一个孤电子对的是(　　)A．H2OB．BeCl2C．CH4D．PCl3解析：由公式：中心原子上的孤电子对数＝ (a－xb)，经计算知，各选项中心原子上的孤电子对数依次为2、0、0、1。
2．能够测定有机化合物的相对分子质量的方法是(　　)A．红外光谱法B．质谱法C．核磁共振氢谱法D．紫外光谱法
3．某有机化合物的分子式为C4H10O，其红外光谱如图所示，则该有机化合物的结构简式为(　　)A．CH3OCH2CH2CH3B．CH3CH2OCH2CH3C．CH3OCH(CH3)2D．CH3CH2CH2CH2OH解析：CH3CH2OCH2CH3中含有对称的—CH3、对称的—CH2—和C—O—C，故选B。
4．用价层电子对互斥模型判断SO3分子的空间结构为(　　)A．正四面体形B．V形C．三角锥形D．平面三角形解析：SO3中，中心S原子上的价层电子对数＝3＋　　　　＝3，S原子上无孤电子对，故SO3分子的空间结构为平面三角形。
(2)按要求写出由第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式。平面三角形分子________；三角锥形分子__________；正四面体形分子________。解析：第二周期非金属元素构成的中性分子，呈平面三角形的是BF3，呈三角锥形的是NF3，呈正四面体形的是CF4。(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，其中的阴离子的空间结构是___________。解析：LiAlH4中的阴离子是AlH ，中心原子铝原子上的价层电子对数是4，且不含孤电子对，所以其空间结构是正四面体形。
(4)根据价层电子对互斥模型，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子上的价层电子对数不同于其他分子的是________。
[基础检测]1．在白磷分子(P4)中，四个P原子分别处于正四面体的四个顶点上，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷分子的说法正确的是(　　)A．分子中的键角为109°28′B．分子中有4个共用电子对C．分子中的键角为60°D．分子中有6个孤电子对解析：根据共价键的方向性和饱和性，每个磷原子都以3个共价键与其他3个磷原子结合，从而形成正四面体结构，所以键角为60°，分子中有6个共价单键(即6个共用电子对)，4个孤电子对。
2．如图是一种分子式为C4H8O2的有机化合物的红外光谱图，则该有机化合物可能为(　　)A．CH3COOCH2CH3B．CH3CH2CH2COOHC．HCOOCH2CH2CH3D．(CH3)2CHCH2COOH
3．下列分子中，键角按由大到小顺序排列的是(　　)①BCl3　②NH3　③H2O　④CH4　⑤BeCl2A．⑤④①②③B．⑤①④②③C．④①②⑤③D．③②④①⑤解析：①BCl3为平面三角形，键角为120°；②NH3为三角锥形，键角为107°；③H2O为V形，键角为105°；④CH4为正四面体形，键角为109°28′；⑤BeCl2为直线形，键角为180°；所以键角按由大到小顺序排列为⑤①④②③。
6．已知在CH4分子中C—H间的键角为109°28′，NH3分子中N—H间的键角为107°，H2O分子中O—H间的键角为105°。下列说法正确的是(　　)A.孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力B.孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力C.孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力D.题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力和成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系解析：孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力，孤电子对对成键电子对的排斥导致分子中的键角变小，A项正确。
9．D、E、X、Y、Z是元素周期表中的前20号元素，且原子序数依次增大。它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、V形、直线形。回答下列问题：(1)Y的最高价氧化物的化学式为________。(2)上述五种元素中，能形成酸性最强的含氧酸的元素是________，写出该元素的任意三种含氧酸的化学式：________________________________________。解析：元素周期表前20号元素中，最简单氢化物分子的空间结构为正四面体形的是CH4和SiH4，故D为C、X为Si，由此推知E为N、Y为S、Z为Cl。
HClO、HClO2、HClO3、HClO4(任写三种)
(3)D和Y形成的化合物分子的空间结构为________。解析：C和S形成的化合物为CS2，CS2分子的空间结构为直线形。(4)D和X形成的化合物中的化学键类型属于________。解析：C和Si之间形成共价键，化学式为SiC。(5)Z的氢化物的结构式为______，HZO分子的中心原子上的价层电子对数的计算式为______________________，该分子的空间结构为________。 解析：HClO中氧原子是中心原子，其价层电子对数＝2＋ ×(6－1×1－1×1)＝4，所以HClO分子的空间结构为V形。
(6)Y的价层电子排布式为________，Y的最高价氧化物的VSEPR模型为______________。 解析：SO3中硫原子上的价层电子对数＝3＋ ×(6－3×2)＝3，VSEPR模型为平面三角形。
(7)D、E的最简单氢化物分子的空间结构分别是正四面体形与三角锥形，这是因为__________(填字母)。 a．两种分子的中心原子上的价层电子对数不同b．D、E的非金属性不同c．E的最简单氢化物分子的中心原子上有一个孤电子对，而D的最简单氢化物分子的中心原子上没有孤电子对解析：CH4、NH3的中心原子上的价层电子对数均为4，分子空间结构不同的根本原因是NH3分子中N原子上有孤电子对而CH4分子中C原子上没有孤电子对，分子的空间结构与元素的非金属性强弱无关。
[素养提升]10．(2022·东营高二检测)下列关于价层电子对互斥(VSEPR)模型的叙述不正确的是(　　)A．VSEPR 模型可用来预测分子的空间结构B．VSEPR 模型不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥D．分子中键角越大，价层电子对相互排斥力越大，分子越稳定
解析：A.VSEPR模型可用来预测分子的空间结构，注意实际空间结构要略掉孤电子对，A正确；B.VSEPR模型可用于预测简单分子的空间结构，不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子的空间结构，B正确；C.中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间的排斥力＞孤电子对和成键电子对间的排斥力，C正确；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，D错误。
11．N(NO2)3可作为高效火箭推进剂，结构简式如图所示，已知该分子中N—N—N的键角都是108.1°。下列有关N(NO2)3的说法正确的是(　　)A．N(NO2)3分子的空间结构是平面三角形B．该分子中四个氮原子共平面C．该分子中的中心氮原子上还有一个孤电子对D．15.2 g该物质含有6.02×1022个原子
解析：N(NO2)3分子的空间结构与NH3分子相似，分子中的四个氮原子构成三角锥形，该分子中N—N—N的键角都是108.1°，说明中心氮原子上还有一个孤电子对，A、B项错误，C项正确。1个N(NO2)3分子中含有10个原子，故15.2 g该物质即0.1 ml N(NO2)3含有6.02×1023个原子，D项错误。
14．20世纪50年代，科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子的空间结构。其要点可以概括为以下几点：Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥，尽可能均匀地分布在中心原子周围的空间；Ⅱ.分子的空间结构指分子中的原子在空间的分布，不包括中心原子上未成键的孤电子对；
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力大小顺序：①孤电子对之间的斥力＞孤电子对与成键电子对之间的斥力＞成键电子对之间的斥力；②双键与双键之间的斥力＞双键与单键之间的斥力＞单键与单键之间的斥力；③X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强；④其他……
请仔细阅读上述材料，回答下列问题：(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：    解析：因为价层电子对总是互相排斥，尽可能均匀地分布在中心原子周围的空间，故当价层电子对数为2时，二者理想键角为180°，分子呈直线形。当价层电子对数为4时，理想键角为109°28′，分子呈正四面体形。
(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因：_______________________________________________________。 解析：CO2分子中C原子的最外层电子都参与成键，没有孤电子对，根据AXnEm模型，CO2分子中n＋m＝2＋0＝2，所以CO2为直线形分子。
根据AXnEm模型，CO2分子中n＋m＝2＋0＝2，故为直线形分子
(3)H2O分子的空间结构为________，请你预测H2O分子中H—O—H键角的大小范围并解释原因： _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：在H2O分子中，O原子上含有2个孤电子对，故H2O分子的空间结构为V形；由于H2O分子符合AXnEm模型中n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的理想键角为109°28′；根据题目信息Ⅲ-①，应有H—O—H键角＜109°28′，实际键角为105°。
H2O分子符合AXnEm模型，H2O分子中n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的理想键角为109°28′。根据题目信息Ⅲ-①，应有H—O—H键角＜109°28′
(4)SO2Cl2和SO2F2都属于AXnEm型分子，S、O之间以双键结合，S、Cl与S、F之间均以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构：________________，SO2Cl2分子中Cl—S—Cl的键角________(填“＜”“＞”或“＝”)SO2F2分子中F—S—F的键角。解析：SO2Cl2和SO2F2都符合AXnEm模型中n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，而S—Cl和S—F都是单键，且F原子的得电子能力要强于Cl原子，根据题目信息Ⅲ-③可知，SO2Cl2分子中Cl—S—Cl的键角大于SO2F2分子中F—S—F的键角。
(5)用价层电子对互斥(VSEPR)模型判断下列分子或离子的空间结构(当n＋m＝6时，VSEPR理想模型为正八面体形)。  
解析：PbCl2符合AXnEm模型中n＋m＝3，VSEPR理想模型为平面三角形，由于Pb原子上有1个孤电子对，故该分子的空间结构为V形；XeF4符合AXnEm模型中n＋m＝6，VSEPR理想模型为正八面体形，由于Xe原子上有2个孤电子对，故该分子的空间结构为平面正方形；Sn原子的最外层电子全部参与成键，故SnCl 符合AXnEm模型中n＋m＝6，VSEPR理想模型为正八面体形，故该离子的空间结构也为正八面体形；P原子的最外层电子全部参与成键，故PF3Cl2符合AXnEm模型中n＋m＝5，VSEPR理想模型为三角双锥形，故该分子的空间结构也为三角双锥形；HgCl 符合AXnEm模型中n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，Hg原子上没有孤电子对，故该离子的空间结构也为正四面体形。